KR20020025226A - 장치 및 디바이스 및 이를 포함하는 통신 버스 시스템 및이의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
통신 버스 시스템 내의 스테이션은 신호 전송 라인에 접속된다. 스테이션은 전송 라인에 접속된 파 스플리터와 이 파 스플리터의 입력에 접속되어 파 스플리터로부터 전송 라인을 걸쳐 외부로 이동하는 출력 파 신호를 전송하는 전송부를 포함한다. 스테이션은 파 스플리터의 출력부에 접속되어 커넥터로부터 파 스플리터 내부로 이동하는 입력 파 신호를 수신하는 수신부를 포함한다. 스테이션은 수신부가 전송부에 의해 전송된 파의 반사를 검출하는 여부에 따르는, 전송 라인에 접속된 다른 장치의 존재 여부에 따라, 상이한 제어 모드로 동작하도록 구성된 제어 유닛을 갖는다.
Description
USB 시스템에서, 가령 개인용 컴퓨터와 같은 한 스테이션은 버스 구조의 루트이다. 이러한 스테이션은 버스 마스터이다. 이 스테이션은 하나 또는 그 이상의 커넥터를 가지며, 상기 커넥터는 루트를 "다운스트림" 스테이션으로 접속시키는데 사용될 수 있으며, 여기서 각 다운스트림 스테이션은 자신의 케이블을 통해 커넥터에 접속된다. USB 시스템에서, 다운스트림 스테이션은 자신을 트리 구조에서 보다 하향인 다운스트림 스테이션으로 접속시키는데 사용될 수 있는 커넥터를 가질 수 있다. 이로써, 루트에 간접적 또는 직접적으로 접속되는 상호접속된 스테이션들은 함께 버스 시스템을 형성한다.
모든 커넥터들이 영구적으로 다운스트림 스테이션에 접속될 필요는 없다. 시스템의 사용자는 다운스트림 스테이션을 접속 또는 분리시키거나 필요하다면 커넥터를 사용되지 않은 상태로 남겨 둘 수도 있다. 시스템은 다운스트림 스테이션이 커넥터로 접속되었는지 분리되었는지를 검출하여 이에 따라 동작한다. 어떠한 다운스트림 스테이션도 접속되지 않는 커넥터를 통해서는 어떤 메시지 명령도 전달되지 않는다. USB 시스템에서, 스테이션의 존재 여부의 검출은 저항을 통해 유도된 전류에 의해 수행된다. 각 다운스트림 스테이션은 자신을 커넥터(상기 커넥터를 경유하여 상기 다운스트림 스테이션은 버스 시스템에 접속됨)로 접속시키는 케이블에 접속된 저항을 포함한다. 다운스트림 스테이션이 버스에 접속될 때, 다운스트림 스테이션의 저항이 케이블을 통해 전류를 유도한다. 이 전류는 케이블 상의 전압에 변화를 초래하며, 이러한 변화는 다운스트림 스테이션에 접속된 커넥터를 갖는 다른 "업스트림" 스테이션에 의해 검출된다.
보통, 분리의 검출은 버스 상의 통신의 "단절(silence)" 기간을 필요로 한다. USB 버스의 경우, 이를 위해 타임 슬롯이 예비되며, 이 기간 동안, 어떤 전송도 가능하지 않다. 이는 분리의 지연을 유발할 수 있으며, 전송 용량을 감소시킨다. 또한, 버스 시스템의 속도 증가 및 전력 소비량 감소를 위해, 케이블 상의 전압 변동폭(voltage swing)을 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나, 전압 변동폭의 감소는 스테이션의 접속으로 인해 발생하는 전압 변화를 검출하기 보다 어렵게 만든다.
특히, 본 발명의 목적은 접속 및/또는 분리를 검출하기 위해 버스가 예비해야할 시간을 감소시키는 것이다.
본 발명에 따른 장치는 청구 범위 제 1 항에 제안된다. 본 발명에 따르면, 파 반사가 버스 시스템에 접속된 스테이션의 존재 여부를 검출하는데 사용된다. 전기 전송 라인 내의 시간 의존 전압 및 전류는 가령 두 벡터로 기술될 수 있으며, 이 두 벡터 각각은 전송 라인을 통해 서로 반대 방향으로 이동하는 두 이동파 중 각 하나의 진폭 및 위상을 나타낸다. 전송 라인의 단부에서, 임피던스가 전송 라인에 접속되며, 두 파 벡터(wave vectors) 간의 비율은 임피던스와 관련된 반사 계수와 동일하다. 임피던스가 전송 라인의 전송 라인 임피던스와 동일하면 반사 계수는 제로가 된다. 이로써, 전송 라인의 고유 임피던스와 동일한 임피던스가 전송 라인에 접속되면 오직 한 방향으로만 이동하는 파가 존재할 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 효과는 다운스트림 스테이션의 시스템으로의 통합및 특히 시스템으로부터의 분리를 제어하는데 사용된다. 스테이션은 전송 라인의 고유 임피던스를 전송 라인에 인가하도록 설계된다. 전송 라인의 다른 끝부분에 위치한 시스템 내의 업스트림 스테이션은 파신호를 전송 라인을 통해 전송하며 만일 귀환파(returning wave)가 존재한다면 이 귀환파를 전송된 파로부터 분리(split off)한다. 전송 동안 귀환파의 진폭이 실질적으로 제로가 아니거나 실질적으로 제로로부터 증가한다면, 전송 라인은 더 이상 종단되지(terminated) 않아 다운스트림 스테이션은 전송 라인으로부터 분리된다. 이로 인해, 업스트림 스테이션은 다운스트림 스테이션을 시스템으로부터 논리적으로 제거하기 위해 적당한 행동을 취한다. 마찬가지로, 스테이션을 시스템으로 논리적으로 통합시키기 위해, 귀환파의 진폭이 실질적으로 제로이면, 전송 라인은 종단되어 다운스트림이 전송 라인에 접속된다. 이로 인해, 업스트림 스테이션은 다운스트림 스테이션을 시스템 내로 통합시키기 위해 적당한 행동을 취한다.
본 발명에 따른 시스템, 장치, 디바이스, 방법의 이들 유리한 측면 및 다른 유리한 측면들은 다음 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
본 발명은 USB 버스와 같은 버스를 사용하는 스테이션 간의 통신을 가능하게 하기 위해, 다수의 스테이션들(stations)이 신호 전송 라인에 의해 접속되는 통신 버스 시스템에 관한 것이다. USB 시스템은 커넥터를 가지며, 유저는 상기 커넥터를 사용하여 시스템이 동작 중일 때에도 자유 자재로 스테이션을 접속 및 분리시킬 수 있다. 시스템은 스테이션이 커넥터와 접속되었는가를 검출하여, 만일 그러하다면, 시스템이 접속된 스테이션을 시스템으로 논리적으로(logically) 통합시켜, 스테이션과의 통신이 가능하게 된다. 또한, 시스템이 스테이션이 커넥터와 분리되었는가를 검출하여, 만일 그러하다면, 시스템이 스테이션을 시스템으로부터 논리적으로 분리시켜 스테이션과의 통신이 더 이상 수행되거나 기대되지 않게 된다. 이러한 자동적 통합 및 분리는 비전문가의 시스템 사용의 용이성을 위한 중요한 특징이다.
도 1은 버스 통신 시스템의 토폴러지의 도면,
도 2는 버스 통신 시스템에서 사용되는 스테이션의 도면,
도 3은 파 스플리터(wave splitter)의 도면,
도 1은 버스 통신 시스템의 토폴러지의 도면이다. 토폴러지는 마스터 스테이션(10)을 포함한다. 마스터 스테이션(10)은 다수의 커넥터(12a-g)를 갖는다. 다수의 슬레이브 스테이션(slave station)(14a-c)은 각 케이블(16a-c)을 통해 커넥터(12a-c)에 접속된다. 두 커넥터(12d,e)는 어떤 것에도 접속되지 않으며, 다른 커넥터(12f,g)는 케이블(16d,e)에 접속되지만, 상기 케이블(16d,e)은 어떤 스테이션에도 접속되지 않는다. 통신 버스 시스템에 대한 표준 규정은 가령 300 옴의 고유 임피던스를 갖는 대칭 케이블과 같은 사용되는 케이블(16a-e)의 타입 및 케이블(16a-e)의 고유 임피던스를 규정한다. 슬레이브 스테이션(14a-c)은 케이블(16a-c)의 종단부(termination)를 형성하는 종단 임피던스(도시되지 않음)(상기 종단 임피던스는 각기 자신의 고유 임피던스를 가짐)를 포함한다.
바람직하게는, 버스 시스템으로의 접속과 상관없는 자신의 전원을 필요로하는 슬레이브 스테이션(14a-c)의 경우, 또는 버스 시스템 내에서 슬레이브 스테이션으로 동작할지 그렇지 않을지 선택할 수 있는 슬레이브 스테이션의 경우, 종단 임피던스는 동적 임피던스이며, 상기 동적 임피던스는 오직 전력이 슬레이브 스테이션(14a-c)에 공급될 때에만 그들의 동작값(operational value)을 취하며, 슬레이브 스테이션(14a-c)에 전력 공급이 되지 않거나 버스 시스템 내에서 슬레이브 스테이션으로 동작하도록 준비되어 있지 않다면, (개방 회로와 같은) 다른 임피던스가 케이블(16a-c)에 인가된다.
도 1은 오직 하나의 마스터 스테이션(10) 및 다수의 슬레이브 스테이션(14a-c)을 갖는 "평탄한" 토폴러지를 도시하지만, 본 발명은 다른 계층적 토폴러지들에도 동일하게 적용되며, 상기 계층적 토폴러지에서는, 마스터 스테이션(10)이 토폴러지의 보다 상위 부분(도시도지 않음)의 슬레이브 스테이션으로 기능한다.
도 2는 버스 시스템에서 마스터 스테이션으로 사용되는 스테이션(10)을 도시한다. 스테이션(10)은 프로세서(20), 커넥터 제어 회로(22) 및 커넥터 중 하나의 커넥터(12a)에 대한 파 스플리터(24)를 포함한다. 프로세서(20)는 정보를 전송하고 정보를 수신하고 슬레이브 스테이션의 커넥터(12a)로의 접속 또는 분리의 검출을 수신하는 인터페이스를 갖는 커넥터 제어 회로(22)에 접속된다. 커넥터 제어 회로(22)는 파 스플리터(24)의 입력에 접속된 출력 및 파 스플리터(24)의 출력에 접속된 입력을 갖는다. 파 스플리터(24)는 커넥터(12a)에 접속된 전송 라인 출력을 갖는다. 마스터 스테이션(10)은 프로세서(20)와 다른 커넥터들(12b-g) 중 각 하나 간에 접속된 다른 커넥터 제어 회로 및 다른 파 스플리터를 포함할 수 있다.
동작 시에, 프로세서(20)는 커넥터(12a-g) 중 어느 것이 슬레이브 스테이션(14a-c)으로 접속되는가를 나타내는 레코드를 저장한다. 슬레이브 스테이션(14a-c)은 가령 프린터, 카메라, 저장 디바이스 또는 디스플레이 디바이스 등이 될 수 있다. 프로세서(20)는 특히 버스에 대한 제어 유닛으로 기능한다. 프로세서(20) 내에서 동작하는 프로그램이 특정 기능을 갖는 슬레이브 스테이션(14a-c)을 필요로 할 때, 프로세서(20)는 그러한 스테이션의 접속 여부와 상기 스테이션이 어느 커넥터(12a-g)에 접속되었는가를 체크한다. 이로써, 명령 및/또는 데이터가 마스터 스테이션(20) 및 관련 슬레이브 스테이션(14a-c) 사이에서 전송될 수 있다.스테이션의 접속 여부를 나타내는 정보는 가령 스테이션의 메모리(도시되지 않음) 내의 상태 테이블(status table) 내에서 레코드 형태로 저장되어, 프로세서(20)는 필요한 스테이션의 접속 여부를 결정하기 위해 메모리와 상의(consult)할 수 있다.
슬레이브 스테이션(14a-c) 및 컨넥터(12a-c) 중 하나 간이 접속될 때, 이는 커넥터 제어 회로(22)에 의해 검출되며 프로세서(20)로 신호로 보내진다. 이에 응답하여, 초기화 프로토콜이 실행되며, 여기서 프로세서(20)는 가령 어떤 타입의 기능이 접속된 슬레이브 스테이션(14a-c)으로부터 가용한지를 문의하여, 스테이션 식별을 슬레이브 스테이션(14a-c)에 지정하고, 슬레이브 스테이션(14a-c)을 초기화하며 특정 커넥터(12a-g)에 지정된 식별을 갖는 특정 타입의 슬레이브 스테이션(14a-c)의 존재를 나타내는 프로세서(20) 내의 레코드를 업데이트한다. 초기화 프로토콜은 가령 스테이션을 USB 버스 시스템 내에 통합시키는 대응 단계들 뒤에 올 수도 있다.
커넥터 제어 회로(22)가 반사된 파로부터, 슬레이브 스테이션(14a-c)이 커넥터(12a-g) 중 하나 또는 이들 커넥터(12a-g)에 접속된 케이블(16a-e) 중 하나로부터 분리되었음을 검출할 때, 커넥터 제어 회로(22)는 이를 프로세서(20)에 신호로 보낸다. 이에 응답하여, 프로세서(20)는 그의 레코드로부터 슬레이브 스테이션(14a-c)을 제거하며, 슬레이브 스테이션(14a-c)을 사용하는 어떤 프로세스도 종단시키거나 배제시킨다.
커넥터 제어 회로(22)는 신호를 파 스플리터(24)를 통해 커넥터(12a)에 전송하며 파 스플리터(24)에 의해 커넥터(12a)로부터 전송된 파 신호 및 수신된 파 신호의 진폭을 비교함으로써 접속 및 분리를 검출한다. 이로써, 커넥터 제어 회로는 커넥터(12a,b)에 대해 수신 및 전송부로 동작한다. 고유 임피던스 R를 갖는 케이블 상에서, 가령 케이블 상의 위치 x의 함수로의 전압 V(x), 전류 I(x)는 두 파벡터 A1,A2에 의해 I(x) = (A1 exp(ikx)-A2exp(-ikx))/R, V(x) = A1 exp(ikx) + A2 exp(-ikx) 로 기술될 수 있다. 케이블이 수동 임피던스 Z로 종단되었을 때, 두 파 벡터 A1,A2 간의 고정 비율 G(x)가 존재한다. 이 비율 G는 반사 계수로 지칭되는데, 그 이유는 이 고정 비율이 어느 방향으로 이동하는 파의 파 벡터 A1이 반대 방향으로 이동하는 파의 파벡터 A2로 생성되는 정도를 나타내기 때문이다. 게이블이 임피던스 Z로 종단되면, 종단점 "p"(x=p)에서 파벡터 간의 관계식은 A2=G(p)*A1이며, 여기서 반사 계수 G(p)=(Z-R)/(Z+R)이다. 그러므로, 케이블이 종단점에서 개방형 단부를 갖는다면(open ended)(Z는 무한대), G는 1이며, 케이블이 단락된다면(Z=0), G는 -1이며, 케이블이 케이블의 고유 임피던스 R에 의해 종단된다면(Z=R), G는 0이다. 케이블 상의 다른 위치 x1,x2에서의 반사 계수 G(x1),G(x2)는 위상 계수 exp(-2ik(x1-x2)) 만큼 서로 다르며, 상기 위상 계수는 파 벡터 A1를 갖는 파의 xl에서 x2로의 이동으로 인한 위상 시프트를 나타낸다. 이로써, exp(-2ik(x1-x2)) 의 크기가 1 이기 때문에, 반사 계수 G(x)의 크기는 케이블을 따라 일정하게 유지된다.
파 스플리터(24)는 데이터 및/또는 명령을 슬레이브 스테이션(14a)에 보낸다. 이 데이터 및/또는 명령은 파 벡터(A1,A2) 중의 하나를 시간의 함수로 제어한다. 파 벡터(A1,A2) 중 다른 하나는 커넥터(12a) 또는 커넥터(12a)에 접속된 케이블(16a)의 단부에 존재하는 것이 슬레이브 스테이션(14a)이든지 아니면 개방형 단부이든지 간에 이에 의한 반사의 결과이다. 파벡터 A1,A2 중 상기 다른 하나는 데이터 및/또는 명령에 의해 결정된 파벡터의 배인 반사 계수 G와 동일하다.
파 스플리터(24)는 상기 반사된 파를 분리(split off)한다, 즉 파 스플리터는 그의 파 벡터를 결정하여 이 파 벡터를 커넥터 제어 회로(22)에 인가한다. 커넥터 제어 회로(22)는 이 반사된 파 벡터를, 슬레이브 스테이션(14a)의 케이블(16a)을 통해 커넥터(12a)로의 접속 여부를 판정하기 위해, 사용한다.
만약 접속이 존재한다면, 슬레이브 스테이션(14a)은 실질적으로 케이블(16a)의 고유 임피던스 R을 케이블(16a)에 인가하여, 슬레이브 스테이션이 케이블(16a)에 접속된다면 반사 계수 G는 실질적으로 제로가 된다. 만약 어떤 슬레이브 스테이션(14a)도 케이블(16a)을 통해 커넥터(12a)에 접속되지 않는다면, 반사 계수의 크기는 실질적으로 1이 된다. 그러므로, 반사된 파 및 전송된 파의 파 벡터 A1,A2의 진폭 간의 비율이 1 내지 0 간의 임계값과 동일하거나 작으면, 슬레이브 스테이션(14a)이 존재한다고 커넥터 제어 회로(22)는 판정한다. 상기 비율이 임계값보다 크면, 슬레이브 스테이션(14a)이 존재하지 않다고 커넥터 제어 회로(22)는 판정한다. 이상적인 조건 하에서, 임계값은 0과 1 사이의 임의의 값으로 취해질 수 있지만, 바람직하게는 임계값은 허용 오차 범위 내의 슬레이브 스테이션(14a)의 임피던스의 편차로 인한 비제로 반사 계수에 대응하는 제로 근방에 존재하지 않으며, 또한 케이블(16a) 내의 가능한 손실에 대응하는 1 근방에 존재하지 않는다. 물론, 파 스플리터가 고정 평균 진폭을 갖는 출력 파(outgoingwave)를 케이블(16a)에 인가할 때, 파 벡터 간의 비율을 명백하게 결정할 필요는 없으며 반사된 파의 진폭은 임계값과 비교될 수 있다.
USB 시스템에서 스테이션을 검출하는 통상적인 방법은 본 발명에 첨가되어 사용될 수 있다. 이는, 통상적인 방법이 보다 늦은 반응 시간에도 불구하고 보다 상이한 접속 상태 방법을 제공하기 때문에, 유리하다.
도 3은 대칭적 신호 도전체를 갖는 케이블(16a)에 대한 파 스플리터(24)의 가능한 회로 구현의 실례이다. 이 회로는 본 기술 분야에서 그 자체로 알려진 반사된 파를 분리하는(split off) 많은 회로 중의 한 실례이다. 도 3의 회로는 커넥터(12a) 상의 전압 및 전류를, 케이블(16a)의 규정된 고유 임피던스와 같은 출력 임피던스와 직렬로 연결된 출력 전압 "e"를 갖는 전압 소스에 대응하는 등가 회로에 의해 표현될 수 있는 회로로 구동한다. 이로써, 출력 전압 "e", 커넥터(12a)에 접속된 파 스플리터의 출력에서의 전압 V, 상기 출력에서의 전류 I는 V = e - IR이 된다. 이로써, 반사된 파 벡터는 A2 = V - e/2에 의해 결정된다. 도 3의 회로는 커넥터(12a)에 접속된 출력에서의 전압을 구동하는 제 1 구동기(30a,b)를 포함한다. 이 제 1 구동기(30a,b)는 슬레이브 스테이션(14a)(도시되지 않음)에 의해 전송되는 데이터 및/또는 명령에 의해 구동된다. 회로는 자신의 출력을 제 1 구동기(30a,b)보다 두 배로 로드(load)함으로써 e/2 를 형성하는 제 2 구동기(32a,b)를 포함한다(상기 로드는 제 1 구동기 및 제 2 구동기의 상대적 구동 전력에 비례하게 이루어진다. 이는 가령 제 1 및 제 2 구동기 모두에 NMOS 구동기 트랜지스터 및 PMOS 로드 트랜지스터를 사용함으로써 실현되며, 여기서 제 2 구동기 내의 NMOS 구동기 트랜지스터의 W/L 및 PMOS 로드 트랜지스터의 W/L 간의 비율이 제 1 구동기 내의 대응 비율의 절반이 된다). 회로는 제 1 구동기(30a,b)의 출력 전압으로부터 제 2 구동기(32a,b)의 출력 전압을 빼는 감산 회로(subtraction circuit)(34)를 포함한다. 감산 회로의 출력은 반사된 파 벡터 A2에 비례하며 접속된 슬레이브 스테이션의 검출을 위해 커넥터 제어 회로(22)(도시되지 않음)에 공급된다.
Claims (4)
- 통신 버스 시스템에서 스테이션으로 사용되는 장치에 있어서,상기 장치를 신호 전송 라인에 접속하는 커넥터(12a)와,상기 신호 전송 라인에 접속된 다른 장치의 상기 통신 버스 시스템 내에서의 존재 여부에 따라 동작하도록 구성된 제어 유닛(22)과,상기 커넥터에 접속된 파 스플리터(wave splitter)(24)와,상기 파 스플리터의 입력에 접속되어, 전송 라인에 걸쳐 상기 파 스플리터로부터 외부로 이동하는 출력 파 신호를 전송하는 전송부와,상기 파 스플리터의 출력에 접속되어, 상기 커넥터로부터 상기 파 스플리터 내부로 이동하는 입력 파 신호를 수신하는 수신부를 포함하며,상기 제어 유닛은 상기 수신부가 상기 전송부에 의해 전송된 파의 반사를 검출하는지의 여부에 따르는 상기 다른 장치의 존재 여부에 따라 동작하도록 구성되는장치.
- 통신 버스 시스템 내에서 스테이션으로 사용되는 집적 회로 디바이스에 있어서,상기 디바이스를 신호 전송 라인에 접속하는 외부 단자(12a)와,상기 신호 전송 라인에 접속된 장치의 상기 통신 버스 시스템 내에서의 존재 여부에 따라 동작하도록 구성된 제어 유닛(22)과,상기 외부 단자에 접속된 파 스플리터(wave splitter)(24)와,상기 파 스플리터의 입력에 접속되어, 상기 전송 라인에 걸쳐 상기 파 스플리터로부터 외부로 이동하는 출력 파 신호를 전송하는 전송부와,상기 파 스플리터의 출력에 접속되어, 상기 커넥터로부터 상기 파 스플리터 내부로 이동하는 입력 파 신호를 수신하는 수신부를 포함하며,상기 제어 유닛은 상기 수신부가 전송부에 의해 전송된 파의 반사를 검출하는지의 여부에 따르는 상기 다른 장치의 존재 여부에 따라 동작하도록 구성되는집적 회로 디바이스.
- 제 1 항에 따른 장치를 포함하는 통신 버스 시스템에 있어서,상기 신호 전송 라인은 상기 커넥터에 접속되며,상기 다른 장치는 상기 신호 전송 라인에 접속되며,상기 다른 장치는 상기 신호 전송 라인에 접속된 종단부(a terminating section)를 포함하며,상기 다른 장치가 상기 버스 통신 시스템에 접속된 스테이션으로 기능하도록 동작될 때, 상기 종단부는 상기 전송 라인의 전송 라인 임피던스와 실질적으로 정합되는 임피던스를 상기 신호 전송 라인에 제공하는통신 버스 시스템.
- 통신 버스 시스템을 제어하는 방법에 있어서,스테이션의 커넥터를 통한 상기 버스 시스템으로의 접속은 전송된 파 신호를 상기 커넥터를 통해 전송하고 상기 커넥터에 수신된 귀환파를 분리시킴(splitting)으로써 검출되며,상기 버스 시스템은 전송된 파 신호의 반사의 검출 여부에 따르는 상기 다른 스테이션의 존재 여부에 따라 동작하는통신 버스 시스템 제어 방법.
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