-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Leitungsanschlußschaltkreis
gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1. Ein Leitungsanschlußschaltkreis dieser Art ist
bekannt aus WO 95/02926.
-
Für die Übertragung
digitaler Signale zwischen verschiedenen Schaltungsabschnitten eines digitalen
Systems werden Leitungsanschlußschaltkreise
als Schnittstellen zwischen einer Übertragungsleitung und digitalen
Schaltkreisen verwendet, die Daten zur Übertragung bereitstellen oder übertragene
Daten empfangen. Ein Leitungsanschlußschaltkreis umfaßt gewöhnlich eine
Art von Pufferabschnitt, welcher als Leitungstreiber oder als Leitungsempfänger arbeitet,
abhängig
davon, ob der Leitungsanschlußschaltkreis
konstruiert ist, am senderseitigen Ende der Übertragungsleitung oder an
ihrem empfängerseitigen
Ende zu arbeiten.
-
In
größeren Systemen
kann es vorkommen, daß,
aus welchen Gründen
auch immer, verschiedene Systemabschnitte verschiedene Logikstandards mit
verschiedenen Signalspannungspegeln verwenden. Bekannte Beispiele
solcher Logikstandards sind TTL, ECL, DPECL, LVDS usw.. Ebenfalls
können
Referenzspannungsversätze,
z.B. Massespannungsversätze und ähnliches,
zwischen verschiedenen Abschnitten des Systems auftreten. Wenn eine
symmetrische Übertragungsleitung
verwendet wird (z.B. Twisted Pair), kann es in einigen Fällen überhaupt keine
feste gemeinsame Referenz zwischen der Sendeseite und der Empfangsseite
geben (diese letztere Situation wird "schwimmend" oder "floating" genannt).
-
Wenn
eine asymmetrische Übertragungsleitung
verwendet wird, tritt ein Referenzspannungsversatz zwischen der
Senderseite und der Empfangsseite als eine Gleich-Vorspannung auf,
die der Signalspannung überlagert
ist. Wenn eine symmetrische Übertragungsleitung
verwendet wird, tritt solch ein Versatz z.B. auf der Empfängerseite
als Gleichtaktspannung auf beiden Leitern der Übertragungsleitung bezüglich des
Massepotentials des Empfängers auf.
Um der Kürze
willen wird im folgenden der Begriff "Gleichtaktspannung" sowohl für den Fall einer asymmetrischen
als auch einer symetrischen Übertragungsleitung
verwendet.
-
Um
Situationen dieser Art gerecht zu werden, kann es vorteilhaft sein,
den Leitungsanschlußschaltkreis
am senderseitigen und/oder empfängerseitigen
Ende so zu konstruieren, daß eine
gewisse Gleichtaktspannung, die auf der Übertragungsleitung vorhanden
ist, toleriert wird. Beispiele solcher Konstruktionen auf der Empfängerseite
schließen
die Verwendung bekannter Operationsverstärker mit einem ausreichend
großen
Eingangs-Gleichtaktspannungsbereich ein. Beispiele solcher Konstruktionen in
dem sendenden Leitungsanschlußschaltkreis schließen ein,
den Treiber dadurch zu versorgen, daß er zwischen eine Reihenschaltung
von Konstantstromquellen geschaltet wird, derart, daß die Versorgungsspannung
des Treiberschaltkreises, und somit die von dem Treiber ausgegebene
Gleichtaktspannung, auf und ab schwimmen kann, ohne den Betrieb des
Treiberschaltkreises zu beeinflussen. Ein anderes Beispiel ist ein
Treiber, der die Übertragungsleitung
nicht mit Signalspannungen, sondern mit Signalströmen ansteuert.
-
Natürlich ergeben
sich Grenzen für
den Bereich, innerhalb welchem solch ein Leitungsanschlußschaltkreis
arbeiten kann. Wenn die Gleichtaktspannung die obere oder untere
Grenze dieses Bereiches überschreitet,
kann eine ordnungsgemäße Signalübertragung
oder -empfang von dem jeweiligen Leitungsanschlußschaltkreis nicht länger durchgeführt werden,
und der Schaltkreis kann sogar zerstört werden.
-
Aus
US 4 560 921 ist ein Komparatorschaltkreis
bekannt, der einen invertierenden Eingang sowie einen nicht invertierenden
Eingang hat. Der Komparator vergleicht entweder das am invertierenden Eingang
anliegende Signal oder das am nicht invertierenden Eingang anliegende
Signal mit einem Referenzsignal. Die bekannte Schaltung umfaßt neben einem
herkömmlichen
differentiellen Komparatorschaltkreis einen Vorspannungsschaltkreis.
Jeder der Signaleingangsanschlüsse
ist mit einer Stromquelle und einer Stromsenke versehen. Ein Paar (Quellen
oder Senken) wird so gesteuert, daß ein vorbestimmter Vorspannungspegel
bereitgestellt wird. Außerdem
ist ein Operationsverstärker
vorhanden, dessen einer Eingang mit einem Referenzpotential verbunden
ist und der andere Eingang ist mit beiden Signaleingangsanschlüssen verbunden,
um die Gleichtaktspannung zu erfassen. Der Operationsverstärker steuert
entweder die Stromquellen oder die Stromsenken, so daß das Gleichtaktspannungspotential
gleich dem gewünschten
Referenzpotential ist. Dadurch liegt die interne Referenzspannung
an beiden Signaleingangsanschlüssen
an. Unabhängig davon,
welcher Eingang angesteuert wird, wird der andere Eingang dann von dem
Operationsverstärker auf
einen solchen Pegel gezwungen, daß das Gleichtaktpotential auf
dem Referenzpotential ist.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leitungsanschlußschaltkreis
bereitzustellen, der ordnungsgemäß über einen
beträchtlich erweiterten
Gleichtaktspannungsbereich arbeiten kann, und auf einem Halbleiterchip
integriert werden kann, ohne viel Raum auf der Chipoberfläche zu benötigen.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe gelöst
durch einen Leitungsanschlußschaltkreis
gemäß Anspruch
1.
-
Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Ströme
in die Übertragungsleitung
injiziert oder daraus abgezogen, um die Gleichtaktspannungs-Komponente
an solch einem Ausmaß anzuheben
oder abzusenken, daß die
sich ergebende Gleichtaktspannung in ein Betriebsfenster des Sender-Leitungsanschlußschaltkreises
bzw. des Empfänger-Leitungsanschlußschaltkreises
fällt.
Aufgrund der Wirkung des Stromsteuerabschnittes wird der injizierte
oder abgezogene Strom so abgeglichen, daß seine Größe der Ursache für eine exzessive
Gleichtaktspannung an dem senderseitigen oder empfängerseitigen
Ende der Übertragungsleitung
entgegenwirken kann.
-
Bevorzugt
sind Widerstände
mit bevorzugt gleichen Werten in Reihe mit den Leitern der Übertragungsleitung
geschaltet, so daß ein
von der steuerbaren Stromquelle injiziierter Strom in jeweiligen Spannungsabfällen über diesen
Widerständen
resultiert.
-
Die
Spannungsabfälle
können
dann der Ursache für
die unerwünschte
Gleichtaktspannung entgegenwirken. Die Widerstände sind bevorzugt so angeordnet,
daß sie
den ordnungsgemäßen Abschluß der Übertragungsleitung
nicht nachteilig beeinflussen. Als Beispiele können diese Widerstände empfängerseitig
zwischen dem Leitungsabschlußnetzwerk
und den Eingangsanschlüssen
des Pufferabschnitts angeordnet sein, wobei dann die Stromquelle
für den
jeweiligen Leiter der Übertragungsleitung mit
dem Knoten zwischen dem jeweiligen Eingangsanschluß des Puffers
und dem jeweiligen Widerstand verbunden ist.
-
Ein
System zum Übertragen
von digitalen Daten über
eine Übertragungsleitung
umfaßt
bevorzugt einen jeweiligen Leitungsanschlußschaltkreis gemäß der Erfindung
sowohl am senderseitigen Ende als auch an dem empfängerseiten
Ende der Leitung. In diesem Fall kann der Leitungsanschlußschaltkreis
an einem Ende Strom aufnehmen oder liefern, der von dem Leitungsanschlußschaltkreis
am anderen Ende injiziert oder abgezogen wird, während die Gleichtaktspannung
unabhängig
voneinander an beiden Enden innerhalb geeigneter Grenzen gehalten
wird.
-
Eine
vorbestimmte feste Gleichtaktspannung kann erreicht werden, wenn
die in dem Steuerabschnitt eingestellten Grenzen des Gleichtaktspannungsbereiches
im wesentlichen aufeinander fallen gelassen werden. In diesem Fall
steuert der Steuerabschnitt die Gleichtaktspannung so, daß sie einem vorbestimmten
Gleichtaktspannungs-Sollwert gleich oder näherungsweise gleich ist.
-
Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele,
die den Umfang der Erfindung nicht beschränken, unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen näher
beschrieben.
-
1 zeigt
ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Leitungsanschlußschaltkreises
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 zeigt
ein Diagramm eines Schaltkreises des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1;
-
3 zeigt
ein zweites und ein drittes Ausführungsbeispiel
eines Leitungsanschlußschaltkreises
gemäß der Erfindung,
und zeigt ebenfalls ein Ausführungsbeispiel
eines Systems zum Übertragen von
Daten über
eine Übertragungsleitung
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
-
4a-4c sind
Diagramme zum Erläutern
des Betriebs des Systems der 3.
-
1 zeigt
ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Leitungsanschlußschaltkreises
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In dieser Figur bezeichnet A einen Pufferschaltkreis
mit einem nicht invertierenden Eingang (+) und einem invertierenden
Eingang (-), und außerdem
mit einem Ausgang OUT. Der positive Eingang (+) des Pufferschaltkreises
A ist über
einen Widerstand Ra mit einem ersten Eingangsanschluß INp verbunden,
und der invertierende Eingang des Puffers A ist mit einem zweiten
Eingangsanschluß INn
verbunden. Kapazitäten Ca
bzw. Cb sind parallel zu dem Widerstand Ra bzw. Rb vorgesehen, um
den Einfluß der
parasitären
Kapazitäten
Cpa bzw. Cpb auf die Frequenzantwort des Eingangsschaltkreises zu
kompensieren. Rt bezeichnet einen über die ersten und zweiten
Eingangsanschlüsse
INp und INn geschalteten Abschlußwiderstand, um für einen
ordnungsgemäßen Abschluß einer
an die Eingangsanschlüsse
angeschlossenen Übertragungsleitung
zu sorgen.
-
Bezugszeichen
S1u und S1l bezeichnen steuerbare Stromquellen, die zusammen einen
ersten steuerbaren Stromquellenabschnitt S1 bilden; der geschaltet
ist, einen Strom in einen Knoten ND1 zwischen dem nicht invertierenden
Eingang (+) des Pufferabschnittes A und dem Widerstand Ra zu injizieren
oder daraus abzuziehen. In gleicher Weise bezeichnen die Bezugszeichen
S2u und S2l steuerbare Stromquellen, die einen zweiten steuerbaren
Stromquellenabschnitt S2 bilden, um einen Strom in einen Knoten
ND2 zwischen dem invertierenden Eingang des Pufferabschnittes A
zu injizieren oder daraus abzuziehen. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Stromquelle S1u zwischen ein oberes Spannungsversorgungspotential
VCC und den nicht invertierenden Eingang (+) des Puffers A geschaltet,
während die
stromquelle S1l zwischen den nicht invertierenden Eingang (+) des
Puffers A und ein unteres Spannungsversorgungspotential GND geschaltet
ist. Die Stromquelle S2u ist zwischen das obere Spannungsversorgungspotential
VCC und den invertierenden Eingang (-) des Puffers A geschaltet,
während
die Stromquelle S2l zwischen den invertierenden Eingang (-) des
Puffers A und das untere Spannungsversorgungspotential GND geschaltet
ist.
-
Natürlich können diese
Stromquellen alternativ mit anderen Versorgungspotentialen in dem Schaltkreis
verbunden sein.
-
Die
beiden oberen Stromquellen S1u und S2u empfangen ein erstes Steuersignal
CSu zum Steuern der Größe des von
der Stromquelle S1u erzeugten Stromes Iup und der Größe des von
der Stromquelle S2u erzeugten Stromes Iun. In gleicher Weise empfangen
die unteren Stromquellen S1l und S2l ein Steuersignal CSl zum Bestimmen
der Größe des von
der Stromquelle S1l erzeugten Stromes Idp und der Größe des von
der Stromquelle S2l erzeugten Stromes Idn.
-
CTu
bzw. CTl bezeichnet einen oberen Steuerabschnitt bzw. einen unteren
Steuerabschnitt zum Ausgeben des oberen Steuersignals CSu an die
oberen Stromquellen S1u und S2u, bzw. des unteren Steuersignals
Csl an die unteren Stromquellen S1l und S2l. Jeder Steuerabschnit
CTu und CTl ist geschaltet, die Gleichtaktspannung an dem nicht
invertierenden Eingang und dem invertierenden Eingang des Puffers
A zu erfassen.
-
Im
Betrieb vergleicht der obere Steuerschaltkreis CTu die erfaßte Gleichtaktspannung
an dem Eingang des Puffers A mit einem unteren Grenzwert Vrefl und
gibt das Steuersignal CSu so aus, daß die Gleichtaktspannung an
dem Eingang des Puffers A nicht unter diese untere Grenze fällt. In
gleicher Weise efaßt
der untere Steuerschaltkreis CTl die Gleichtaktspannung an dem Engang
des Puffers A und gibt das Steuersignal CSl an die unteren Stromquellen S1l
und S2l so aus, daß die
Gleichtaktspannung am Eingang des Puffers A einen oberen Grenzwert
Vrefh nicht übersteigt.
Wenn die Gleichtaktspannung den oberen oder unteren Grenzwert erreicht,
steuert der entsprechende Steuerschaltkreis CTu die zugehörigen Stromquellen
S1u, S2u oder S1l, S2l so, daß ein Strom
in die Übertragungsleitung
injiziiert wird, um die Gleichtaktspannung anzuheben (Strom Iup
und Iun), oder so, daß ein
Strom von der Übertragungsleitung
abgezogen wird, um die Gleichtaktspannung am Eingang des Puffers
A abzusenken (Strom Idp und Idn).
-
Wenn
eine symmetrische Übertragungsleitung
und eine differentielle Signalübertragung
auf der Leitung verwendet wird, ist der von der Stromquelle S1u
erzeugte Strom Iup bevorzugt so groß wie der von der Stromquelle
S2u erzeugte Strom Iun und der von S1l erzeugte Strom Idp ist bevorzugt
so groß wie der
von der Stromquelle S2l erzeugte Strom Idn. In diesem Fall ist ausserdem
Ra bevorzugt so groß wie Rb,
fals Ra und Rb vorgesehen sind.
-
2 zeigt
eine spezielle Implementierung der in 1 gezeigten
Funktionsblöcke,
die den Umfang der Erfindung nicht beschränkt. Komponenten, die ähnlich entsprechenden
Komponenten in 1 sind, tragen die selben Bezugszeichen.
Betreffend die Schaltung, Funktion und den Betrieb dieser Komponenten
wird auf die zu 1 gegebene Beschreibung Bezug
genommen.
-
In 2 bezeichnet
Bezugsziffer T1 einen PMOS Transistor, der die Funktion der Stromquelle S1u
implementiert. T2 bezeichnet einen PMOS Transistor, der die Funkton
der Stromquelle S2u implementiert. In gleicher Weise bezeichnen
die Bezugszeichen T3 und T4 NMOS Transistoren zum Implementieren
der Stromquelle S1l bzw. der Stromquelle S2l. Beide Transistoren
T1 und T2 empfangen an ihren Gates das Steuersignal CSu während beide Transistoren
T3 und T43 an ihren Gates das Steuersignal CSl empfangen.
-
Eu
bezeichnet eine Spannungsquelle zum Erzeugen einer Spannung Ueu.
T5 und T6 bezeichnen PMOS Transistoren, deren Drain-Source-Pfade parallel
geschaltet sind. T9 bezeichnet einen PMOS Transistor, dessen Gate
und Drain verbunden sind. Der Drain-Source-Pfad des Transistors
T9, die Spannungsquelle Eu und die Parallelschaltung der Transistoren
T5 und T6 sind in Reihe geschaltet zwischen das obere Spannungsversorgungspotential
VCC und das untere Spannungsversorgungspotential GND. Die Elemente
T5, T6, T9 und Eu stellen eine Implementierung des oberen Steuerschaltkreises
CTu der 1 dar. Das Gate des Transistors
T5 ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Pufferverstärkers A verbunden,
während
das Gate des Transistors T6 mit dem invertierenden Eingang des Pufferschaltkreises A
verbunden ist. Das Drain-Potential des Transistors T9 wird als das
Steuersignal CSu an die Gates der Transistoren T1 und T2 ausgegeben.
-
T7
und T8 bezeichnen NMOS Transistoren, deren Drain-Source-Pfade parallel geschaltet
sind. Das Gate von T7 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang des
Pufferschaltkreises A verbunden, während das Gate von T8 mit dem
invertierenden Eingang des Pufferschaltkreises A verbunden ist.
Ed bezeichnet eine Spannungsquelle zum Erzeugen einer Spannung Ued.
-
T10
bezeichnet einen NMOS Transistor, dessen Drain und Source miteinander
verbunden sind. Wie in 2 gezeigt, ist der Transistor
T10, die Spannungsquelle Ed und die Parallelschaltung der Transistoren
T7 und T8 in Reihe geschaltet zwischen das obere Spannungsversorgungspotential
VCC und das untere Spannungsversorgungspotential GND. Das Drainpotential
des Transistors T10 wird als das Steuersignal CSl an die Gates der
Transistoren T3 und T4 ausgegeben. Die Elemente T7, T8, T10 und ED
stellen eine Implementierung des unteren Steuerschaltkreises CTl
dar.
-
In 2 bezeichnet
Wp die Kanalbreite des Transistors T9 und Wn bezeichnet die Kanalbreite des
Transistors T10. Bezüglich
der Transistoren T3 und T4 zeigt NWn an, daß die Kanalbreite dieser Transistoren
N mal so groß ist
wie die Kanalbreite des Transistors T10. Bezüglich der Transistoren T1 und
T2 zeigt MWp an, daß die
Kanalbreite dieser Transistoren M mal so groß ist wie die Kanalbreite Wp
des Transistors T9.
-
Im
Betrieb bildet der Transistor T9 mit dem Transistor T2 einen Stromspiegel
und bildet ausserdem einen Stromspiegel mit dem Transistor T1. Abhängig von
der Kanalbreite eines jeden dieser Transistoren ist der durch den
Transistor T1 fließende Strom
Iup M mal so groß wie
der durch den Transistor T9 fließende Strom Iu/M. Eine entsprechende
Beziehung gilt für
den Transistor T2.
-
Der
Strom Iu/M durch den Transistor T9 hängt wiederum von der Gleichtaktspannung
am Eingang des Pufferverstärkers
A ab. Speziell hängt
der Strom durch die Parallelschaltung der Transistoren T5 und T6
von der Differenz zwischen der Gleichtaktspannung an den Gates von
T5 und T6 und dem Source Potential von T5 und T6 ab. Die Sources
von T5 und T6 sind wiederum mit der Spannungsquelle Eu verbunden,
so daß die
Parallelschaltung von T5 und T6 leitend wird, sobald die Gleichtaktspannung, spezieller
die kleinere der beiden Gatespannungen von T5 und T6, am Eingang
des Puffers A unter VCC abzüglich
der Summe von Ueu und der Schwellenspannungen von T9 und T5 oder
T6, abfällt.
Wegen der Stromspiegelbeziehung zwischen T9 und T2 und zwischen
T9 und T1, werden dann Ströme
Iup und Iun gleicher Größen in die
jeweiligen Leiter der Übertragungsleitung
injiziert, um die Gleichtaktspannung am Eingang des Puffers A anzuheben,
ohne den differentiellen Signalpegel über dem nicht invertierenden
und dem invertierenden Eingang des Puffers A zu beeinflussen.
-
Die
von der Spannungsquelle Eu erzeugte Spannung Ueu kann verwendet
werden, die untere Grenze des Gleichtaktspannungsbereiches am Eingang
des Puffers A abzugleichen.
-
Das
Arbeitsprinzip des unteren Steuerschaltkreises CTl einschließlich der
Elemente T7, T8, T10 und Ed ist ähnlich
dem gerade beschriebenen Arbeitsprinzip des oberen Steuerschaltkreises
CTu. Der Transistor T10 bildet einen Stromspiegel mit jedem der
Transistoren T4 und T3, und aufgrund der Kanalbreitenbeziehung zwischen
den einen Stromspiegel bildenden Transistoren ist der von der Übertragungsleitung
durch die Transistoren T3 und T4 abgezogene Strom Idp und Idn, N
mal der durch den Transistor T10 fließende Strom Id/N. Die Parallelschaltung
der Transistoren T7 und T8 wird leitend, sobald die Gleichtaktspannung,
genauer die größere der
beiden Gate-Spannungen
von T7 und T8 am Eingang des Puffers A, höher ist als die Summe der Schwellenspannung
des Transistors 10, der von der Spannungsquelle Ed erzeugten Spannung
Ued und der Schwellenspannung des Transistors T7 und T8. Daaraus
wird deutlich, daß die
obere Grenze des Gleichtaktspannungsbereiches durch Abgleichen der Spannung
Ued abgeglichen werden kann.
-
Die
Spannungsquellen Eu und Ed können auf
verschiedene Art und Weise implementiert werden. In einem einfachen
Fall werden die Spannungsquelle Eu und Ed ausgelassen und durch
ein Stück Draht
ersetzt. Dieses resultiert in einem vergleichsweise großen Gleichtaktspannungsbereich
ohne die Option, die Grenzen desselben abzugleichen.
-
Gemäß einer
anderen Implementierung der Spannungsquelle Eu und Ed werden Dioden
oder eine Reihenschaltung mehrerer Dioden verwendet, um die Konstantspannungen
Ueu oder Ued zu erzeugen. Es ist ebenso denkbar, die Spannungsquellen Eu
und Ed mittels Widerständen
zu implementieren, so daß Ueu
bzw. Ued von dem durch den jeweiligen Widerstand fließenden Strom
abhängt.
Dieses resultiert in einer "weicheren" Gleichtaktspannungsbegrenzung
als in dem Fall, daß Eu
und Ed Konstantspannungsquellen sind. Natürlich sind auch Kombinationen
dieser Implementierungen möglich,
je nach Bedarf.
-
Die
unter Bezug auf 2 beschriebene Implementierung
ist darin vorteilhaft, daß sie
einfach ist und eine geringe Anzahl von Elementen verwendet. Natürlich können andere
bekannte Schaltkreise zum Implementieren der steuerbaren Stromquellen
verwendet werden, beispielsweise Kaskoden.
-
3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Systems zum Übertragen
von Daten über
eine Übertragungsleitung
gemäß der vorleigenden
Erfindung. Das in 3 gezeigte System umfaßt einen
Leitungsanschlußschaltkreis
LTR am empfängerseitigen
Ende einer Übertragungsleitung
TL und schließt ausserdem
einen Leitungsanschlußschaltkreis
LTT am senderseitigen Ende der Übertragungsleitung
TL ein.
-
Unabhängig von
dem in 3 gezeigten System bildet der Leitungsanschlußschaltkreis
LTR der 3 ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Leitungsanschlußschaltkreises
gemäß der vorliegenden Erfindung,
das im folgenden beschrieben wird.
-
Der
Leitungsanschlußschaltkreis
LTR gemäß dem zweiten,
in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt einen
Pufferschaltkreis A mit einem nicht invertierenden Eingang und einem
invertierenden Eingang, die jeweils mit einem nicht-invertierenden
Eingangsanschluß INp
bzw. einem invertierenden Eingangsanschluß INn verbunden sind. Eine
Abschlußimpedanz
RT ist über
den Eingangsanschlüssen
INp und INn vorgesehen, um für
einen ordnungsgemäßen Abschluß der Übertragungsleitung
zu sorgen. Die Reihenwiderstände
Ra und Rb zwischen dem nicht invertierenden Eingangsanschluß INp und dem
nicht invertierenden Eingang des Pufferschaltkreises A, bzw. zwischen
dem invertierenden Eingangsanschluß INn und dem invertierenden
Eingang des Pufferschaltkreises A, sind optional und deshalb gestrichelt
dargestellt.
-
Der
Leitungsanschlußschaltkreis
LTR gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
schließt
des weiteren Transistoren T1r bis T4r ein, deren Funktion und Schaltung
vollständig
den Transistoren T1 bis T4 der 2 entspricht.
Eine detaillierte Beschreibung der Transistoren kann deshalb hier
ausgelassen werden. Um zwischen Komponenten in einem Leitungsanschlußschaltkreis
aus der Senderseite und entsprechenden Komponenten in einem Leitungsanschlußschaltkreis
auf der Empfängerseite
zu unterscheiden, wurde den jeweiligen Bezugszeichen ein t bzw.
r in 3 hinzugefügt.
-
Das
zweite Ausführungsbeispiel
eines Leitungsanschlußschaltkreises
schließt
außerdem
einen ersten Operationsverstärker
A1r ein, dessen Ausgang mit den Gates der Transistoren T1r und T2r verbunden
ist, um ein Stromsteuersignal CSu an die Gates dieser Transistoren
zu liefern. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers A1r
empfängt eine
Referenzspannung Vreflr, welche auf verschiedene bekannte Weise
erzeugt werden kann, beispielsweise mittels eines Widerstands-Spannungsteilernetzwerkes.
-
Der
Leitungsanschlußschaltkreis
dieses Ausführungsbeispiels
schließt
ausserdem einen zweiten Operationsverstärker A2r ein, dessen Ausgang
mit den Gates der Transistoren T3r und T4r verbunden ist, um an
die Gates dieser Transistoren ein unteres Stromsteuersignal CSl
zu liefern. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers A2r
ist geschaltet, eine Referenzspannung Vrefhr zu empfangen, die auf
verschiedene bekannte Weise erzeugt werden kann, beispielsweise
mittels eines Widerstands-Spannungsteilernetzwerkes.
-
Eine
Reihenschaltung von Widerständen R1r
und R2r ist über
Knoten ND1r und ND2r an den Eingängen
des Pufferschaltkreises A geschaltet. Ein Knoten ND3r zwischen diesen
Widerständen
R1r und R2r ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A1r
und mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A2r verbunden.
Alternativ kann auch eine Maximum-Minimum-Spannungserfassung mittels
eines Paares von Source-Folgern realisiert werden, deren Gates ähnlich wie
bei den Transistoren T5 bis T8 in 2 geschaltet
sind. In diesem Fall empfängt
jeder der Operationsverstärker
eine Erfassungsspannung an seinen nicht invertierenden Eingang von
seinem zugehörigen
Source-Folger.
-
Das
zweite Ausführungsbeispiel
des in 3 gezeigten Leitungsanschlußschaltkreises LTR arbeitet
wie folgt. Die Reihenschaltung von Widerständen R1r und R2r stellt an
dem Knoten ND3 zwischen diesen Widerständen eine Spannung entsprechend
der Gleichtaktspannung an den Eingängen der Pufferschaltung A
bereit. Diese erfaßte
Gleichtaktspannung wird von den Operationsverstärkern A1r und A2r emfpangen,
und jeder dieser Verstärker vergleicht
die erfaßte
Gleichtaktspannung mit der zugehörigen
Referenzspannung Vreflr oder Vrefhr an dem invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers.
Wenn die erfaßte
Gleichtaktspannung höher
ist als Vrefhr am Operationsverstärker A2r, gibt dieser Operationsverstärker ein
Stromsteuersignal CSl mit hohem Potential aus, was in der Aktivierung
der Stromquellen T3r und T4r resultiert, Ströme mit gleichen Richtungen
aus beiden Leitern der Übertragungsleitung
abzuziehen, um die Gleichtaktspannung an den Eingängen des
Pufferschaltkreises A zu verringern. Wenn umgekehrt die erfaßte Gleichtaktspannung
unterhalb der Referenzspannung Vreflr am invertierenden Eingang
des ersten Operationsverstärkers
A1r ist, gibt dieser Operationsverstärker ein Stromsteuersignal
CSu mit niedrigem Potential aus und aktiviert somit die Stromquellen
T1r und T2r, Ströme
mit gleichen Richtungen in die zwei Leiter der Übertragungsleitung zu injizieren,
um die Gleichtaktspannung an den Eingängen des Puffers A anzuheben.
In beiden Fällen
werden die von den oberen Stromquellen T1r, T2r oder von den unteren
Stromquellen T3r, T4r gelieferten Ströme von den jeweiligen Operationsverstärkern A1r
und A2r so gesteuert, daß die
injizierte Strommenge gerade ausreichend ist, die Gleichtaktspannung
an den Eingängen
des Puffers A sehr nahe an Vreflr bzw. Vrefhr zu halten, aufgrund
der hohen Verstärkung
der Operationsverstärker
A1r und A2r. Wenn die erfaßte
Gleichtaktspannung unterhalb Vrefhr, jedoch oberhalb Vreflr ist, sind
alle Stromquellen T1r bis T4r abgeschaltet, und es findet keine Änderung
der Gleichtaktspannung statt.
-
Dieses
Ausführungsbeispiel
eines Leitungsanschlußschaltkreises
ist darin vorteilhaft, daß eine Gleichtaktspannungssteuerung
oder -begrenzung aufgrund der hohen Verstärkung der Operationsverstärker A1r
und A2r mit guter Präzision
durchgeführt werden
kann. Abhängig
von der Auswahl der Referenzspannungswerte für Vreflr und Vrefhr begrenzt der
Schaltkreis entweder die Gleichtaktspannung an den Eingängen des
Pufferschaltkreises A innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereiches,
oder der Schaltkreis steuert die Gleichtaktspannung auf einen vorbestimmten
Gleichtaktspannungs-Sollwert. Die letztere Funktion wird erhalten,
wenn Vreflr und Vrefhr auf gleiche Werte eingestellt werden.
-
3 zeigt
ferner ein Ausführungsbeispiel eines
auf der Senderseite der Übertragungsleitung
Tl angeordneten Leitungsanschlußschaltkreises
LTT. Dieser Schaltkreis ist in seiner Struktur identisch dem oben
beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel
eines Leitungsanschlußkreises
LTR mit der Ausnahme, daß der
Eingangspuffer A durch einen Ausgangspuffer D zum Treiben der Leitung
ersetzt ist.
-
Wenn
die Gleichtaktspannung am Ausgang des Pufferschaltkreises D die
Referenzspannung Vrefht übersteigt
oder unterhalb Vreflt abfällt,
geschieht dasselbe wie im Falle des Leitungsanschlußschaltkreis
auf der Empfängerseite.
Der Operationsverstärker
A1t oder A2t gibt ein Stromsteuersignal CSut bzw. CSlt so aus, daß aufgrund
der in die Übertragungsleitung
TL indizierten oder daraus abgezogenen Ströme, die Gleichtaktspannung
den von Vreflt und Vrefht begrenzten Bereich nicht verläßt.
-
Im
folgenden wird ein Datenübertragungssystem
unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Dieses Datenübertragungssystem
umfaßt
einen Leitungsanschlußschaltkreis
LTT gemäß der vorliegenden
Erfindung auf der Senderseite der Übertragungsleitung und außerdem einen
Leitungsanschlußschaltkreises
LTR gemäß der vorliegenden
Erfindung auf der Emfängerseite
der Übertragungsleitung.
-
Im
folgenden wird der Fall betrachtet, daß, aus welchem Grund auch immer,
ein Spannungsversatz zwischen dem Massepotential GNDt auf der Senderseite
und dem Massepotential GNDr auf der Empfängerseite auftritt. Diese Massepotentialdifferenz
ist in 3 als eine Spannungsquelle Voff dargestellt. Natürlich ist
diese Spannungsquelle keine Komponente dieses Ausführungsbeispiels,
sondern lediglich ein Modell für
einen derartigen versatz der Massepotentiale.
-
Der
Betrieb des in 3 dargestelten Systems wird
unter Bezugnahme auf die 4a bis 4c erläutert.
-
Jede
der 4a bis 4c zeigt
Diagramme zum Vergleichen des Gleichtaktspannungsbereiches auf der
Senderseite mit dem Gleichtaktspannungsbereich auf der Empfängerseite
unter Berücksichtigung
des Einflusses eines Masseversatzes Voff. 4a zeigt
den Fall, daß GNDr
um Voff höher ist
als GNDt. Trotz dieses Masseversatzes Voff wird keine der Gleichtaktspannungsgrenzen
auf der Senderseite oder der Empfängerseite überschritten, wenn die Gleichtaktspannung
auf der Übertragungsleitung
zwischen Vreflr und Vrefht liegt.
-
Demgemäß werden
passende Stromquellen in dem Leitungsanschlußschaltkreis auf der Senderseite
und in dem Leitungsanschlußschaltkreises
auf der Empfängerseite
nur dann aktiv, wenn die Gleichtaktspannung auf der Übertragungsleitung
TL den schraffierten Bereich in 4a verläßt.
-
4b betrifft
ein Beispiel, das der Versatz Voff so groß ist, daß jeder Wert für die Gleichtaktspannung
auf der Übertragungsleitung
TL entweder ausserhalb der Grenzen des Gleichtaktspannungsbereiches
des Sendepuffers D oder ausserhalb des Gleichtaktspannungsbereiches
des Empfangspuffers A ist. Um mit dieser Situation fertig zu werden,
ist es vorteilhaft, Widerstände
Ra und Rb im Verlauf der Übertragungsleitung
vorzusehen, bevorzugt an solch einer Stelle, daß die Signalübertragung
und der ordnungsgemäße Leitungsabschluß nicht
nachteilig beeinflußt
sind. Eine bevorzugte Stelle der Widerstände Ra und Rb ist zwischen
dem Leitungsabschlußnetzwerk,
d.h. dem Widerstand Rt im Fall der 3 und einem
Knoten ND1, ND2, der mit den Eingängen des Pufferschaltkreises
A verbunden ist, wo die jeweiligen Stromquellen S1 und S2 angeschlossen
sind.
-
Das
Vorhandensein der Widerstände
Ra und Rb resultiert darin, daß ein
Gleichtaktspannungsversatz über
diesen Widerständen
erzeugt wird, wenn von irgendeiner der Stromquellen der Leitungsanschlußschaltkreise
Strom in die Leitung eingespeist wird. Dieser Gleichtaktspannungsversatz
Vab ist in 4c mittels einer Stufe in den
Linien dargestellt, die die Gleichtaktspannungsgrenzen Vrefhr und
Vrefhl der Empfängerseite
auf das Referenzpotential GNDt der Senderseite beziehen. Die Höhe der Stufe ist
der Spannungsabfall über
den Widerständen
Ra und Rb.
-
Aus
dieser Figur ist ersichtlich, daß die Einfügung der optionalen Widerstände Ra und
Rb eine Vergroßerung
des zulässigen
Versatzes Voff zwischen der Senderseite und Empfängerseite ermöglicht.
Die maximale Höhe
von Vab in 4c hängt von dem Widerstandswert
von Ra bzw. Rb ab, und ausserdem von den Stromtreiberfähigkeiten
der jeweiligen Stromquellen.
-
Das
in 3 gezeigte Beispiel eines Datenübertragungssystems
mit einem Leitungsanschlußschaltkreis
gemäß der vorliegenden
Erfindung sowohl auf der Senderseite als auch auf der Empfängerseite,
begrenzt den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf diesen
speziellen Fall, sondern ist ein Beispiel dafür, daß sowohl auf der Senderseite als
auch auf der Empfängerseite
bestimmte Gleichtaktspannungsgrenzen eingehalten werden müssen. Der
Leitungsanschlußschaltkreis
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ebensogut in Datenübertragungssystemen an lediglich
einem Ende der Übertragungsleitung
verwendet werden, d.h. entweder auf der Senderseite oder der Empfängerseite.
Der Leitungsanschlußschaltkreises
gemäß der vorliegenden Erfindung
ist geeignet, die Gleichtaktspannungsgrenzen unabhängig auf
der Senderseite und auf der Empfängerseite
der Übertragungsleitung
einzuhalten, trotz eines großen
Versatzbereiches zwischen den Referenzpotentialen auf der Senderseite
und Empfängerseite.
-
Ein
Leitungsanschlußschaltkreis
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ebenso auf vorteilhafte Weise dafür verwendet werden, die Betriebsbedingungen
auf einer Übertragungsleitung gegenüber einer
Vielfalt äußerer elektrischer
und elektromagnetischer Störungen
zu stabilisieren.
-
In
den oben erläuterten
Ausführungsbeispielen
werden PMOS Transistoren T1 und T2 als eine Relaisierung der steuerbaren
Stromquellen verwendet, ohne die Erfindung darauf zu beschränken. Für diese
Ausführungsbeispiele
kann es vorteilhaft sein, daß für jede PMOS
Stromquelle ein (nicht gezeigter) NMOS Transistor mit seinem Drain-Source-Pfad
in Reihe geschaltet wird zwischen den Drain des PMOS Stromquellentransistors
und den jeweiligen Knoten ND1, ND2, der von der jeweiligen Stromquelle
angesteuert wird, und das Gate des NMOS Transistors mit dem oberen
Spannungsversorgungspotential VCC zu verbinden. In diesem Fall können Rückwärtsströme durch
den jeweiligen PMOS Stromquellentrasistor von der Übertragungsleitung
in die obere Spannungsversorgungsleitung selbst dann vermieden werden,
wenn das Potential auf der Übertragungsleitung
VCC übersteigt,
beispielsweise wenn die Spannungsversorgung des jeweiligen Leitungsanschlußschaltkreises
abgeschaltet ist.
-
In
den beschriebenen Ausführungsbeispielen
werden MOS Transistoren verwendet, die selbstverständlich durch
Bipolartransistoren ersetzt werden können.