RU2319996C1

RU2319996C1 - Device for transmitting data between a computer and peripheral devices, made in form of universal serial bus

Info

Publication number: RU2319996C1
Application number: RU2006140312/09A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Остапенко (RU); Анатолий Александрович Остапенко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью ООО "Юник Ай Сиз"
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-03-20

Abstract

FIELD: computer engineering, namely, local computer networks, in particular, home networks based on universal serial buses.

SUBSTANCE: device for data transmission contains a cable with signal lines, power buses, microchip of computer controller which generates commands which determine operation of peripheral device, microchip of device controller which control directions of streams of data being transmitted, positioned in a peripheral device, two microchips of transformers of signal levels from contacts of control microchips, four circuits for correction of transfer characteristic of signal lines of cable, four matched loads, two stabilizer circuits and four filters meant for reduction of power noise.

EFFECT: removed limitation on length of used cable, possible usage of various types of cables without necessity to develop expensive microchips for repeaters each time, which have functions of double purpose: matching of impedance of cable and controllers and transformation of levels of signals from outputs of controller microchips.

5 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к области локальных компьютерных сетей на универсальных последовательных шинах.The invention relates to computing, and in particular to the field of local computer networks on universal serial buses.

Известны последовательные шины передачи данных, предназначенные для периферийных устройств типа «мыши», клавиатуры, принтера, модема и жесткого диска [1].Serial data transfer buses are known for peripheral devices such as a mouse, keyboard, printer, modem, and hard disk [1].

Известно также устройство для передачи данных между компьютером и периферийными устройствами, выполненное в виде универсальной последовательной шины, включающее кабель с сигнальными линиями, шинами питания и разъемами на концах для соединения периферийных устройств с персональным компьютером, микросхему контроллера, формирующего команды, определяющие работу периферийного устройства, и микросхему, расположенную в периферийном устройстве [2].It is also known a device for transmitting data between a computer and peripheral devices, made in the form of a universal serial bus, including a cable with signal lines, power buses and connectors at the ends for connecting peripheral devices to a personal computer, a controller chip that generates commands that determine the operation of the peripheral device, and a chip located in the peripheral device [2].

Недостатками указанных устройств для связи персонального компьютера с периферийными устройствами являются:The disadvantages of these devices for connecting a personal computer with peripheral devices are:

- ограничения по расстоянию передачи пакетов цифровой информации,- restrictions on the distance of transmission of packets of digital information,

- высокая сложность, обусловленная сложностью электрических ретрансляторов сигнала,- high complexity due to the complexity of the electrical signal transponders,

- высокая сложность, обусловленная наличием устройств - разветвителей кабелей.- high complexity due to the presence of devices - cable splitters.

Наиболее близким к изобретению является устройство для передачи данных между компьютером и периферийными устройствами [3], выполненное в виде универсальной последовательной шины, включающее кабель с сигнальными линиями, шинами питания и разъемами на концах для соединения периферийных устройств с персональным компьютером, микросхему контроллера компьютера, формирующего команды, определяющие работу периферийного устройства, микросхему контроллера устройства, управляющего направлениями потоков передаваемых данных, расположенную в периферийном устройстве, в котором содержатся, по крайней мере, две микросхемы ретранслятора, первым и вторым внешними электродами соединенные с выходами микросхем контроллеров, а третьим и четвертым внешними электродами соединенные с кабелем, согласующие импедансы кабеля и контроллеров и преобразующие уровни сигналов с выходов микросхем контроллеров, расположенных в персональном компьютере и периферийном устройстве, для обеспечения их передачи по кабелю без отражения сигналов в нем.Closest to the invention is a device for transmitting data between a computer and peripheral devices [3], made in the form of a universal serial bus, including a cable with signal lines, power buses and connectors at the ends for connecting peripheral devices to a personal computer, a computer controller chip forming commands that determine the operation of the peripheral device, the chip of the device controller that controls the directions of the streams of transmitted data, located in a peripheral device, which contains at least two repeater microcircuits, the first and second external electrodes connected to the outputs of the controller microcircuits, and the third and fourth external electrodes connected to the cable, matching the impedances of the cable and the controllers and converting signal levels from the outputs of the controller microcircuits, located in a personal computer and peripheral device, to ensure their transmission via cable without reflection of signals in it.

Функциональная схема устройства согласно прототипа [3] для передачи данных между персональным компьютером и периферийным устройством иллюстрируется фиг.1 и 2.The functional diagram of the device according to the prototype [3] for transmitting data between a personal computer and a peripheral device is illustrated in figures 1 and 2.

Устройство для передачи данных между персональным компьютером 1 периферийными устройствами 2, приведенное на Фиг.1 и выбранное в качестве прототипа, выполнено в виде универсальной последовательной шины, включает кабель с сигнальными линиями 3 и 4, шинами питания (не показаны) и разъемами 5 и 6 на концах для соединения периферийных устройств с персональным компьютером, микросхему контроллера 7 компьютера, формирующего команды, определяющие работу периферийного устройства, микросхему контроллера 8 устройства, управляющего направлениями потоков передаваемых данных, расположенную в периферийном устройстве 2. Устройство дополнительно содержит две идентичные микросхемы 9 и 10, функциональная блок-схема которых приведена на фиг.2. Микросхемы первым 11 и вторым 12 внешними электродами соединены с выходами микросхем контроллеров 7 и 8, а третьим 13 и четвертым 14 внешними электродами - с сигнальными линиями 3 и 4 кабеля. Микросхемы 9 и 10 согласовывают импедансы кабеля и контроллеров и преобразуют уровни сигналов с выходов микросхем контроллеров 7 и 8, расположенных в персональном компьютере 1 и периферийном устройстве 2, для передачи их по кабелю без отражения.A device for transmitting data between a personal computer 1 peripheral devices 2, shown in figure 1 and selected as a prototype, is made in the form of a universal serial bus, includes a cable with signal lines 3 and 4, power buses (not shown) and connectors 5 and 6 at the ends for connecting peripheral devices to a personal computer, a microcircuit of a computer controller 7 forming commands defining the operation of a peripheral device, a microcircuit of a controller 8 of a device that controls the flow directions of transmitted data located in the peripheral device 2. The device further comprises two identical microcircuits 9 and 10, the functional block diagram of which is shown in FIG. 2. The microcircuits of the first 11 and second 12 external electrodes are connected to the outputs of the microcircuits of controllers 7 and 8, and the third 13 and fourth 14 external electrodes are connected to the signal lines 3 and 4 of the cable. Chips 9 and 10 coordinate the impedances of the cable and the controllers and convert the signal levels from the outputs of the controllers 7 and 8, located in the personal computer 1 and peripheral device 2, for transferring them through the cable without reflection.

Как показано на фиг.2, каждая дополнительная микросхемы 9 и 10 содержит первый и второй приемники 15 и 16, соединенные дифференциальными входами соответственно с первым 11, вторым 12, третьим 13 и четвертым 14 внешними электродами микросхем 9 и 10, а выходами со входами соответственно первого и второго передатчика 17 и 18, которые дифференциальными выходами подключены к третьему 13 и четвертому 14, первому 11 и второму 12 внешним электродам микросхем 9 и 10. Микросхемы 9 и 10 содержат таймерное устройство 19, подключенное к логическому блоку 20, входы которого подключены к выходам приемников, а выходы - к управляющим входам первого и второго передатчиков 17 и 18, вырабатывающему для передатчиков сигналы разрешения передачи данных на внешние электроды 11, 12, 13, 14 микросхем 9 и 10.As shown in figure 2, each additional chip 9 and 10 contains the first and second receivers 15 and 16, connected by differential inputs respectively to the first 11, second 12, third 13 and fourth 14 external electrodes of the chips 9 and 10, and outputs with inputs, respectively the first and second transmitters 17 and 18, which are connected by differential outputs to the third 13 and fourth 14, the first 11 and second 12 external electrodes of the microcircuits 9 and 10. The microcircuits 9 and 10 contain a timer device 19 connected to a logic unit 20, the inputs of which are are connected to the outputs of the receivers, and the outputs are connected to the control inputs of the first and second transmitters 17 and 18, which generates data transmit enable signals for the transmitters to the external electrodes 11, 12, 13, 14 of the microcircuits 9 and 10.

Анализ технического решения, заявленного в прототипе [3], показывает, что оно не полностью устраняет недостатки известных устройств, используемых для связи персонального компьютера с периферийными устройствами.Analysis of the technical solution claimed in the prototype [3], shows that it does not completely eliminate the disadvantages of the known devices used to communicate a personal computer with peripheral devices.

Так серьезным недостатком устройства, заявленного в прототипе [3], является принципиальное ограничение длины линий связи 3 и 4 в устройстве передачи данных величиной порядка 25 м. Это обусловлено тем, что в прототипе не учтено:So a serious drawback of the device claimed in the prototype [3] is the fundamental limitation of the length of communication lines 3 and 4 in a data transmission device of the order of 25 m. This is due to the fact that the prototype does not take into account:

1) наличие у переходной характеристики сигнальной линии кабеля участка весьма медленного нарастания вблизи стационарного значения, которое приводит к существенному влиянию на искажение формы импульсных сигналов в цифровых пакетах информации и, как следствие, к существенному увеличению джиттера (отклонения показательных участков сигнала от их требуемого положения во времени),1) the transition characteristic of the signal line of the cable has a very slow increase near a stationary value, which leads to a significant effect on the distortion of the shape of the pulse signals in digital information packets and, as a result, to a significant increase in jitter (deviations of the signal signal from its required position in time)

2) падение напряжения на шинах питания, что приводит к увеличению джиттера цифровых сигналов,2) the voltage drop on the power buses, which leads to an increase in jitter of digital signals,

3) не учтено влияние шумов на величину джиттера при больших длинах сигнальной линии кабеля.3) the influence of noise on the jitter value at large lengths of the signal line of the cable is not taken into account.

В прототипе не обеспечено согласование в полном объеме волнового сопротивления кабеля с выходом микросхемы - ретранслятора из-за реальных разбросов номиналов резисторов в технологии изготовления интегральных микросхем.The prototype does not fully agree on the wave impedance of the cable with the output of the repeater chip due to the real variation in resistor ratings in the technology for manufacturing integrated circuits.

Кроме того, ограничиваются типы кабелей и их параметры. Микросхемы ретрансляторов необходимо разрабатывать под каждое номинальное значение волнового сопротивления кабеля.In addition, cable types and their parameters are limited. Repeater microcircuits must be developed for each nominal value of the cable impedance.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в увеличении длины используемого кабеля, до значения, ограниченного только протоколом обмена данных (ответа) в последовательной шине в соответствии со спецификацией этой шины, а также в возможности использования различного типа кабелей без необходимости всякий раз разрабатывать дорогостоящие микросхемы - ретрансляторы с функциями двойного назначения - согласования импеданса кабеля и контроллеров и преобразования уровней сигналов с выходов микросхем контроллеров, за счет:The problem to which the invention is directed is to achieve a technical result consisting in increasing the length of the cable used to a value limited only by the data exchange protocol (response) in the serial bus in accordance with the specification of this bus, as well as the possibility of using various types of cables without the need to develop expensive chips every time - repeaters with dual-purpose functions - matching cable and controller impedance and level conversion ignalov from the outputs of controller ICs, due to:

- использования простых универсальных микросхем преобразователей, пригодных для любого типа кабелей, выполняющих одну функцию по преобразованию уровней сигналов с выходов микросхем контроллеров,- the use of simple universal converter microcircuits suitable for any type of cable, performing one function of converting signal levels from the outputs of controller microcircuits,

- включения в устройство четырех схем коррекции переходной характеристики сигнальных линий кабеля, четырех согласованных нагрузок, двух схем стабилизаторов и четырех фильтров, предназначенных для уменьшения шума по питанию.- inclusion in the device of four correction schemes for the transient response of the signal lines of the cable, four matched loads, two stabilizer circuits, and four filters designed to reduce power noise.

Для достижения названного технического результата в устройстве для передачи данных между компьютером и периферийными устройствами [3], выполненном в виде универсальной последовательной шины, включающем кабель с сигнальными линиями, шинами питания, микросхему контроллера компьютера, формирующего команды, определяющие работу периферийного устройства, микросхему контроллера устройства, управляющего направлениями потоков передаваемых данных, расположенную в периферийном устройстве,To achieve the named technical result in a device for transmitting data between a computer and peripheral devices [3], made in the form of a universal serial bus, including a cable with signal lines, power buses, a computer controller chip, forming commands that determine the operation of the peripheral device, a device controller chip , controlling the directions of the streams of transmitted data located in the peripheral device,

дополнительно включают новые элементы, являющиеся существенными признаками: две микросхемы преобразователей уровней сигналов с выводов микросхем контроллеров, при этом первая из микросхем преобразователей первым и вторым выводами соединена соответственно с первым и вторым выводами микросхемы контроллера компьютера, третий вывод первой микросхемы преобразователя соединен с первым выводом первой сигнальной линии кабеля и через первую схему коррекции переходной характеристики кабеля с входом первой согласованной нагрузки, четвертый вывод первой микросхемы преобразователя соединен с первым выводом второй сигнальной линии кабеля и через вторую схему коррекции переходной характеристики кабеля с первым выводом второй согласованной нагрузки, первый и второй выводы второй микросхемы преобразователя соединены соответственно с первым и вторым выводами контроллера устройства, второй вывод первой сигнальной линии кабеля соединен с третьим выводом второй микросхемы преобразователя и через третью схему коррекции переходной характеристики кабеля с первым выводом третьей согласованной нагрузки, второй вывод второй сигнальной линии кабеля соединен с четвертым выводом второй микросхемы преобразователя и через четвертую схему коррекции переходной характеристики кабеля с первым выводом четвертой согласованной нагрузки, третий вывод микросхемы контроллера компьютера соединен с пятым выводом первой микросхемы преобразователя, первым выводом первого стабилизатора напряжения, первыми выводами первого и второго фильтров, предназначенных для уменьшения шума по питанию, вторыми выводами первой и второй согласованных нагрузок и первым выводом общей шины кабеля, шестой вывод первой микросхемы преобразователя соединен со вторыми выводами первого фильтра, предназначенного для уменьшения шума по питанию, и первого стабилизатора напряжения, четвертый вывод микросхемы контроллера компьютера соединен со вторым выводом второго фильтра, предназначенного для уменьшения шума по питанию, третьим выводом первого стабилизатора напряжения и первым выводом шины питания кабеля, третий вывод микросхемы контроллера устройства соединен с пятым выводом второй микросхемы преобразователя, первым выводом второго стабилизатора напряжения, первым выводом третьего фильтра, предназначенного для уменьшения шума по питанию, первым выводом четвертого фильтра, предназначенного для уменьшения шума по питанию, вторым выводом третьей согласованной нагрузки, вторым выводом четвертой согласованной нагрузки и вторым выводом общей шины кабеля, второй вывод второго стабилизатора напряжения соединен с шестым выводом второй микросхемы преобразователя и вторым выводом третьего фильтра, предназначенного для уменьшения шума по питанию, четвертый вывод микросхемы контроллера устройства соединен со вторым выводом четвертого фильтра, предназначенного для уменьшения шума по питанию, третьим выводом второго стабилизатора напряжения и вторым выводом шины питания кабеляadditionally include new elements that are essential features: two microcircuits of signal level converters from the terminals of the controller microcircuits, the first of the converter microcircuits being connected by the first and second terminals respectively to the first and second terminals of the computer controller microcircuit, the third terminal of the first converter microcircuit is connected to the first terminal of the first the signal line of the cable and through the first correction circuit of the transition characteristics of the cable with the input of the first matched load, fourth the output of the first converter microcircuit is connected to the first output of the second cable signal line and through the second cable transient response correction circuit with the first output of the second matched load, the first and second outputs of the second converter microcircuit are connected to the first and second conclusions of the device controller, the second output of the first cable signal line connected to the third terminal of the second converter microcircuit and through the third cable transient response correction circuit with the first terminal one a coordinated load, the second terminal of the second signal line of the cable is connected to the fourth terminal of the second converter microcircuit and through the fourth cable transient response correction circuit with the first terminal of the fourth matched load, the third terminal of the computer controller microcircuit is connected to the fifth terminal of the first converter microcircuit, the first terminal of the first voltage regulator , the first conclusions of the first and second filters designed to reduce power noise, the second conclusions of the first and second c the agreed loads and the first output of the common bus cable, the sixth output of the first converter chip is connected to the second terminals of the first filter, designed to reduce power noise, and the first voltage stabilizer, the fourth terminal of the computer controller chip is connected to the second terminal of the second filter, designed to reduce noise power supply, the third terminal of the first voltage stabilizer and the first terminal of the cable power bus, the third terminal of the device controller chip is connected to the fifth terminal m of the second converter chip, the first output of the second voltage regulator, the first output of the third filter, designed to reduce power noise, the first output of the fourth filter, designed to reduce power noise, the second output of the third matched load, the second output of the fourth matched load and the second output of the total cable bus, the second terminal of the second voltage regulator is connected to the sixth terminal of the second converter microcircuit and the second terminal of the third filter, Foot for noise reduction on diet, the fourth terminal device controller chip is connected to a second terminal of the fourth filter intended to reduce noise on diet, the third terminal of the second voltage regulator and the second terminal of the power bus cable

Настоящее изобретение поясняется чертежами и осциллограммами, приведенными на фиг.3, 4, 5.The present invention is illustrated by drawings and waveforms shown in figure 3, 4, 5.

На фиг.3 приведена функциональная схема устройства, предлагаемого в изобретении, для передачи данных между персональным компьютером и периферийным устройством, которая содержит компьютер 1, периферийное устройство (ПУ) 2, сигнальные линии (СЛ1, СЛ2) 3, 4 кабеля, микросхему контроллера 7 компьютера, микросхему контроллера 8 периферийного устройства, микросхемы преобразователей (Р1, Р2) 21, 22, схемы 23, 24, 25, 26 коррекции (СК1, CK2, СК3, СК4) переходной характеристики сигнальных линий кабеля, согласованные нагрузки (СН1, СН2, СН3, СН4) 27, 28, 29, 30, стабилизаторы 31, 32 напряжения (СТН1, СТН2), фильтры (Ф1, Ф2, Ф3, Ф4) 33, 34, 35, 36, предназначенные для уменьшения шума по питанию, общую шину (ОШ) 37, шину 38 питания (ШП).Figure 3 shows the functional diagram of the device proposed in the invention for transmitting data between a personal computer and a peripheral device, which contains a computer 1, peripheral device (PU) 2, signal lines (SL1, SL2) 3, 4 cables, controller chip 7 a computer, a controller chip 8 of the peripheral device, converter microcircuits (P1, P2) 21, 22, correction circuits 23, 24, 25, 26 (CK1, CK2, CK3, CK4) transition characteristics of the signal lines of the cable, coordinated loads (CH1, CH2, CH3, CH4) 27, 28, 29, 30, stabilizers 31, 32 voltage (STN1, STN2), filters (F1, F2, F3, F4) 33, 34, 35, 36, designed to reduce power noise, common bus (OSH) 37, power bus 38 (ШП).

При этом предлагаемое устройство для передачи данных между компьютером 1 и периферийными устройствами 2, выполнено в виде универсальной последовательной шины, включает кабель с сигнальными линиями 3 и 4, шинами питания, микросхему контроллера 7 компьютера, формирующего команды, определяющие работу периферийного устройства, микросхему контроллера 8 устройства, управляющего направлениями потоков передаваемых данных, расположенную в периферийном устройстве. Устройство дополнительно содержит две микросхемы преобразователей 21, 22 уровней сигналов с выводов микросхем контроллеров 7 и 8, при этом первая из микросхем преобразователей 39 первым и вторым выводами соединена соответственно с первым и вторым выводами микросхемы контроллера 7 компьютера, третий вывод первой микросхемы преобразователя 21 соединен с первым выводом первой сигнальной линии 3 кабеля и через первую схему коррекции переходной характеристики кабеля с входом первой согласованной нагрузки 27, четвертый вывод первой микросхемы преобразователя 21 соединен с первым выводом второй сигнальной линии 4 кабеля и через вторую схему 24 коррекции переходной характеристики кабеля с первым выводом второй согласованной нагрузки 28, первый и второй выводы второй микросхемы преобразователя 22 соединены соответственно с первым и вторым выводами контроллера 8 устройства, второй вывод первой сигнальной линии 3 кабеля соединен с третьим выводом второй микросхемы преобразователя 22 и через третью схему 25 коррекции переходной характеристики кабеля с первым выводом третьей согласованной нагрузки 29, второй вывод второй сигнальной линии 4 кабеля соединен с четвертым выводом второй микросхемы преобразователя 22 и через четвертую схему 26 коррекции переходной характеристики кабеля с первым выводом четвертой согласованной нагрузки 30, третий вывод микросхемы контроллера 7 компьютера соединен с пятым выводом первой микросхемы преобразователя 21, первым выводом первого стабилизатора 31 напряжения, первыми выводами первого и второго фильтров 33,34, предназначенных для уменьшения шума по питанию, вторыми выводами первой и второй согласованных нагрузок 27, 28 и первым выводом общей шины 37 кабеля, шестой вывод первой микросхемы преобразователя 21 соединен со вторыми выводами первого фильтра 33, предназначенного для уменьшения шума по питанию, и первого стабилизатора 31 напряжения, четвертый вывод микросхемы контроллера 7 компьютера соединен со вторым выводом второго фильтра 34, предназначенного для уменьшения шума по питанию, третьим выводом первого стабилизатора 31 напряжения и первым выводом шины 38 питания кабеля, третий вывод микросхемы контроллера 8 устройства соединен с пятым выводом второй микросхемы преобразователя 22, первым выводом второго стабилизатора 32 напряжения, первым выводом третьего фильтра 35, предназначенного для уменьшения шума по питанию, первым выводом четвертого фильтра 36, предназначенного для уменьшения шума по питанию, вторым выводом третьей согласованной нагрузки 29, вторым выводом четвертой согласованной нагрузки 30 и вторым выводом общей шины 37 кабеля, второй вывод второго стабилизатора 32 напряжения соединен с шестым выводом второй микросхемы преобразователя 22 и вторым выводом третьего фильтра 35, предназначенного для уменьшения шума по питанию, четвертый вывод микросхемы контроллера 8 устройства соединен со вторым выводом четвертого фильтра 36, предназначенного для уменьшения шума по питанию, третьим выводом второго стабилизатора 32 напряжения и вторым выводом шины 38 питания кабеля.Moreover, the proposed device for transmitting data between computer 1 and peripheral devices 2, is made in the form of a universal serial bus, includes a cable with signal lines 3 and 4, power buses, a controller chip 7 of the computer that generates commands that determine the operation of the peripheral device, controller chip 8 a device that controls the directions of the streams of transmitted data located in the peripheral device. The device additionally contains two microcircuits of the converters 21, 22 of the signal levels from the terminals of the microcircuits of the controllers 7 and 8, while the first of the microcircuits of the transducers 39 is connected by the first and second conclusions to the first and second terminals of the microcircuit of the computer 7, and the third terminal of the first microcircuit of the converter 21 the first output of the first signal line 3 of the cable and through the first correction circuit of the transition characteristics of the cable with the input of the first matched load 27, the fourth output of the first microcircuit the transmitter 21 is connected to the first terminal of the second signal line 4 of the cable and through the second circuit 24 of the transition characteristics of the cable with the first terminal of the second matched load 28, the first and second terminals of the second microcircuit of the converter 22 are connected respectively to the first and second terminals of the device controller 8, the second terminal of the first the signal line 3 of the cable is connected to the third terminal of the second microcircuit of the converter 22 and through the third circuit 25 of the correction of the transition characteristics of the cable with the first terminal of the third oh load 29, the second terminal of the second signal line 4 of the cable is connected to the fourth terminal of the second microcircuit of the converter 22 and through the fourth circuit 26 of the transition characteristics of the cable with the first terminal of the fourth matched load 30, the third terminal of the microcircuit of the computer 7 is connected to the fifth terminal of the first microcircuit of the converter 21 , the first output of the first voltage stabilizer 31, the first conclusions of the first and second filters 33.34, designed to reduce noise on power, the second conclusions of the first and second the agreed loads 27, 28 and the first terminal of the common bus 37 of the cable, the sixth terminal of the first microcircuit of the converter 21 is connected to the second terminals of the first filter 33, designed to reduce noise on the power supply, and the first voltage stabilizer 31, the fourth terminal of the microcircuit of the computer controller 7 is connected to the second terminal a second filter 34, designed to reduce power noise, by the third terminal of the first voltage stabilizer 31 and the first terminal of the cable power bus 38, the third terminal of the controller device 8 microcircuit connection with the fifth output of the second microcircuit of the converter 22, the first output of the second voltage regulator 32, the first output of the third filter 35, designed to reduce power noise, the first output of the fourth filter 36, designed to reduce power noise, the second output of the third matched load 29, the second the output of the fourth matched load 30 and the second output of the cable common bus 37, the second output of the second voltage stabilizer 32 is connected to the sixth output of the second converter microcircuit 22 and the second output m third filter 35, intended to reduce noise on diet, the fourth terminal device chip controller 8 is connected to the second terminal of the fourth filter 36, intended to reduce noise on diet, the third terminal of the second voltage regulator 32 and a second output bus 38 of the power cord.

Устройство согласно настоящему изобретению, работает следующим образом.The device according to the present invention operates as follows.

В режиме ожидания выходы контроллера 7 компьютера находятся в состояниях логического "0" и логической "1" соответственно. При изменении этого состояния в микросхемах преобразователей 21 и 22 происходит установка направления передачи данных от контроллера 7 персонального компьютера 1 к контроллеру 8 периферийного устройства 2. После этого осуществляется передача пакета цифровых данных с третьего и четвертого выводов микросхемы преобразователя 21 соответственно на первые выводы сигнальных линий 3 и 4 кабеля. При изменении состояния сигнальных линий 3 и 4 происходит установка микросхемы преобразователя 22 в режим приема. Микросхема преобразователя 21 передает данные с использованием импульсных сигналов меньшей амплитуды (~0.5 В) по сравнению с амплитудой выходного сигнала (~3.3В) контроллера 7. Уменьшение амплитуды сигнала в микросхеме преобразователя 21 данных, который поступает с выхода контроллера 7, обеспечивает меньшую потребляемую мощность и меньшую генерацию помех в устройстве. Пакет цифровых данных с линий связи 3 и 4 поступает на третий и четвертый выводы микросхемы преобразователя 22 и передается далее на двунаправленные первый и второй выводы контроллера 8.In standby mode, the outputs of the computer controller 7 are in the states of logical "0" and logical "1", respectively. When this state changes in the converter microcircuits 21 and 22, the data transmission direction is set from the controller 7 of the personal computer 1 to the controller 8 of the peripheral device 2. After that, the digital data packet is transmitted from the third and fourth conclusions of the converter microcircuit 21 to the first conclusions of signal lines 3 and 4 cables. When the state of the signal lines 3 and 4 changes, the converter microcircuit 22 is set to receive mode. The microcircuit of the converter 21 transmits data using pulsed signals of lower amplitude (~ 0.5 V) compared to the amplitude of the output signal (~ 3.3 V) of the controller 7. A decrease in the amplitude of the signal in the microcircuit of the converter 21 of the data that comes from the output of the controller 7 provides less power consumption and less interference in the device. A digital data packet from communication lines 3 and 4 is fed to the third and fourth terminals of the converter 22 and is transmitted further to the bi-directional first and second terminals of the controller 8.

В режиме передачи третий и четвертый выводы микросхем преобразователей 21 и 22 являются источниками импульсного тока, к которым через схемы коррекции переходной характеристики кабеля подключены внешние согласованные нагрузки. Величина согласованных нагрузок выбирается равной волновому сопротивлению используемого кабеля. Поэтому в устройстве обеспечивается надежная передача данных без отражения сигналов в линиях 3 и 4 кабеля. Наличие внешней согласованной нагрузки позволяет согласовать различные типы кабеля с разным волновым сопротивлением. Схема коррекции переходной характеристики кабеля позволяет скорректировать переходную характеристику кабеля на участке медленного нарастания и существенно улучшить форму импульсных сигналов в цифровых пакетах информации. Последовательное соединение схемы коррекции переходной характеристики кабеля и согласованной нагрузки позволяет провести коррекцию переходной характеристики кабеля без уменьшения амплитуды импульсных сигналов. На фиг.4 представлена осциллограмма импульсного сигнала на выходе сигнальной линии без схем коррекции переходной характеристики кабеля. На фиг.5 представлена осциллограмма импульсного сигнала на выходе сигнальной линии со схемами коррекции переходной характеристики кабеля. Анализ осциллограмм показывает существенное улучшение формы импульсного сигнала и наличие крутого фронта и среза импульса при использовании последовательного соединения схемы коррекции переходной характеристики кабеля с согласованной нагрузкой. Сигнальные линии кабеля являются двунаправленными линиями передачи. Поэтому для обеспечения идентичности формы импульсных сигналов при их передаче в разных направлениях, схемы коррекции переходной характеристики кабеля и согласованные нагрузки установлены в начале и в конце сигнальных линий. Поступление импульсных сигналов с крутыми фронтом и срезом на выводы микросхем преобразователей 21 и 22, работающих в режиме приема, позволяет обеспечить форму выходных импульсных сигналов, не зависящую от передаваемой информации, а следовательно, уменьшить джиттер импульсных сигналов в цифровых пакетах информации.In the transmission mode, the third and fourth conclusions of the microcircuits of the converters 21 and 22 are sources of pulsed current, to which external coordinated loads are connected through the correction circuits of the cable transient response. The value of the agreed loads is chosen equal to the wave impedance of the cable used. Therefore, the device provides reliable data transmission without reflection of signals in lines 3 and 4 of the cable. The presence of an external coordinated load allows matching different types of cable with different wave impedances. The cable transient response correction scheme allows you to adjust the cable transient response in the slow rise section and significantly improve the shape of the pulse signals in digital information packets. The serial connection of the cable transient response correction circuit and the matched load allows correction of the cable transient response without reducing the amplitude of the pulse signals. Figure 4 presents the waveform of the pulse signal at the output of the signal line without correction schemes for the transition characteristics of the cable. Figure 5 presents the waveform of the pulse signal at the output of the signal line with correction schemes for the transition characteristics of the cable. The analysis of the waveforms shows a significant improvement in the shape of the pulse signal and the presence of a steep edge and a cutoff pulse when using a serial connection of the correction circuit of the transition characteristics of the cable with the agreed load. Cable signal lines are bidirectional transmission lines. Therefore, to ensure the identity of the shape of the pulse signals when they are transmitted in different directions, correction schemes for the transition characteristics of the cable and the coordinated loads are installed at the beginning and at the end of the signal lines. The arrival of pulsed signals with a steep edge and a slice to the terminals of the microcircuits of the converters 21 and 22 operating in the receiving mode allows us to provide a form of the output pulsed signals independent of the transmitted information and, therefore, reduce the jitter of the pulsed signals in digital information packets.

При использовании длинных линий передачи происходит падение напряжения питания на шинах питания, что влияет на величину порога компарирования приемника в микросхемах преобразователей 21 и 22. В результате при пологом фронте и срезе импульсного сигнала это влияет на изменение длительности импульсов в цифровых пакетах информации, а следовательно, увеличивает джиттер импульсных сигналов. Использование стабилизаторов напряжения 31 и 32 позволяет обеспечить постоянное значение напряжения питания при изменении длины кабеля, а следовательно, уменьшить джиттер импульсных сигналов.When using long transmission lines, the supply voltage drops on the supply buses, which affects the threshold for comparing the receiver in the converter microcircuits 21 and 22. As a result, with a flat front and a slice of the pulse signal, this affects the change in the pulse duration in digital information packets, and therefore increases jitter of pulse signals. The use of voltage stabilizers 31 and 32 allows you to provide a constant value of the supply voltage when changing the cable length, and therefore, reduce jitter of pulse signals.

При большой длине линий передачи возрастает длительность фронта и среза импульсного сигнала, а наличие шумов по питанию приводит к увеличению шумов на импульсном сигнале и к увеличению джиттера. Подключение фильтров 31, 32, 33, 34, предназначенных для уменьшения шума по питанию, к первому и второму выводу шины питания и к стабилизаторам напряжения 31 и 32 уменьшает шумы по питанию, а следовательно, и джиттер цифровых сигналов.With a large length of transmission lines, the duration of the front and cutoff of the pulse signal increases, and the presence of noise on the power leads to an increase in noise on the pulse signal and to an increase in jitter. The connection of filters 31, 32, 33, 34, designed to reduce noise on the power supply, to the first and second output of the power bus and voltage stabilizers 31 and 32 reduces the noise on the power, and therefore the jitter of digital signals.

Это позволяет увеличить длину линий связи 3 и 4 в устройстве передачи данных, согласно настоящему изобретению, до 40 метров, ограниченную только протоколом обмена данных в последовательной шине, а также использовать различные типы кабеля и согласовывать их волновое сопротивление.This allows you to increase the length of the communication lines 3 and 4 in the data transmission device according to the present invention, up to 40 meters, limited only by the data exchange protocol on the serial bus, as well as use different types of cable and coordinate their wave impedance.

Передача пакетов данных от периферийного устройства 2 к персональному компьютеру 1 производится в последовательности, описанной выше.The transmission of data packets from the peripheral device 2 to the personal computer 1 is carried out in the sequence described above.

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков предлагаемого изобретения является новой, что оказывает новизну заявляемого устройства.Patent studies have shown that the combination of features of the invention is new, which has the novelty of the claimed device.

Кроме того, патентные исследования показали, что в литературе отсутствуют данные, показывающие влияние отличительных признаков заявленного изобретения на достижение технического результата, что подтверждает изобретательский уровень предлагаемого устройства.In addition, patent studies have shown that in the literature there are no data showing the influence of the distinguishing features of the claimed invention on the achievement of a technical result, which confirms the inventive step of the proposed device.

Данная совокупность отличительных признаков позволяет достичь названный технический результат.This set of distinctive features allows to achieve the named technical result.

Устройство для передачи данных, согласно изобретению, может найти широкое применение не только в домашних компьютерных сетях, но и в сетях с разного типа периферийными устройствами, расположенными на значительном расстоянии друг от друга.A device for transmitting data, according to the invention, can be widely used not only in home computer networks, but also in networks with different types of peripheral devices located at a considerable distance from each other.

ЛитератураLiterature

1. M.Dolle, A Dynamic Line-Termination Circiut for Multireceiver Nets, IEEE Journal on Solid-State Circuits, vol. NO. 12, December 1993, pp 1370-1373.1. M. Dolle, A Dynamic Line-Termination Circiut for Multireceiver Nets, IEEE Journal on Solid-State Circuits, vol. NO 12, December 1993, pp 1370-1373.

2. Han Shu, Usb Multi-Function Connecting Device, United States Patent 6058441, May 2, 2000.2. Han Shu, Usb Multi-Function Connecting Device, United States Patent 6058441, May 2, 2000.

3. Патент РФ N2275682.3. RF patent N2275682.

Claims

A device for transmitting data between a computer and peripheral devices, made in the form of a universal serial bus, including a cable with signal lines, power buses, a computer controller chip that generates commands that determine the operation of a peripheral device, a device controller chip that controls the directions of the transmitted data streams located in peripheral device, characterized in that it includes two microcircuits of signal level converters from the outputs of microcircuits controllers, the first of the converter microcircuits having the first and second conclusions respectively connected to the first and second conclusions of the computer controller microcircuit, the third output of the first converter microcircuit connected to the first output of the first signal line of the cable and through the first correction circuit of the cable transient response with the input of the first matched load, the fourth terminal of the first converter chip is connected to the first terminal of the second signal line of the cable and through the second transitional correction circuit cable veristics with the first terminal of the second matched load, the first and second terminals of the second converter microcircuit are connected respectively to the first and second terminals of the device controller, the second terminal of the first signal line of the cable is connected to the third terminal of the second converter microcircuit and through the third cable transient response correction circuit with the first terminal the third agreed load, the second terminal of the second signal line of the cable is connected to the fourth terminal of the second converter microcircuit and through four A wraparound correction circuit for the cable’s transient response with the first output of the fourth matched load, the third output of the computer controller’s microcircuit connected to the fifth output of the first converter microcircuit, the first output of the first voltage regulator, the first conclusions of the first and second filters designed to reduce power noise, the second conclusions of the first and the second coordinated loads and the first output of the common cable bus, the sixth output of the first converter chip is connected to the second terminals of the first filter a device designed to reduce power noise and a first voltage regulator, the fourth terminal of a computer controller chip is connected to a second terminal of a second filter designed to reduce noise by power, a third terminal of a first voltage regulator and a first output of a cable power bus, a third terminal of a device controller microchip connected to the fifth terminal of the second converter microcircuit, the first terminal of the second voltage regulator, the first terminal of the third filter, designed to reduce power supply noise, the first output of the fourth filter, designed to reduce power noise, the second output of the third matched load, the second output of the fourth matched load and the second output of the common bus cable, the second output of the second voltage regulator is connected to the sixth output of the second converter chip and the second output the third filter, designed to reduce power noise, the fourth terminal of the device controller chip is connected to the second terminal of the fourth filter, Foot for noise reduction on diet, the third terminal of the second voltage regulator and the second terminal of the power cord of the tire.