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Dokumentenidentifikation DE19942942A1 22.03.2001
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung differentieller Signale
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Renner, Franz, 85457 Wörth, DE;
Rosenbusch, Jens, 82008 Unterhaching, DE
Vertreter Zedlitz, P., Dipl.-Inf.Univ., Pat.-Anw., 80331 München
DE-Anmeldedatum 08.09.1999
DE-Aktenzeichen 19942942
Offenlegungstag 22.03.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.03.2001
IPC-Hauptklasse H04L 25/20
IPC-Nebenklasse H04L 25/08   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von abwechselnd niedrigen und hohen Pegel führenden Signalen auf Leitungspaaren, wobei die Signale auf der einen Leitung eines Leitungspaars einen Signalpegel komplementär zu demjenigen der Signale auf der anderen Leitung des Leitungspaars führen, wobei Signaltreiber zum Pegelwechsel der übertragenen Signale wie folgt eingesetzt werden:
- Trennen der an den beiden Leitungen komplementäre Signalpegel anlegenden Signaltreiber von den Leitungen;
- gegenseitiges Kurzschließen der beiden Leitungen des Leitungspaars, um die beiden Leitungen auf ein identisches Zwischenpotential zwischen dem niedrigen und dem hohen Signalpegel zu legen;
- Aufheben des Kurzschlusses und Verbinden der Signaltreiber zum Anlegen entgegengesetzt komplementärer Signalpegel an die beiden Leitungen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von abwechselnd niedrigen und hohen Pegel führenden Signalen auf Leitungspaaren, wobei die Signale auf der einen Leitung eines Leitungspaars einen Signalpegel komplementär zum demjenigen der Signale auf der anderen Leitung des Leitungspaars führen, wobei Signaltreiber zum Pegelwechsel der übertragenen Signale eingesetzt werden und eine Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zur Signalübertragung abwechselnd niedrigen und hohen Pegel führender Signale wird zunehmend differentielle Signalübertragung eingesetzt. Bei der differentiellen Signalübertragung werden Signalleitungspaare eingesetzt, deren beide Leitungen komplementäre Signalzustände übertragen. Als Beispiele sind hier Twisted-Pair-Signalübertragungen bzw. Taktsignale auf integrierten Schaltungen zu nennen. Aufgrund der komplementären Signalübertragung auf einem Leitungspaar ist es erforderlich, die Signalzustände auf der jeweiligen Leitung zyklisch, d. h. beim Übergang vom hohen Zustand zum niedrigen Zustand auf den beiden Leitungen umzuladen. Dieser Umladungsprozeß erfolgt mittels Signaltreiber, die durch diesen Umladungsprozeß stark belastet werden und damit einen relativ großen Stromverbrauch haben. Außerdem ist dieser Umladungsprozeß mit Störstrahlung (EMV) verbunden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, daß zumindest eine verringerte Störstrahlung und einen niedrigeren Stromverbrauch gewährleistet. Außerdem soll durch die Erfindung eine Schaltung zur kostengünstigen und zuverlässigen Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens dadurch, daß die Signaltreiber zum Pegelwechsel der übertragenen Signale wie folgt eingesetzt werden:

  • - Trennen der an die beiden Leitungen komplementäre Signalpegel anlegenden Signaltreiber von Leitungen;
  • - gegenseitiges Kurzschließen der beiden Leitungen des Leitungspaares, um die beiden Leitungen auf ein identisches Zwischenpotential zwischen dem niedrigen und dem hohen Signalpegel zu legen;
  • - Aufheben des Kurzschlusses und Verbinden der Signaltreiber zum Anlegen entgegengesetzt komplementärer Signalpegel an die beiden Leitungen.

Die erfindungsgemäße Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens sieht vor:

  • - Einen ersten Schalter in einer hohen Pegel führenden Signalzuleitung von einem ersten Treiber zu der ersten Leitung des Leitungspaars;
  • - einen zweiten Schalter in einer niedrigen Pegel führenden Signalzuleitung von einem zweiten Treiber zu der ersten Leitung des Leitungspaars;
  • - einen dritten Schalter in einer niedrigen Pegel führenden Signalzuleitung von einem dritten Treiber zu der zweiten Leitung des Leitungspaars;
  • - einen vierten Schalter in einer hohen Pegel führenden Signalzuleitung von einem vierten Treiber zu der zweiten Leitung des Leitungspaars;
  • - zumindest einen Kurzschlußschalter zum Kurzschließen der ersten Leitung des Leitungspaars mit der zweiten Leitung des Leitungspaars; und
  • - eine Steuerlogik zur Betätigung der Schalter derart, daß zur Signalübertragung entweder der erste und der dritte Schalter oder der zweite und der vierte Schalter in Schließstellung gesteuert sind, während die übrigen Schalter und der Kurzschlußschalter sämtliche in Offenstellung gesteuert sind, und daß zum Pegelwechsel die geschlossenen Schalter der ersten bis vierten Schalter in Offenstellung und der Kurzschlußschalter in Schließstellung und daraufhin die übrigen Schalter in Schließstellung und der Kurzschußschalter wieder in Öffnungsstellung gesteuert sind, wobei die zuerst geschlossenen Schalter weiterhin (wie unmittelbar vor dem Pegelwechsel) in Offenstellung gehalten sind.

Während bislang beim Umladen der Signalpegelzustände auf den beiden Leitungen des Leitungspaars der jeweils bisher auf den Leitungen anliegende Energiepegel durch die zugeordneten Signaltreiber vernichtet und mit umgekehrten Vorzeichen wieder aufgebaut werden mußte, entfällt durch das erfindungsgemäße Verfahren die Vernichtung der in den Leitungen gespeicherten Energie durch die Signaltreiber. Dieser Zwischenschritt wird erfindungsgemäß ersetzt durch ein gegenseitiges Kurzschließen der Leitungen des Leitungspaars, um diese auf identisches Zwischenpotential zwischen niedrigem und hohem Signalpegel, d. h. auf Nullpegel zu legen. Erst dann werden die Signaltreiber wieder aktiviert, um jeweils komplementären Signalpegel in den Leitungen aufzubauen, jedoch ausgehend von dem energetisch günstigen Zwischenpegel. Da der Zwischenpegel nicht mit Hilfe der Signaltreiber bereitgestellt werden muß, ist das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Energiespareffekt mit einer Einsparung an Strom in Höhe von 50% im Vergleich zum bisherigen Vorgehen verbunden. Da außerdem das bisherige Umschalten der Signaltreiber unter Last entfällt - die Signaltreiber werden erst dann wieder aktiviert, wenn die Leitungen identisches Zwischenpotential führen - ist das Aktivieren der Signaltreiber nicht mit der bislang schädlichen Störstrahlung (EMV) verbunden.

Die bei der erfindungsgemäßen Schaltung genutzten Schalter können in unterschiedlichster Weise realisiert sein. Bevorzugt sind aus energetischen Gründen und Gründen der Standzeit Halbleiterschalter.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch eine Ausführungsform der Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Zur Übertragung von abwechselnd niedrigen und hohen pegelführenden Signalen durch differentielle Signalführung auf zwei Signalleitungen eines Signalleitungspaars umfaßt die Schaltung eine Steuerlogik zur Ansteuerung der Leitungen über Schalter zum Zuführen des jeweiligen Signalpegelzustands zu den Leitungen des differentiell gespeisten Leitungspaars. Im einzelnen umfaßt die Schaltung zur Signalzufuhr zu den Leitugen 1, 2 jeweils ein Paar von Schaltern, nämlich ein Paar von Schaltern 3, 4 für die erste Leitung 1 und ein Paar von Schaltern 5, 6 für die zweite Leitung 2. Die Schalter 3, 4 und 5, 6 sind in Reihe zwischen eine positive Versorgungsspannung V+ und Masse geschaltet. Angesteuert werden die Schalter mittels der Steuerlogik 7, die ihrerseits über einen Eingang 8 durch eine nicht gezeigte externe Vorrichtung gesteuert ist, über Steuerleitungen 9, 10 und 11, 12. Im einzelnen wird der Schalter 3 durch die Steuerlogik 7 über die Steuerleitung 9 gesteuert. Der Schalter 4 wird über die Steuerleitung 10 durch die Steuerlogik 7 gesteuert. Der Schalter 5 wird über die Steuerleitung 11 durch die Steuerlogik 7 gesteuert und der Schalter 6 wird über die Steuerleitung 12 durch die Steuerlogik 7 gesteuert. Die Leitung 1 ist mit den miteinander verbundenen Schalterausgängen der Schalter 3, 4 verbunden. In ähnlicher Weise ist die Leitung 2 mit den miteinander verbundenen Schalterausgängen der Schalter 5, 6 verbunden.

Die Steuerlogik 7 steuert die Schalter 3, 4 und 5, 6 derart an, daß dann, wenn an der Leitung 1 hoher Pegel anliegt, an der komplementären Leitung 2 komplementär niedriger Pegel anliegt und umgekehrt. Im einzelnen wird der Signalzustand auf den Leitungen 1, 2 wie folgt eingestellt. Die Schalter 3 und 5, die unmittelbar an positive Spannungsversorgung angeschlossen sind, stellen im geschlossenen Zustand hohen Pegel bereit, während die Schalter 4 und 6, die unmittelbar mit Masse verbunden sind, im eingeschalteten Zustand niedrigen Pegel zur Verfügung stellen. Dies erfolgt gesteuert über die Steuerlogik 7, wie vorstehend angeführt. Wenn die Leitung 1 hohen Pegel und die Leitung 2 niedrigen Pegel führt, sind demnach der Schalter 3 und der Schalter 6 über die Steuerleitungen 9, 12 durch die Steuerlogik 7 in geschlossenen Zustand gesteuert, während die weiteren Schalter 4 und 5 über die zugehörigen Steuerleitungen 10, 11 geöffnet sind. Für den Fall, daß an der Leitung 1 niedriger Pegel anliegt und an der Leitung 2 komplementär hierzu hoher Pegel, sind der Schalter 4 und 5 geschlossen und der Schalter 3 und 6 geöffnet, jeweils wiederum gesteuert über die Steuerleitungen 9 bis 12 mittels der Steuerlogik 7.

Soweit entspricht diese Schaltung dem Stand der Technik, der mit dem Nachteil behaftet ist, daß beim Umsteuern des an die Leitungen 1, 2 angelegten Pegels mittels der Schalter bzw. Treiber diese entsprechend belastet werden d. h. diese Treiber bzw. Schalter müssen die in den Leitungen gespeicherten Energien zunächst vernichten und daraufhin entgegengesetzte Pegel aufbauen und anlegen.

Um dies zu vermeiden ist erfindungsgemäß ein Kurzschlußschalter 13 vorgesehen. Dieser Kurzschlußschalter, der bei der dargestellten Ausführungsform aus zwei Schaltelementen besteht, ist über Steuerleitungen 14, 15 mit der Steuerlogik 7 verbunden.

Die Steuerlogik 7 steuert nunmehr die Schalter (Treiber) einschließlich des Kurzschlußschalters wie folgt: Wenn die Pegel auf den Leitungen 1, 2 aufgrund eines Eingangssignals am Eingang 8 der Steuerlogik in entgegengesetzte komplementäre Pegel umgeschaltet werden sollen, werden auch die beiden aktuell geschlossenen Schalter 3, 6 bzw. 4, 5 geöffnet, so daß sämtliche Schalter 1 bis 6 offenstehen, woraufhin der im normalen Betrieb geöffnete Kurzschlußschalter 13 durch die Steuerlogik 7 geschlossen wird und damit die beiden Leitungen 1, 2 miteinander verbindet bzw. gegenseitig kurzschließt, und zwar unter Bildung eines Zwischenpotentials auf den beiden Leitungen 1, 2 zwischen niedrigem und hohen Pegel (Nullpegel). Sobald dieses Zwischenpotential ausgebildet ist, wird der Kurzschlußschalter 13 geöffnet und das andere Paar von Schaltern 4, 5 wird geschlossen, während das erstgenannte Paar 3, 6 nunmehr offen bleibt. Dadurch wird der neue Signalpegel auf den Leitungen 1, 2 getrieben, ohne daß die Treiber bzw. Schalter 3 bis 6 während des Pegelumschaltens belastet werden, um die auf den Leitungen 1, 2 geführte Energie zu vernichten. Bezugszeichenliste 1 Leitung

2 Leitung

3 Schalter

4 Schalter

5 Schalter

6 Schalter

7 Steuerlogik

8 Eingang

9 Steuerleitung

10 Steuerleitung

11 Steuerleitung

12 Steuerleitung

13 Kurzschlußschalter

V+ positive Versorgungsspannung


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Übertragung von abwechselnd niedrigen und hohen Pegel führenden Signalen auf Leitungspaaren, wobei die Signale auf der einen Leitung eines Leitungspaars einen Signalpegel komplementär zu demjenigen der Signale auf der anderen Leitung des Leitungspaars führen, wobei Signaltreiber zum Pegelwechsel der übertragenen Signale wie folgt eingesetzt werden:
    1. - Trennen der an die beiden Leitungen komplementäre Signalpegel anlegenden Signaltreiber von den Leitungen;
    2. - gegenseitiges Kurzschließen der beiden Leitungen des Leitungspaares, um die beiden Leitungen auf ein identisches Zwischenpotential zwischen dem niedrigen und dem hohen Signalpegel zu legen;
    3. - Aufheben des Kurzschlusses und Verbinden der Signaltreiber zum Anlegen entgegengesetzt komplementärer Signalpegel an die beiden Leitungen.
  2. 2. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, aufweisend:
    1. - Einen ersten Schalter (3) in einer hohen Pegel führenden Signalzuleitung (9) von einem ersten Treiber zu der ersten Leitung (1) des Leitungspaars;
    2. - einen zweiten Schalter (4) in einer niedrigen Pegel führenden Signalzuleitung (10) von einem zweiten Treiber zu der ersten Leitung (1) des Leitungspaars;
    3. - einen dritten Schalter (6) in einer niedrigen Pegel führenden Signalzuleitung (12) von einem dritten Treiber zu der zweiten Leitung (2) des Leitungspaars;
    4. - einen vierten Schalter (5) in einer hohen Pegel führenden Signalzuleitung (11) von einem vierten Treiber zu der zweiten Leitung (2) des Leitungspaars;
    5. - zumindest einen Kurzschlußschalter (13) zum Kurzschließen der ersten Leitung (1) des Leitungspaars mit der zweiten Leitung (2)des Leitungspaars; und
    6. - eine Steuerlogik (7) zur Betätigung der Schalter (3 bis 6, 13) derart, daß zur Signalübertragung entweder der erste (3) und der dritte Schalter (6) oder der zweite (4) und der vierte (5) Schalter in Schließstellung gesteuert sind, während die übrigen Schalter und der Kurzschlußschalter sämtliche in Offenstellung gesteuert sind, und daß zum Pegelwechsel die geschlossenen Schalter der ersten bis vierten Schalter (3 bis 6) in Offenstellung und der Kurzschlußschalter (13) in Schließstellung und daraufhin die übrigen Schalter in Schließstellung und der Kurzschußschalter wieder in Öffnungsstellung gesteuert sind, wobei die zuerst geschlossenen Schalter weiterhin (wie unmittelbar vor dem Pegelwechsel) in Offenstellung gehalten sind.






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