專利名稱：通信總線系統(tǒng)和用在該系統(tǒng)中的裝置和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)通信總線系統(tǒng)，其中多個(gè)基站通過(guò)信號(hào)線相連使得在基站之間使用象USB總線一樣的總線進(jìn)行通信。USB系統(tǒng)具有連接器，用戶可使用它隨意連接或斷開(kāi)基站，甚至是當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)。系統(tǒng)檢測(cè)基站是否被連接到連接器上，如果連接了，它邏輯的將連接的基站合并入系統(tǒng)中，因此和基站的通信變得可能。系統(tǒng)也檢測(cè)何時(shí)基站已被斷掉，如果斷開(kāi)了，邏輯的將基站從系統(tǒng)中移出，因此不能再執(zhí)行或者期待與基站之間通信。對(duì)于非專門人員的消費(fèi)者容易操作該系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，自動(dòng)的并入和移出是非常重要的特性。
在USB系統(tǒng)中的一個(gè)基站，例如一個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)，位于總線結(jié)構(gòu)的根部。該基站是總線主控器。該基站具有一個(gè)或多個(gè)連接器，該基站通過(guò)它自身的電纜連接到連接器上，從而將根部連接到“下層基站”。在USB系統(tǒng)中，下層基站依次可以獲得用于將它們連接到在樹(shù)型結(jié)構(gòu)中更下層基站的連接器等等?；ミB的基站因此直接或間接的耦合到根部，共同形成總線系統(tǒng)。
所有連接器永久的連接到下層基站并不是必要的。系統(tǒng)的用戶可以連接或者斷開(kāi)一個(gè)下層基站或者按照期望不使用連接器。系統(tǒng)檢測(cè)下層基站是否連接到連接器或者從連接器上斷開(kāi)，并且相應(yīng)進(jìn)行操作沒(méi)有消息的指令等等通過(guò)不連接下層基站的連接器傳輸。在USB系統(tǒng)中，以通過(guò)流過(guò)電阻器電流的方式來(lái)檢測(cè)基站的存在。每一個(gè)下層基站包括一個(gè)連接到電纜的電阻，該電纜通過(guò)它所連接的總線系統(tǒng)將下層基站連接到連接器上。當(dāng)下層基站連接到總線時(shí)，電流通過(guò)電纜流過(guò)電阻。電流引起電纜上電壓的變化并且這種變化由下層基站連接到它的連接器上的另一個(gè)“卡層基站”檢測(cè)。
通常地，對(duì)于斷開(kāi)的檢測(cè)需要總線上的通信產(chǎn)生一段時(shí)期的“停止”。在USB總線情況中，在不可能進(jìn)行傳輸?shù)钠陂g，為此目的預(yù)定一個(gè)時(shí)間片。這引起在斷開(kāi)中的一個(gè)延時(shí)并且降低傳輸能力。此外，為了增加速度和降低總線系統(tǒng)的能量消耗的雙重原因，它期望降低電纜上的電壓擺動(dòng)。然而由于基站的連接較難檢測(cè)，電壓擺動(dòng)的降低使得電壓檢測(cè)產(chǎn)生變化。
更多的情況下，本發(fā)明的目的是為了減少總線檢測(cè)連接和/或斷開(kāi)所要預(yù)留的時(shí)間。
本發(fā)明的一個(gè)裝置在權(quán)利要求1中被闡明。本發(fā)明中波反射用于檢測(cè)耦合到總線系統(tǒng)上基站的存在或者不存在。例如，依賴于電傳輸線中電壓和電流的時(shí)間可由兩個(gè)矢量描述，每一個(gè)分別代表以相反方向穿過(guò)傳輸線的兩個(gè)行波中的相位和振幅。在傳輸線的末端，阻抗連接到傳輸線上，兩個(gè)波矢量之間的比率等于與阻抗相關(guān)的反射系數(shù)。當(dāng)阻抗等于傳輸線的傳輸阻抗時(shí)，反射系數(shù)為0，結(jié)果當(dāng)阻抗等于連接到傳輸線上的傳輸線的特定阻抗時(shí)，波只在一個(gè)方向上傳輸。
本發(fā)明結(jié)果用于控制下層基站并入系統(tǒng)和特別地，下層基站從系統(tǒng)中分離出來(lái)。設(shè)計(jì)基站給傳輸線提供傳輸線特定阻抗。系統(tǒng)中的上層基站位于傳輸線的另一端，通過(guò)傳輸線發(fā)送波信號(hào)，并且發(fā)射來(lái)自已傳輸波的回波(如果有的話)。如果在傳輸期間，回波的振幅不完全是0或者不完全從0增長(zhǎng)，可以推斷傳輸線不再終止，因此下層基站從傳輸線上脫離。因此上層基站采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)將下層基站邏輯上移出系統(tǒng)。相似地，為了使基站邏輯上進(jìn)入該系統(tǒng)，如果回波的振幅實(shí)際上為0，可以推斷傳輸線終止，因此下層基站連接到傳輸線上。因此，上層基站采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)使下層基站并入系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)，裝置，設(shè)備和方法的這些和其它有利方面將使用下面的附圖詳細(xì)描述。
附

圖1表示總線通信系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
附圖2表示用于總線通信系統(tǒng)中的基站。
附圖3表示波分裂器的一個(gè)例子。
附圖1表示總線通信系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括一個(gè)主控基站10。主控基站10具有一定數(shù)量的連接器12a-g。一定數(shù)量的從屬基站14a-c通過(guò)各自的電纜16a-c連接到連接器12a-e上。一定數(shù)量的連接器12d，e什么都沒(méi)有連接，其它連接器12f，g連接到電纜16d，e，然而該電纜未連接任何基站。對(duì)于通信總線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定義規(guī)定了電纜16a-e的類型和應(yīng)該使用的電纜16a-e的特性阻抗，例如一個(gè)具有特性阻抗300歐姆的對(duì)稱電纜。從屬基站14a-c包括終端阻抗(沒(méi)有示出)，它們各自利用特性阻抗形成電纜16a-c的終端。
首選地，在從屬基站14a-c的情況下需要它們自己提供電源而不依靠它們與總線系統(tǒng)的連接，或者在從屬基站的情況下能夠選擇在總線系統(tǒng)中是否作為一個(gè)從屬基站操作，只有當(dāng)電源提供給從屬基站14a-c時(shí)，終端阻抗是采用它們可操作值的動(dòng)態(tài)阻抗，當(dāng)從屬基站14a-c沒(méi)有被供電時(shí)或沒(méi)有準(zhǔn)備作為總線系統(tǒng)中的一個(gè)從屬基站操作時(shí)，另一個(gè)阻抗(相似于一個(gè)開(kāi)放電路)被提供給電纜16a-c。
附圖1顯示了一個(gè)“平面”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只有一個(gè)主控基站10和一些從屬基站14a-c，但是本發(fā)明同樣可以良好地應(yīng)用于更多的分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中主控基站10按順序作為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(沒(méi)有示出)較高部分的一個(gè)從屬基站。
附圖2顯示在總線系統(tǒng)中用作主控基站的基站10?；?0包括一個(gè)處理器20，一個(gè)連接器控制電路22，和一個(gè)用于連接器12a中的一個(gè)波分裂器24。處理器20耦合到一個(gè)具有用于發(fā)送信息的接口的連接器控制電路22，為了接收信息和接收從屬基站與連接器12a是否連接或者斷開(kāi)的檢測(cè)。連接控制電路22具有一個(gè)耦合到波分裂器24的輸入端的輸出，一個(gè)輸入端連接到波分裂器24的輸出。波分裂器24具有耦合到連接器12a的傳輸線輸出。主控基站10可以進(jìn)一步包括連接器控制電路以及連接在處理器20和其它的連接器12b-g中任何一個(gè)之間的波分裂器。
在操作中，處理器20保持指示連接器12a-g連接到從屬基站14a-c的記錄。例如，從屬基站14a-c可以是打印機(jī)，照相機(jī)，存儲(chǔ)設(shè)備或者顯示設(shè)備等等。在其他中間，處理器20作為一個(gè)總線的控制單元。當(dāng)在處理器20中運(yùn)行的程序需要一個(gè)具有特殊功能的從屬基站14a-c時(shí)，處理器20檢測(cè)這個(gè)基站是否連接，并且它連接到連接器12a-g中的哪個(gè)。因此指令和/或數(shù)據(jù)可以在主控基站10和包括在其中的從屬基站14a-c之間傳輸。例如代表基站是否連接的信息可以被存儲(chǔ)在基站存儲(chǔ)器(沒(méi)有示出)的狀態(tài)表的記錄中，因此處理器20可以參考存儲(chǔ)器確定所需的基站是否被連接了。
當(dāng)在從屬基站14a-c和連接器12a-c中的一個(gè)之間的連接建立時(shí)，這連接器控制電路22檢測(cè)并且傳送給處理器20。相應(yīng)地，執(zhí)行一個(gè)初始化協(xié)議，例如，其中處理器20查詢從連接的從屬基站14a-c提供了那些類型的功能，分配基站標(biāo)識(shí)給從屬基站14a-c，初始化從屬基站14a-c并且更新處理器20中的記錄來(lái)利用在特定連接器12a-g上分配的標(biāo)識(shí)指示特殊類型的從屬基站14a-c的存在。例如，初始化協(xié)議可以遵循在USB總線系統(tǒng)中合并基站的相應(yīng)步驟。
當(dāng)連接器控制電路22從反射波中檢測(cè)到從屬基站14a-c已經(jīng)從連接器12a-g中的一個(gè)斷開(kāi)或者從連接到這些連接器12a-g的電纜16a-e中的一個(gè)斷開(kāi)，連接器控制電路22也將這些發(fā)信號(hào)給處理器20。相應(yīng)的處理器20將從屬基站14a-c從它的記錄中移出，并且終結(jié)或者發(fā)出例外信息給使用從屬基站14a-c的任何處理過(guò)程。
連接器控制電路22通過(guò)波分裂器24給連接器12a發(fā)送信號(hào)，并且通過(guò)比較從波分裂器24發(fā)送給連接器12a或者從連接器12a發(fā)送給波分裂器24的波信號(hào)的振幅來(lái)檢測(cè)連接和斷開(kāi)。因此連接器控制電路既作為連接器12a，b的接收部件也作為它的發(fā)射部件。例如，在一個(gè)具有特性阻抗R的電纜上，電壓“V(x)”和電流“I(x)”作為一個(gè)沿著電纜的位置“x”的函數(shù)，可以由兩個(gè)波矢量，A1，A2描述I(x)＝(A1 exp(ikx)-A2 exp(-ikx))/RV(x)＝A1 exp(ikx)+A2 exp(-ikx)當(dāng)電纜以被動(dòng)阻抗Z終止時(shí)，它是一個(gè)在兩個(gè)波矢量A1，A2之間沿電纜在任何位置x的一個(gè)固定比率G(x)。比率G被稱作反射系數(shù)，它代表在一個(gè)方向上傳播的波的波矢量A1導(dǎo)致在相反方向上傳播的波矢量A2的程度。當(dāng)電纜以阻抗Z終結(jié)時(shí)，在終結(jié)點(diǎn)“p”(x＝p)兩個(gè)波矢量之間的關(guān)系是A2＝G(p)*A1其中反射系數(shù)G(p)由下式給出G(p)＝(Z-R)/(Z+R)因此如果電纜在終結(jié)點(diǎn)(Z無(wú)窮大)G＝1開(kāi)路，如果電纜短路(Z＝0)G＝-1并且如果電纜由電纜(Z＝R)G＝0的特性阻抗R終結(jié)。反射系數(shù)在沿電纜不同點(diǎn)x1，x2處的反射系數(shù)G(x1)，G(x)由于相位系數(shù)exp(-2ik(x1-x2))而彼此不同，它代表由于波矢量A1從x1變到x2的波的傳輸而產(chǎn)生的相移，以及隨著波矢量從x2回到x1的波的相移。結(jié)果，因?yàn)閑xp(-2ik(x1-x2))＝1，反射系數(shù)G(x)的振幅沿電纜保持恒定。
波分裂器24發(fā)送數(shù)據(jù)和/或指令給從屬基站14a。這些數(shù)據(jù)和/或指令作為一個(gè)時(shí)間函數(shù)控制波矢量A1，A2中的一個(gè)。波矢量A1，A2中的另一個(gè)是由存在于連接器12a或連接到連接器12a的電纜16a的末端的任何反射的結(jié)果，它是一個(gè)從屬基站14a或一個(gè)開(kāi)路末端。波矢量A1，A2中的另一個(gè)等于反射系數(shù)G，它對(duì)由數(shù)據(jù)和或指令確定的波矢量定時(shí)。
波分裂器24將波中的另一個(gè)分解出來(lái)，也就是說(shuō)，它確定其波矢量并且提供該波矢量給連接器控制電路22。連接器控制電路22使用該反射的波矢量確定從屬基站14a是否通過(guò)電纜16a連接到連接器12a上。
如果存在從屬基站14a的話，充分的提供電纜16a的特性阻抗R到電纜16a的末端，因此如果從屬基站連接到電纜16a上，反射系數(shù)G實(shí)質(zhì)上等于0。如果沒(méi)有從屬基站14a通過(guò)電纜16a連接到連接器12a上，反射系數(shù)的振幅實(shí)際為1。因此，如果反射波的波矢量A1，A2振幅和傳輸波之間的比率等于或者小于一個(gè)1和0之間的門限值，連接器控制電路22確定從屬基站14a存在。如果比率高于門限值，連接器控制電路22確定從屬基站14a不存在。在理想情況下，門限值可以取從0到1之間的任何值，但是，優(yōu)選地，由于在容許范圍內(nèi)的從屬基站14a的阻抗擴(kuò)展，門限值不在接近于0的相應(yīng)于非0反射系數(shù)的區(qū)間中，也不在接近于1的相應(yīng)于電纜16a等等中的可能的損耗的區(qū)間中。當(dāng)然，當(dāng)波分裂器提供一個(gè)具有固定平均振幅的輸出波給電纜16a時(shí)，不需要明確確定波矢量和可與門限值相比的反射波的振幅之間的比率。
除當(dāng)前方法外，也可使用在USB系統(tǒng)中檢測(cè)基站的傳統(tǒng)方法。雖然有較慢響應(yīng)時(shí)間的代價(jià)，但這是有利的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的方法提供用于檢測(cè)更多不同的基站連接的狀態(tài)。
附圖3給出一個(gè)用于具有對(duì)稱的信號(hào)導(dǎo)線的電纜16a的波分裂器24的可能的電路實(shí)施例。可以明確該電路只是一個(gè)用于分裂本質(zhì)上在本領(lǐng)域所知的反射波的許多電路中的一個(gè)例子。附圖3的電路利用可由相應(yīng)于具有輸出電壓“e”的電壓源的等價(jià)電路來(lái)代替的電路而驅(qū)動(dòng)在連接器12a上的電壓和電流，該電壓源與等于電纜16a的預(yù)定特性阻抗的輸出阻抗串聯(lián)。結(jié)果，輸出電壓“e”，在波分裂器的輸出端的電壓V連接到連接器12a上，并且在輸出端的電流由下式描述V＝e-IR結(jié)果，反射波矢量由下式?jīng)Q定A2＝V-e/2在附圖3中所示的電路中包括一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)器30a，b，它驅(qū)動(dòng)位于連接到連接器12a的輸出端的電流。第一驅(qū)動(dòng)器30a，b由被傳送給從屬基站14a(沒(méi)有示出)的數(shù)據(jù)和/或指令驅(qū)動(dòng)。該電路包括一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)器32a，b，它通過(guò)加載輸出來(lái)形成e/2，它的輸出是第一驅(qū)動(dòng)器30a，b的兩倍(將第一和第二驅(qū)動(dòng)器30a，b，32a，b，的相關(guān)驅(qū)動(dòng)功率相比，例如這可以通過(guò)使用裝在第一和第二驅(qū)動(dòng)器中的NMOS激勵(lì)晶體管和PMOS來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中NMOS激勵(lì)晶體管的W/L和位于第二驅(qū)動(dòng)器中的PMOS負(fù)載晶體管的W/L之間的比率是在第一驅(qū)動(dòng)器中相應(yīng)比率的一半)。該電路包括一個(gè)減法電路34，它從第一驅(qū)動(dòng)器30a，b的輸出電壓中減去第二驅(qū)動(dòng)器32a，b的輸出電壓。減法電路的輸出與反射波矢量A2成比例并且提供給連接器控制電路22(沒(méi)有示出)用于檢測(cè)連接的從屬基站。
權(quán)利要求
1.一種用作通信總線系統(tǒng)中一個(gè)基站的裝置，該裝置包括連接器(12a)，用于將裝置連接到信號(hào)傳輸線；控制單元(22)，按照連接到信號(hào)傳輸線的另一個(gè)裝置是否存在于通信總線系統(tǒng)中而安排操作；波分裂器(24)，耦合到連接器上；發(fā)送部件，耦合到波分裂器的輸入端，用于發(fā)送一個(gè)從波分裂器經(jīng)過(guò)傳輸線而輸出的輸出波信號(hào)；接收部件，耦合到波分裂器的輸出端，用于接收一個(gè)從連接器輸入到波分裂器的輸入波信號(hào)，按照另一個(gè)裝置是否存在而安排操作控制單元，該裝置是否存在取決于接收部件是否分別檢測(cè)到一個(gè)由發(fā)送部件發(fā)送的波的反射。
2.通信總線系統(tǒng)中用作一個(gè)基站的集成電路設(shè)備，該設(shè)備包括外部終端(12a)，連接該設(shè)備到一個(gè)信號(hào)傳輸線上；控制單元(22)，按照連接到信號(hào)傳輸線上的裝置在通信總線系統(tǒng)中是否存在而安排操作；波分裂器(24)，耦合到外部終端上；發(fā)送部件，耦合到波分裂器的輸入端，用于發(fā)送一個(gè)從波分裂器經(jīng)過(guò)傳輸線而輸出的輸出波信號(hào)；接收部件，耦合到波分裂器的輸出端，用于接收一個(gè)輸入波信號(hào)，該信號(hào)從連接器輸入到波分裂器，按照裝置是否存在而安排操作控制單元，該裝置是否存在取決于接收部件是否分別檢測(cè)到一個(gè)由發(fā)送部件發(fā)送的波的反射。
3.一個(gè)總線通信系統(tǒng)，包括一個(gè)按照權(quán)利要求1中所述的裝置；一個(gè)連接到連接器上的信號(hào)傳輸線；一個(gè)連接到信號(hào)傳輸線上的進(jìn)一步的裝置，該進(jìn)一步的裝置包括連接到信號(hào)傳輸線上的終端部件，當(dāng)該進(jìn)一步的裝置作為一個(gè)連接到總線通信系統(tǒng)上的基站而操作的時(shí)候，所述終端部件給信號(hào)傳輸線提供一個(gè)阻抗，該阻抗實(shí)際上與傳輸線的傳輸線阻抗匹配。
4.一種控制總線通信系統(tǒng)的方法，其中由通過(guò)連接器發(fā)送發(fā)送波信號(hào)和分解在連接器上接收到反射波來(lái)檢測(cè)基站通過(guò)連接器到總線系統(tǒng)的連接，總線系統(tǒng)按照是否存在更多的基站而被操作，其中更多的基站是否存在取決于是否分別檢測(cè)到發(fā)送波信號(hào)的反射。
全文摘要
通信總線系統(tǒng)中的一種基站,它連接到信號(hào)傳輸線上。該基站包括一個(gè)耦合到傳輸線上的波分裂器和一個(gè)耦合到波分裂器的輸入端的發(fā)送部件,它通過(guò)傳輸線將輸出波信號(hào)從波分裂器中輸出。該基站包括一個(gè)耦合到波分裂器的輸出端的接收部件,它用于接收從連接器輸入到波分裂器的輸入波信號(hào)。該基站具有一個(gè)控制單元,該單元按照更多的連接到傳輸線的裝置是否存在而被安排在不同的控制模式中操作,其中更多的裝置是否存在取決于接收部件是否分別接測(cè)到由發(fā)送部件發(fā)送的波的反射。
文檔編號(hào)G06F13/14GK1383658SQ01801705
公開(kāi)日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2001年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月20日
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