TW198778B - - Google Patents

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A6 B6 198778 五、發明说明（1 ) 本發明係關係雙向信號傳送糸统，含有一雙向信號路徑 ，其低阻抗部份係耦合至一高阻抗部份，用K在兩方向傅 送二進位信號，本發明並係關於此種糸統所用之一轉接器 〇 此種糸統之一實例係有名之I 2 C匯流排系統，例如發表 在菲力普公司之菲力普數據手冊IC12a,其名稱為"I2C匯 流排相容之ICs，MAB84X1類至PCF8579 ” 1989年版，見於該 書3 1至5 3面。I 2 C匯流排糸統係一串聯匯流排糸統，其多 個站（多個積體電路）係經過一雙向兩線傳送通道彼此連 接，其中一線用於一二進位數據信號，另一線則用於一二 進位時鐘信號，且按照預定之規-定連通。視其在糸統中之 特定功能，每一站可以發射機或接收機工作，或者兩者兼 具。 該數據線及時鐘線係經牽引電阻器連至一正供應電壓。 此二線於各站不通訊時係處於高浮動狀態，各站之输出级 有通至該匯流排之介面，而以開路集極或開路排極執行各 界面到I 2 C匯流排所需之有線A N D連接。 該通道之阻抗，亦即牽引電咀器及發射站之電流降沈能 力決定最高可用頻率，以及發射站與接收站間之最長可能 距離。距離增加通道之寄生電容便增大。因之，由於電容 及通道之阻抗決定信號之起降時間，最大之傅送頻率便下 降。降低該通道之阻抗，其本身會允許頻率升高，然而.， 發射站之有限而標準化之電流沈積能力，必定會從此時已 變小之工作電阻器吸取較大之電流，抵銷了通道降低阻抗 甲 4(210Χ 297公沒） ::..................................................^..............................^..............................终 {請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) ~ 3 ~ 1987^8 A6 B6 五、發明説明（2) 之優點。所Μ，在3奄安時I2C匯流排糸統之最大傳输頻 率約為100千赫茲，而兩站間最大之距離不會大於大約四 公尺。此外，由於有限之输出電流，發射站之激勵能力（ 扇形散開）便受到限制。 此系統的其他範例為一微處理機裝置，該装置通過一緩 衝器，複合器或其他排定路線裝置於雙向諸相互連接之上 與一積體記憶裝置連絡。例如參閱圖章微控制器使用者導 引，1989, I -4頁至I -7頁。相對於數據流動的方向之排 定路線操作通常被微處理機控達成此目的，微處理機 供應一閱讀指令或撰寫指令至排定路線裝置。此配置需要 附加諸输入/輸出銷腳，控制電·路和相互連接作控制排定 路線裝置。 如Μ上所示，舊糸統之缺點在最大通訊距離方面，最大 激勵能力方面或在所需之最少數目的輸入输出銷方面，限 制了應用範圍，是以本發明之目的，為提供前言中提及之 一種雙向傳输糸統，使通信站間之距離較之現有糸統有相 當之增加，本發明之另一目的為提供此種傳输糸統，使發 射站之激勵能力不復為一限制因數。另一目的為提供設置 ，廣泛應用單線雙向匯流排系統，如12C匯流排糸統，另 一目的為提供一種轉接裝置來轉接一般之電流糸統，Μ按 照上述目標來發揮作用，本發明之另一目的為減少構成積 體電路裝置間各通信波道之相互連接與输入输出銷之數目 0 為此目的，本發明提供一種雙向信號傅輸糸統，含有一 甲 4(210X 297乂沒） ......................................................^..............................t.............................. {請先閔讀背面之注意事項再填寫本页) -4 - Α6 Β6 19^7^3 五、發明説明（3) 雙向信號路徑，K 一低阻抗部份耦合至一高阻抗部份，以 在兩方向傅送二進位信號，本糸統有一轉接装置，用Μ在 兩部份之間，在信號本身控制之下，視傳送之方向而轉接 一信號耦合。 信號之傳送方向或則為從高阻抗部份到低阻抗部份，或 為從低阻抗部份到高阻抗部份，本發明：原理基本上在於 瞭解到從高到低阻抗部份之傳送實為此種通信中之一限制 因素，而將信號耦合轉接成雙向使用*因此便應在傅输方 向控制之下發生。在信號到達兩部份間之耦合時，轉接設 置便感知了傳輸方向*而即時修正信號耦合。此項作法僅 需本地轉接装置，也就是位於高-低阻抗兩部份之間，此與 Κ往之轉接裝置有別•因其係由格外之控制信號所控制， 例如上面討論過之讀寫指合。選用後者，得需要輔助控制 零件控制連接，即输入输出針腳，因而增加了所需之另件 及耗費。 高阻抗部份含有例如一站之输出阻抗，能夠至少傳送二 進位信號，而低阻抗部份則含有該雙向傳输波道之波道阻 抗。 在依照本發明之一具體實例中，該轉接裝置含有一偵檢 器，用Μ檢知傅输之方向，Μ及一接至傅输波道之媛衝器 ，此緩衝器可由該偵檢器加Μ控制，在檢知一特定之傳输 方向時•該緩衝器便受到控制而實質與該信號同步工作。 若傳输是在另一方向，轉接裝置則對該信號實質上為無遮 擱（Transparent)。 -5 - 甲 4(210X297 公处） ...................................................... ..............................ίτ............................ {請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) A6 B6 198^^8 五、發明说明（4) 在依據本發明之一糸統之另一具體實例中，要傳输一電 信號時，偵檢器含有一感測元件，位於高低阻抗兩部分之 間，此糸统另含有一感測器，用K於感測到通過該元件之 電流之極性時，即供應一控制信號，表示所感知之極性， Μ控制該緩衝器。 該感測器可含一微差放大器，用以感知感測元件上電壓 之極性，最好設有一線性範圍裝置，保持該放大器於其線 性範圍内，其放大特性在該特定區域內最陡。因之，該放 大器之輸出信號，於該線性範圍内對输入電壓之改變最為 敏感。 該感測元件可含，例如一電阻-性元件，一對二極體，Μ 互為反并聯之方式配置在兩部份之間，或任何其他裝置， 有源電路或無源電路，於感知一電流流過該感測元件時， 差生一電壓差。 在轉接裝置部份或全部納入一積體電路之情形下，二極 體配置特別會有助於基質面積之節省，該二極體可為一有 特基型，因其祇有0 . 2伏特之低臨限電壓而有利。跨慼測 元件之電壓降宜與微差放大器输入信號之工作範圍相匹配 ，感測元件之其他作法也可與緩衝器及該感測器一起作成 積體式。 該緩衝器包括例如一可控電流源，耦合於該感測元件與 該低阻抗部份間之一節點。此電流源有一控制输入耦合至 一放大器之_出，用Κ實質上與發射電路同步而受控。此 外，該緩衝器電路可設計成一脈舍整形器。 甲 4(210Χ 297公沒） ......................................................^..............................^..............................漆. (請先《讀背面之注意事項再填寫本页) A6 B6 198^^8 五、發明説明（5 ) {請先聞讀背面之注意事項再填寫本页) 該電流源可包括一耦合在該波道與一參考電壓之間之一 雙極電晶體之主電流路徑。如所周知，雙極電晶體比之場 效電晶體有比較陡峭之控制電壓與電流特性，而吸取較多 之電流。因此，一雙掻電晶體產生較快之操作，此外，該 電流源也可K場效電晶體為之。於跨其主電流路徑之電應 降低時，其電流驅動能力所受影W較之雙極電晶體者要小 *雙極電晶體會被驅動成飽和，不論情形如何，場效電晶 體會能夠使電流源之負載完全充電或放電。 此外，該電流源可由一複合裝置構成，諸如達林吞電晶 體構形，或另一電流放大構形，以爭取速度。 宜設有穩定裝置，以避免用作-信號傳输之相翮頻率範圍 内發生振盪。此穩定裝置可例如包括至少一個電容性元件 ，位於該放大器之输入之一與放大器之输出之間Μ完成相 移。如用另一方法，該稞定装置可含一非線性元件*諸如 一二極體，放在該放大器之一回饋路徑中，若感測元件使 用反并聯之二極髖配置，則因二極體為非線性裝置而可不 需格外之稞定裝置。 該線性範圍裝置最好包括一外加之電阻性元件，通過該 感測元件W耦合反相器之非反相输入及該放大器之反相输 入，此可防止該放大器於其放大特性曲線上不進入遍平區 ’若電流源含一雙極電晶體，則外加之電阻性元件同時使 該電晶體不致於飽和。 最好設有偏壓装置，用κ於本糸统處於靜止狀態時，將 放大器之输出信號偏至一預定之電壓階度。此係用來使電 _ -7- 甲 4 (210X297 公羶） Α6 五、發明説明（6 ) 流源（例如雙極電晶體）恰好在其轉接臨限之下·因之， 使電流源進入其活動狀態所需時間要較少。 多個依照本發明之轉接裝置，沿一信號路徑間開作串級 配置，則在通信站之間可容許有更長之距離。 注意Μ上所舉各實例並不限於I2 C匯流排糸統，亦可用 於其他匯流排糸統之使用雙向單線互連者。對I 2 C匯流排 糸統在100千赫玆作實驗顯示站間之距離在100米左右，於 該糸統装有本發明之轉接裝置時則更長*同時仍可有滿意 之通信。 同時注意，分開存在之轉接装置，最好成為積體電路， 可使現有之匯流排糸統有更多之·作用’該轉接僅是地區性 地，故不需修正習用電路糸統本身。 玆將本發明Μ實例並參照附圖予以更詳细之說明’圖中 圖1示一帶有本發明之轉接裝置之一糸統之第一實例； 圖2a及2b示一以往之糸統及一帶有本發明之轉接裝置之 一系統之第二實例； 圖3a，3b, 3c，及3d示本發明之一轉接裝置之基本電路 » 圖4示轉接裝置之第一具體實例； 圖5示轉接装置之第二具體實例； 圖6示轉接裝置之第三具體實_例。 第一糸统賁例 圖1示一帶有本發明之轉接装置之一糸統之第一個賁例 甲 4(210X297 乂沒） ......................................................St..............................tr..............................终 {請先閹讀背面之注意事項再填寫本页) A6 B6 五、發明說明（7 ) ，所示為一有兩個站之I2 C糸統，此兩站為1〇及12，通過 一雙向兩線匯流排14而通信，匯流排14包括一數據線16用 於數據信號之输送，及一時鐘線18，用作定時信號之输送 、數據信號及時鐘信號兩者均為二進位信號。 每一匯流排線16及18均予加載，K在沒有通信時分別通 過加載電阻20及22供應電壓VDD.站10與12間之通信係藉按 照預定之規定拉低諸線之負載來完成，資料係在發射站時 鐘控制之下由一站轉移到另一站，或者如同在I2 C系統中 ，由發起傳输之站傳送。 當裝置10及12符合I2 C標準時，便特別表示一有限之電 流沈積能力，在100千赫玆時，-有約3毫安存在，使發射 站將一線降載。此點限制了此種裝置之工作範圍於約4米 ，蓋因匯流排之內部電容及負載電阻20及22限制了信號之 升起時間及降落時間。降低負載電阻20及22之值，會造成 裝置10及12要激勵一較大之負載，或者換一句話說，使淨 電流沈降能力更小。 要解決此問題，轉接裝置2 4，2 6，2 8及3 0係在各站間引 入，站10及12，以及線16和18，例如在站10開始發射時， 或則經資料線1 6，或則經時鐘線1 8，相關之轉接裝置24或 2 6，從站1 0來看，於檢知信號傅播進入匯流排1 0時，便修 正此匯流排之阻抗。當站10從站12於線16或18上接收一信 號時，轉接装置24或26並不干擾通信，而實質上是可透過 的。 傳输之獲得認定係在發射站與相闞之轉接装置之間通過 甲 4(210X 297公沒） ..................................................::5t..............................ir...........r................. (請先《讀背面之注意事項再填寫本百) A6 B6 19B^8 五、發明说明（8) 一單獨之控制連接（未示），或則在被發射之信號本身之 控制下來認定，於互接之數目，通信站之输入输出銷，Μ 及轉接裝置要保持最少時，則Μ後法為可取，最重要者， 在信號控制之下，有適應性便容許使用搮準I2 C裝置。一 積體電路裝置可將一 I2 C装置及轉接裝置包括在一單獨晶 片或包封之內，而得一小巧之装置。 第二系统賁例 圖2a及分別示一舊法糸统及本發明之系统之一第二實 例。 圖2a示舊系統之一賁例，由積體微處理器電路3 2構成， 通過通路裝置36，於一雙向匯流-排上，與積體記憶體電路 34通信。可參閱上述 1989年版，Signitics Microcontro -ller User’s Guide — 書 I —4 面至 I — 7 面。通路装 置36例如可為一多工器或一雙向緩衝器，通路装置36之工 作係由微處理機3 2利用控制連接3 5加K控制。此種緩衝器 之一實例係一有兩個放大器之反并聯配置，每一個帶有三 態输出，此等放大器係交替被激勵，例如，視資料流動之 方向，通過經由控制連接35供至該緩衝器之寫或讀指令而 為之。 圖2 B示本發明一糸统之第二實例，微處理機32與記憶電 路34於雙向匯流排上通過一轉接装置38而通信。在資料信 號（或位址信號）控制之下，此轉接裝置放大該信號。此 項設計不箱外加控制連接*而且微處理機32之输入輸出銷 較圖2 a者少一個，因此減少了成本和控制線路糸统。 ____-10- 甲 4(210X 297 公处） ......................................................5t............................ίτ.............................*♦. {請先《讀背面之注意事項再填奪本页) 1987^8 A6 B6 五、發明说明（9 ) 轉接裝置之基本理念。 圖3a示一適合用作轉接装置（例如圖1之轉接裝置26) 之電路之基本觀念。同一情形適用於圖1之轉接裝置24, 28，30以及圖2b之轉接裝置38，站10包括用K接收及發射 一二進位信號之输入输出接頭40。在内部，接頭40係連至 用作發射之減載電晶體42及用作接收之输人緩衝器44。 I2C匯流排糸統所固有者為諸減載電晶體之一接線之”和” (Wired AND)連接，進一步之詳细情形可參看上述菲利普 資料手冊論I2C匯流排相容之積體電路。 轉接裝置26包括一慼測元件46，一输入埋至感測元件 46兩端之微差放大器4δ，以及一接在另一供應電壓Vss與 線18之間之減載電流源50，電流源50則由放大器48之输出 所控制。 感測元件46可含例如一電阻性元件46a(圖3b),—對二極 體46b(圖3c)之反并聯配置，或任何有源電路46c(圖3d)， 於感測有電流入其中時便在放大器48之输入之間產生一電 壓差。通至元件46a，46b，46c之放大器48之連接係Μ正 號及負號表示* Μ分別接至放大器之48之非反相输入及反 相输入。為明白起見，感測元件46於下文係假定包括一電 阻性元件46a。 運作情形如下，於減載電晶體42導通後，此表示有傳输 ，放大器48便感知一有預定極性之電壓跨電阻性元件46。 此極性係與接收信號之極性相反。放大器48提供一输出信 號在站10之減載與其他情形之間作區別，Μ便妥菩致動電 甲 4(210Χ297ΧΛΠ ......................................................St..............................打..........................体. {請先閱讀背面之注意事項再琪寫本頁) -11- 竹 8 A6 _B6 五、發明説明（10) 流源50。在所示之實例中，在罨晶體42減載後，放大器 48之非反相輸人接收一較其反相输入為高之電壓，於是放 大器48產生一高输出電壓將電流源50専通*因此，電流源 50實質上與電晶體4 2同步工作，在所有其他情形下，放 大器48均保持電流源50不通，因而保持轉接裝置26實質上 使進來之信號透過。注意與此埋作有關者僅是放大器48之 微差式放大作用。同時應注意傅输之防雜訊能力由於使用 了此種轉接裝置而有增進。 轉接裝置之第一具體作法 圖3之基本概念需要若干修飾，首先，電流源50必須完 成，最好成一快速反應装置。第-二加載電阻22連同配置在 放大器48正反饋電路中之電流源50形成一反相器，此種構 形作振盪器可能作用不理想，必須引入相移装置，以避免 在傳输頻率範圍内振盪，第三，為提供一快速電路，放大 器48必須保持在铕入輸出電壓特性曲線最陡峭之線性範圍 内。 圖4不有轉接装置26之一具體實例，而符合上述要求， 此時電流源50係由雙極電晶體50構成，如所熟知者一雙極 電晶體有一指數式電流電®特性曲線，因此可作一快速反 應之電流源。該移相裝置含有一將放大器48之输出耦合至 放大器48之反相输入之電容器52，以及一將電晶體50之基 極耦合至線18之電容器54。為使放大器48及電晶體50分別 在其飽和區域之外，乃在接頭40及放大器48之反相榆入之 間接有一電阻器60，電阻器5(3和58有分壓器之作用，而當 ......................................................^..............................打..............................線 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 甲 4(210X 297乂沒） -12- 1987^8 ._ - A6 B6 五' 發明说明（li) 該線為非活性時，將反相输入固定在VssK下之一預定電 壓，因此予放大器48—彌補。在放大器48之输出及電晶體 50之基極間加入一電阻器62以限制電流流入該基極。 在一典型之具體實例中，VDD與Vss2差約為5伏特，上 述之無源分件宜有Μ下之標準值，感測電阻器46約為200 歐姆，電容器52及54分別約為220PF及22PF，電阻器56, 58及60分別為4.7千歐姆，47千歐姆，及470歐姆，電阻器 62約為2 . 2千歐姆。 轉接裝置之第二具體實例 圖3或4之電路可視為一單方向之阻抗匹配電路，其應 用領域超過了參照圖1及2所討-論之通信糸统•因二者衹 是舉例。 圖5示主動控制信號在兩方向耦合之構形原理，一通信 匯流排70耦合兩電路（未示），使兩者均能在匯流排70上 發射及接收一信號。此匯流排中插入有一感測電阻器72, 電阻器74及76代表加載電阻器。一微差放大器78之输出 80及82供應互補之控制信號。視沿線70之信號傳播方向， 電流源8 4及8 6之一將被導通。另一電流源8 6或8 4則不工作 Ο 實驗顯示，此種構形減低地電壓之移位，於供應線之電 流因地電壓之供應線之內部電阻而引起電壓降時便會發生 此種情形。同時，此構形可用M _锅合一傅输波道之兩個實 際不同之低阻抗部份諸如一同軸電纜及一姣線對。 轉接裝置之第三具體實例 ......................................................^..............................^..............................终 (請先聞讀背面之注意事項再填宵本页) _-13- 甲 4(210X 297 乂沒） Α6 Β6 五、發明说明（12 ) 圖6示圖5中設計之作法。故大器78係由放大器電路 90及92之配置而完成，各有一倒相输入耦合至另一放大器 電路之非倒相输入。圖5之感測電阻器72此時係由一串聯 之電阻器94及96之配置構成，一第三電阻器98連接電阻器 94及96間之一節點至地。加載電阻器74及94與接至放大器 92之倒相输入之電阻器98形成一分壓器，其作用已參照圖 4加Μ討論，K此方式，該分壓器部分與已有之分件合併 。同樣，加載電阻器76及電阻器96和98形成另一分壓器而 接至放大器90之反相输入。 電流源84及86分別由雙極電晶體100及102構成，電阻器 1 0 4及1 0 6分別限制流進電晶體100及1 0 2之電流。電容器 108及110執行相移工作，以保持振盪在與信號傳输相關之 特定頻率範圍之外。 ~ 1 4 - 甲 4(210X 2971'沒) ......................................................5t..............................ίτ..............................線 {請先閱讀背面之注意事項再填駕本页)

Claims (1)

1. 夂、申請專利範® Α7 Β7 C7 D7 絰濟部中央標準局印¾ 1 · 一種雙向信號傅输糸統，含一雙向信號路徑，K一低阻 抗部份耦合至一高阻抗部份* K在兩方向傳输一二進位 信號，Μ及含有一轉接裝置，Μ在兩部份之間，於信號 本身之控制之下，視傳输之方向而轉接一信號耦合。 2. 根據申請專利範圍第1項之糸統*其中該轉接装置含一 偵檢器用以檢知傅输之方向，及一緩衝器可由該偵檢器 控制並有一媛銜器输出耦合至該信號路徑，該偵檢器含 一慼測元件，位於低阻抗部份與高阻抗部份之間，Κ及 一感測器，用Μ於感知一流過該感測器元件之罨流時， 供應一控制信號表示所感測到之極性，Κ控制該緩衝器 〇 - 3. 根據申請專利範圍第2項之糸統，其中該感測元件含有 至少下列装置之一：一有源電子電路，用Κ產生一電懕 差，Μ表示流過該感測元件之電流之方向，一對雙極二 極體或一對有特基二極體，於高低阻抗部份之間安排成 互為反併聯之方式。 4. 根據申請專利範圍第2或3項之糸統，其中該感測器含 一微差放大器’ Μ該感測元件耦合在一反相输入及一非 反相输入之間以感知該極性。 5. 根據申請專利範圍第2或3項之糸統，其中該媛衝器含 一可控電流源，連接至該感測元件與該低阻抗部份之間 之一節點，用Κ在該感測器_之控制之下，與傳播至特定 方向之信號同步工作。 6. 根據申請專利範圍第5項之系統，其中該電流源含—電 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) k. •打· •綠· f 4(210X297X4?) Λ AT B7 C7 D7 六、申請專利範® 晶體之主電流路徑 > 此電晶體之一控制電極耦合至該感 測器。 7. 根據申請專利範圍第2或3項之糸統，含有另一緩衝器 ，此等緩衝器之输出耦合至該信號路徑之不同部份，且 視感知之極性可由該偵檢器交替加Μ致動。 8. 根據申請專利範圍第1或2或3項之糸統，其中多個轉 接装置係配置成一串鈒。 9. 一種轉接装置，配合使用於一雙向信號傳输糸统，該糸 統包括一雙向信號路徑，經過信號耦合，將低阻抗部份 耦合至高阻抗部份，Κ沿該路徑，於兩方向傳輸一二進 位信號，此轉接装置在該信-號本身之控制下，視傳输之 方向轉接該信號耦合。 10. 根據申請專利範圍第9項之轉接裝置*該信號包括一電 信號，含有一感測元件將高低狙抗部份互連，一感測器 ，用Κ於感知通過該感測元件之電流之極性時，供應一 控制信號，表示該感知之極性，Μ用一耦合至該信號路 徑之输出控制一緩衝器，其中該感測器及該緩衝器係納 入一積體電路中。 11. 根據申請專利範圍第10項之轉接裝置，其中該感測元件 係納入該積體電路中。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標準局印製 甲4(210X297 公发） -16-