DE9401466U1

DE9401466U1 - Dynamischer Leitungsabschluß

Info

Publication number: DE9401466U1
Application number: DE9401466U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1994-01-31
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2004-02-01

Description

Dynamischer Leitungsabschluß.

Die Erfindung betrifft einen Leitungsabschluß zur Minimierung von Reflexionen auf Signalleitungen, insbesondere bei Computern auf Basis des VME-Busses, in elektronischen Digitalrechen- und Steueranlagen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zur definierten Abflachung von reflektierten Impulsflanken am abrupten Ende einer Signalleitung in derartigen Computeranlagen ist es bekannt, die Signalleitungen am Ende mit einem Abschlußwiderstand zu beschälten (terminieren). Theoretisch ideal sollte der Abschlußwiderstand den gleichen Wert wie die Impedanz der Signalleitungen aufweisen, da in diesem Fall überhaupt keine Reflexion auftritt. Bei heute technisch ausführbaren Leiterplatten beträgt die Impedanz der Signalleitungen etwa 100 Ohm. Bei Leiterplatten jedoch, die den Anforderungen an eine optimale Abschirmung der Signalleitungen von äußeren elektrischen Störfeldern gerecht werden, verringert sich die Impedanz bereits auf nur noch etwa 50 Ohm. Da jedoch bei schnell arbeitenden Computersystemen eine solche Abschirmung immer zwingender erforderlich wird, muß diese Impedanz in Kauf genommen werden, die sich bei Bestückung der Busplatine mit Tochterkarten noch weiter bis in einen Bereich von etwa 30 Ohm verringert.

Abschlußwiderstände in der Größenordnung von 30 bis 50 0hm belasten jedoch die Treiberbausteine in erheblichem Maße und führen zu einer erheblichen Wärmeentwicklung im Computersystem, die in den meisten Fällen nicht mehr beherrschbar ist. Aus diesem Grund werden auch in Spezifikationen, wie "THE VMEbus SPECIFICATION, VMEbus International Trade Association" Section 6, Seiten 220-228, entsprechend der

• &iacgr;&idigr;.&idigr;*··· · ·

aal Ia * · · a ... ···

ANSI/IEEE STD1014-1987 als Kompromiß zwischen technisch machbarem
und theoretisch erstrebenswertem höhere Werte der Abschlußwiderstände vorgeschrieben. Die VME-Specification schreibt zum Beispiel 194 Ohm vor (als Parallelschaltung von 330 Ohm zu 470 Ohm). In diesem Fall ergibt sich aber bei einer Impedanz Zg von 50 Ohm und einem Abschlußwiderstand Zj_ von etwa 200 Ohm nach der Formel

die Höhe des reflektierten Signals bereits zu g = 60% des ursprünglichen Wertes. Im praktischen Einsatz aber, wenn von einer Impedanz Zg von 30 Ohm ausgegangen werden muß, ergibt sich j>
sogar zu 74%.

Damit sind Fehl schaltungen einzelner Baugruppen des Systems vorbestimmt. Die Reflexionen haben so lange keine negative Auswirkung wie die Timing-IntervalIe des Busses viel größer sind als die Durchlaufzeit des Signales auf dem Bus. In diesem Fall sind die Reflexionen abgeklungen, bis ein Signalpegel abgefragt wird. Die Fehlschaltungen treten aber auf, wenn einerseits die Flanke des reflektierten Signals hinreichend steil ist und andererseits das reflektierte Signal bereits zu einem Zeitpunkt bei der betreffenden Baugruppe eintritt, wenn diese gültige Signal pegel erwartet. Beide Bedingungen treffen immer dann zu, wenn die elektronischen Baugruppen für eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit ausgelegt sind, was bei modernen Computersystemen zunehmend der Fall ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Leitungsabschluß dahingehend weiterzubilden, einen fast reflexionsfreien Abschluß der Signalleitung zu ermöglichen, ohne die Signalleitung zusätzlich zu belasten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Im Zeitpunkt des Eintreffens eines Signals wird dabei der Abschlußwiderstand über ein Schaltelement und ein weiteres Dämpfungselement kurzgeschlossen, bis es zu einer Aufladung des vorzugsweise kapazitiven Schaltelements kommt. Die Signaltreiber werden dadurch statisch nicht belastet, da ein Abschluß der Leitung nur im Eintreffen der Signalflanke die Leitung terminiert. Eine zusätzliche Wärmeentwicklung wird vermieden und der Übergang zwischen den beiden Zuständen kann durch das Schaltelement mit zeitvariablem Schaltverhalten ausgeglichen werden. Somit ergibt sich ein dynamischer Leitungsabschluß, der auf den jeweiligen Zustand der Signalleitung flexibel reagieren kann. Die noch verbleibende Reflexion ergibt lediglich eine unbeachtliche abgeflachte Signalflanke.

Wird dieser dynamische Leitungsabschluß nach den Ansprüchen 2 bis 4 ausgebildet, so ergibt sich für den Moment des Auftreffens des Signals am Ende der Signalleitung zunächst eine theoretisch optimale Terminierung, die sich anschließend dem technisch Machbaren angleicht.

Nach den Ansprüchen 6 bis 8 können die Bauelemente entweder in einem zusätzlichen, einfach an der betreffenden Baugruppe zu kontaktierenden Modul untergebracht werden, was insbesondere eine problemlose Nachrüstung bestehender Systeme ermöglicht, wenn dieses auf die Busplatine aufsteckbar ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, gemäß Anspruch 8 die entsprechenden Bauelemente platzsparend auf der elektronischen Baugruppe gegebenenfalls vervielfacht für die auftretenden Signal leitungen vorzusehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild für den erfindungsgemäßen

dynamischen Leitungsabschluß,
Fig. 2 das dem Ersatzschaltbild von Fig. 1 entsprechende

Diagramm eines typischen Signal Verlaufs,

Fig. 3 die schematische Ersatzschaltung eines bekannten
Leitungsabschlusses,

Fig. 4 einen typischen Signalverlauf mit Reflexion bei einem
Leitungsabschluß gemäß Fig. 3

Fig. 5 eine Ansicht eines die erfindungsgemäße Lösung beinhaltenden Steckverbinders, der insbesondere zur
Nachrüstung geeignet ist.

Gemäß Fig. 3 ist es bekannt, einen Leitungsabschluß zur Minimierung von Reflexionen auf Signal!eitungen 10 mit wenigstens einem Dämpfungselement 12 zu versehen, das an Masse gelegt ist. Das Dämpfungselement wird meist durch Parallelschaltung zweier Widerstände 12,12a gemäß der VME-Spezifikation verwirklicht. Bei einer derartigen Schaltung ergibt sich bei einer Impedanz Zg über die Länge der Signalleitung !5 eine Reflexion 3 in Abhängigkeit des Widerstandes Z|_ des Dämpfungselements gemäß Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 wird parallel zum ersten Dämpfungselement 12 ein R-C-Gl ied vorgesehen, das ein Schaltelement 13 mit zeitvariablem Schaltverhalten wie z.B. einem Kondensator und ein zweites Dämpfungselement 14 in Form eines Widerstandes aufweist. Während insofern das erste Dämpfungselement einen Widerstand aufweist, der gemäß der VME-Spezifikation erheblich über der Impedanz der Signalleitung liegt, wird der Widerstand des zweiten Dämpfungselements 14 im Bereich von 40 bis 100 Ohm, also im Bereich der Impedanz der Signalleitung gewählt. Der Kondensator besitzt eine Kapazität von 10 pF bis 10 nF. Die Zeitkonstante des Schaltelements 13 und des zweiten Dämpfungselements 14 ist insofern größer als die Durchlaufzeit der Signalleitung.

Gemäß Fig. 5 kann der dynamische Leitungsabschluß in Form eines Steckverbinders nach DIN 41612 der Bauform "C" oder "R" auf der der Steckseite gegenüberliegenden Seite mit einem Trägerkörper 15 versehen sein, der jedes Anschlußpin des Steckverbinders in einem zylindrischen Hohlraum 15a aufnimmt. Da der Trägerkörper 15 länger als die Stifte des Steckverbinders ist, können je ein Dämpfungselement 14 und Schaltelement 13 in den Trägerkörper 15 mit aufge-

- &dgr;-&iacgr;

nommen werden. Beide Elemente sind als Chip- oder SMD-Bauteile ausgebildet und werden von· dem auf ihre Abmessungen abgestimmtem Hohlraum geführt. Das ganze Modul wird durch eine mechanisch stabile, leitende Platte auf der dem Steckverbinder gegenüberliegenden Seite abgeschlossen, die elektrisch über den Steckverbinder mit dem Massepotential verbunden ist. Die elektrische Verbindung der Dämpfungs- und Schaltelemente mit dieser Platte erfolgt über kleine Federn 16, die in die Hohlräume des Trägerkörpers 15 eingelassen sind. Alle miteinander mechanisch kontaktierten Oberflächen sind mit einem stabilen, elektrisch gut leitfähigen Überzug zwecks ständig guter Kontaktgabe überzogen. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Elemente unmittelbar auf der Hauptbaugruppe unterzubringen.
Über ein Verbindungselement 17 kann der Trägerkörper 15 dann an der Busplatine 18 befestigt werden.

Claims

Schutzansprüche

1. Leitungsabschluß (11) zur Minimierung von Reflexionen auf Signalleitungen (10), insbesondere bei VME-Bus-Systemen, mit wenigstens einem an Masse (M) gelegten ersten Dämpfungseiement (12),
dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum ersten Dämpfungselement (12) ein Schaltelement (13) mit zeitvariablem Schaltverhalten und ein zweites Dämpfungselement (14) vorgesehen ist.

2. Leitungsabschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (13) ein Kondensator und die Dämpfungselemente (12,14) Widerstände sind.

3. Leitungsabschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Dämpfungselement zwei parallel geschaltete Widerstände (12,12a) umfaßt, deren Gesamtwiderstand größer ist als der Widerstand des zweiten Dämpfungselements (14).

4. Leitungsabschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des zweiten Dämpfungselements im Bereich von 40 bis 100 Ohm liegt und die Kapazität des Kondensators im Bereich von 10 pF bis 10 nF liegt.

5. Leitungsabschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Schaltelements (13) und des zweiten Dämpfungseiemtents (14) größer ist als die Durchlaufzeit der Signal leitung (10).

6. Leitungsabschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens Schaltelement (13) und zweites Dämpfungselement (14) in einer Baugruppe, bestehend aus einem Steckverbinder und einem Hohlräume beinhaltenden Trägerkörper, mechanisch fixiert und elektrisch kontaktiert sind.

7. Leitungsabschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens Schaltelement (13) und zweites Dämpfungselement (14) als SMD-Bauteile auf Platinen an einem Steckverbinder untergebracht sind, der bedarfsweise mehrere Signal leitungen terminiert.

8. Leitungsabschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Schaltelement (13) und zweites Dämpfungselement (14) auf der Hauptbaugruppe angeordnet sind und bedarfsweise mehrere Signal leitungen (10) terminieren.