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Bezug auf zugehörige Anmeldung
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Diese
Anmeldung beansprucht den Vorteil der Provisional-Patentanmeldung mit
der Seriennummer 60/142733, die am 8. Juli 1999 hinterlegt worden
ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen ein modulares Port-Erweitungssystem
zum Verbinden eines Peripheriegerätes mit einem Host-System und
ein Modul zum Verbinden eines Computerperipheriegerätes mit einem
Port an einem Host-Computersystem,
und insbesondere ein solches Erweiterungssystem, das nutzerkonfigurierbar
ist, so dass ein hoher Grad an Flexibilität und Effizienz bei der Kopplung
des Host-Systems mit einer breiten Auswahl an Peripheriegeräten und
-funktionen bereitgestellt wird.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Obwohl
die Erfindung und deren Hintergrund hauptsächlich in dem Zusammenhang
mit der USB-Standard-Busschnittstelle oder des USB-Standard-Busprotokolls
beschrieben wird, ist es für
Fachleute leicht verständlich,
dass die Erfindung ebenfalls mit anderen Standard-Busschnittstellen
inklusive IEEE 1394, auch bezeichnet als „Firewire" oder „i.Link", und SCSI verwendet werden kann.
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Die
Schwierigkeit des Koppelns und korrekten Betreibens der verschiedenen
Arten von Personalcomputer-Peripheriegeräten und -funktion, wie Drucker,
Scanner, digitale Kameras, Modems, Plattenlaufwerke usw., führten zu
der Einführung
des Universal Serial Bus(USB)-Standards, der eine direkt einsteckbare, „Plug and
Play", und kaskadierbare
serielle Schnittstelle bereitstellt, die eine kostengünstige Standardbuchse
zum Hinzufügen
externer Peripheriegeräte
und -funktionen verwendet. Die Revision 1.1 der Universal Serial Bus-Spezifikation
vom 23. September 1998 wird hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen.
Da durch USB-Kabel Energie ebenso wie Daten übertragen werden, können einige
Geräte
mit niedrigem Energiebedarf ohne das Erfordernis eines separaten
Energieadapters betrieben werden. Die USB-Spezifikation erlaubt
es, bis zu 127 Peripheriegeräte
mit einem einzelnem PC unter Verwendung von USB-Hubs zu koppeln, und
sie definiert, auf welche Weise diese Peripheriegeräte miteinander
gekoppelt werden können,
so dass ein Host die Ressourcen verwenden kann, die von jedem einzelnen
Gerät bereitgestellt
werden. USB-Ports sind an vielen neuen PCs und einer großen Menge
von USB-Peripheriegeräten zu finden
und befinden sich bereits auf dem Markt. Freie PCs mit einem oder
möglicherweise
zwei USB-Ports zum Koppeln mit Peripheriegeräten werden ebenfalls verfügbar. Solche
PCs enthalten keine traditionellen Standard-Schnittstellen.
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Gegenwärtig ist
eine Anzahl von Konvertern zum Koppeln eines USB-Ports an einen
PC oder einen USB-Hub mit herkömmlichen
Schnittstellen inklusive serieller Ports, paralleler Ports, RJ-45-Ethernet-LAN-Ports
und RJ-11-Modem-Ports verfügbar.
Diese Konverter können
ferner einen oder mehrere USB-Ports aufweisen. Jedoch sind diese
Konverter in separaten Gehäusen
untergebracht, wobei jeweils ein separates Kabel erforderlich ist,
um ein jeweiliges Gehäuse
mit einem Host-System oder einem Hub zu koppeln.
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Es
sind gegenwärtig
ferner Multifunktions-USB-Hubs verfügbar. Beispielsweise erweitert
ein solcher Multifunktions-Hub
einen USB-fähigen
PC um vier zusätzliche
USB-Ports neben drei herkömmlichen
Ports, die zwei serielle Ports und einen parallelen Drucker-Port
aufweisen. Jedoch ist solch ein Multifunktions-USB-Hub in ein einzelnes
Gehäuse
integriert, so dass lediglich eine feste Anzahl und Kombination
von Peripheriegeräte-Ports
oder -funktions-Ports verfügbar
gemacht wird.
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In
DE 295 20 291 U1 wird
eine Anordnung zur multimedialen Datenkommunikation mit einem Grundkörper und
Ergänzungselementen,
die über
Verbindungselemente miteinander verbunden sind, beschrieben. Dabei
ist das Grundgerät
mit einem Datenanschluss zur Verbindung mit einem Computer versehen.
Der Datenanschluss ist über
ein Interface mit einem Daten-/Adressbus verbunden. Dieser Daten-/Adressbus
wird durch die Ergänzungselemente geführt, wobei
die Ergänzungselemente
mit dem Daten-/Adressbus verbunden sind.
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In
JP 102 40 382 A wird
eine Struktur offenbart, bei der über eine USB-Verbindung ein
USB-Hub an einen Computer angeschlossen ist, wobei auf dem USB-Hub
periphere Geräte übereinandergestapelt
und über
Anschlüsse
an der Oberseite des USB-Hub und an der Unterseite des peripheren
Geräts
gekoppelt werden können.
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In
DE 36 03 750 C2 wird
ein Automatisierungsgerät
offenbart, bei dem modulare Baugruppenträger auf einer Tragschiene angeordnet
sind, wobei die Baugruppenträger
mit Steckverbindungen miteinander elektrisch verbunden und Baugruppen
in die Baugruppenträger
eingesetzt werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Port-Erweiterungssystem zu schaffen, mit
dem mehrere Peripheriegeräte
mit einem Hostsystem verbunden werden können, wobei gleichzeitig die
Anzahl der benötigten
Verbindungskabel gegenüber
dem Stand der Technik verringert ist und eine höhere Flexibilität bei der
Anzahl und Kombination/Art der durch das Port-Erweiterungssystem
bereitgestellten Peripheriegeräteschnittstellen
gegeben ist.
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Es
wird ein modulares Port-Erweiterungssystem zum Verbinden eines Peripheriegerätes mit
einem Host-System geschaffen, welches Host-System einen Host-Port
aufweist, der eine Kommunikationsverbindung für Signale bereitstellt, wobei
das Port-Erweiterungssystem ein Hub-Modul mit einem Host-Port aufweist, der
mit dem Host-Port an dem Host-System koppelbar ist. Das Hub-Modul
des Port-Erweiterungssystems enthält ferner einen Netzabwärts-Steckverbinder,
der eine Mehrzahl von Slave-Ports
definiert, wobei jeder Slave-Port eine Kommunikationsverbindung
für Signale
gemäß dem Industriestandardprotokoll
des Host-Ports an dem Host-System bereitstellt; und einen Hub-Modul-Schnittstellenschaltkreis,
der den Host-Port und die Mehrzahl von Slave-Ports miteinander koppelt.
Ferner enthält
das Port-Erweiterungssystem
ein Energie-Modul mit einem Netzaufwärts-Steckverbinder, der mit einem Netzabwärts-Steckverbinder
an einem anderen Modul koppelbar ist, und einem Externe- Energieversorgungs-Steckverbinder.
Das Port-Erweiterungssystem enthält
auch eine Mehrzahl von Peripheriegerätemodulen jeweils zum Koppeln
eines Peripheriegerätes
mit dem Hub-Modul, wobei jedes Peripheriegerätemodul aufweist: einen Netzaufwärts-Steckverbinder, der
lösbar
koppelbar mit einem Netzabwärts-Steckverbinder an
dem Hub-Modul oder einem anderen Peripheriegerätemodul ist, wobei der Netzaufwärts-Steckverbinder
eine Mehrzahl von Ports definiert, die den Slave-Ports entsprechen,
die durch den Netzabwärts-Steckverbinder
an dem Hub-Modul definiert werden, wobei der Netzaufwärts-Steckverbinder und
der Netzabwärts-Steckverbinder
eine mechanische und elektrische Kopplung untereinander zwischen
Modulen bereitstellen; einen Netzabwärts-Steckverbinder zum mechanischen
und elektrischen Koppeln des Peripheriegerätemoduls mit einem Netzaufwärts-Steckverbinder
an dem Energie-Modul oder einem anderen Peripheriegerätemodul,
wobei der Netzabwärts-Steckverbinder eine
Mehrzahl von Ports entsprechend der Mehrzahl von Ports definiert,
die der Netzaufwärts-Steckverbinder
definiert; einen Peripheriegeräte-Port,
der eine Kommunikationsverbindung für Signale gemäß einem
Industriestandardprotokoll bereitstellt, wobei der Peripheriegeräte-Port
mit dem Peripheriegerät
direkt koppelbar ist; und einen Peripheriegeräte-Schnittstellenschaltkreis,
der zwischen einem der Ports an dem Netzaufwärts-Steckverbinder und dem
Peripheriegeräte-Port
gekoppelt ist. Dabei sind die anderen Ports an dem Netzaufwärts-Steckverbinder
mit den Ports an dem Netzabwärts-Steckverbinder
derart miteinander verbunden, dass die Mehrzahl von Peripheriegerätemodulen
in jeder Reihenfolge zwischen dem Hub-Modul und dem Energie-Modul
koppelbar sind.
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Gemäß einen
andern Aspekt der Erfindung wird ein Modul zum Verbinden eines Computerperipheriegerätes mit
einem Port an einem Host-Computersystem geschaffen, wobei der Port
eine Kommunikationsverbindung für
Signale bereitstellt und wobei das Modul ein Gehäuse, das eine Vorderwand und
zueinander parallele, gegenüberliegende
Seitenwände
aufweist, und einen Peripheriegeräte-Port, der mit dem Computerperipheriegerät koppelbar
ist und der entlang der Vorderwand des Gehäuses angeordnet ist, aufweist,
wobei der Peripheriegeräte-Port
eine Kommunikationsverbindung für
Signale gemäß einem Industriestandardprotokoll bereitstellt.
Ferner enthält
das Modul einen ersten Steckverbinder, der entlang einer der Seitenwände des
Gehäuses
angeordnet ist, wobei der erste Steckverbinder Kontakte aufweist,
die eine Mehrzahl von Ports definieren; einen zweiten Steckverbinder,
der entlang der anderen Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist, wobei der
erste Steckverbinder mit einem Hub-Modul oder einem anderen Peripheriegeräte-Modul
koppelbar ist, die einen Steckverbinder vom Typ des zweiten Steckverbinders
haben, und wobei der zweite Steckverbinder mit einem Energie-Modul
oder einem anderen Peripheriegeräte-Modul
koppelbar ist, die einen Steckverbinder vom Typ des ersten Steckverbinders
haben, und wobei der zweite Steckverbinder Kontakte aufweist, die
eine Mehrzahl von Ports entsprechend der Mehrzahl von Ports des
ersten Steckverbinders definieren; und einen Schnittstellenschaltkreis,
der zwischen dem ersten Port an dem ersten Steckverbinder und dem
Peripheriegeräte-Port
gekoppelt ist. Dabei sind die anderen Ports des ersten Steckverbinders
mit den Ports des zweiten Steckverbinders derart miteinander verbunden,
dass das Modul mit einem oder mehreren anderen Modulen zwischen
einem Hub-Modul und einem Energie-Modul in jeder Reihenfolge gekoppelt
werden kann.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Somit
stellt die Erfindung ein nutzerkonfigurierbares und modulares Port-Erweiterungssystem
bereit, das es dem Nutzer eines Host-Systems, wie eines USB-fähigen PCs,
erlaubt, eine gewünschte
Konfiguration eines oder mehrerer Periphergerätemodule oder -funktionsmodule
ohne Verwendung von Kabeln zwischen den Modulen anzufertigen. Die
Peripheriegerätemodule
sind miteinander physisch und elektrisch zwischen einem ersten und
einem zweiten Endmodul Seite an Seite in beliebiger Reihenfolge
koppelbar, so dass praktisch eine beliebige Anzahl von ausgewählten, erweiterten
Funktionen in beliebiger Kombination innerhalb der Grenzen der Hostsystem-Port-Spezifikation bereitgestellt
werden kann. Die Peripheriegerätemodule
können
beispielsweise ein Standard-Parallel-DB-25-Port-Modul, ein serielles Zwei-Port-PS/2-Modul,
ein serielles Zwei-Port-DB-9-Modul,
einen 4- oder 7-Port-USB-Hub, ein RJ-11-Ethernet-LAN-Modul und ein RJ-11-Modem-Modul
aufweisen.
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Gemäß der Erfindung
werden ferner die lösbaren
oder entfernbaren Kopplungen der verschiedenen Peripheriegerätemodule
bereitgestellt. Daher kann der Nutzer die Module in einfacher Weise
manuell koppeln und trennen, um dadurch schnell und einfach eine
gewünschte
Kombination und Anzahl von Peripheriegerätemodulen innerhalb der Grenzen
der Host-Port-Spezifikation
zu entwerfen und zusammenzusetzen. Das mechanische Koppeln zwischen
benachbarten Modulen beinhaltet Steckverbinder, die auch dazu dienen,
die erforderlichen elektrischen Signale zwischen den einzelnen Gerätemodulen
des Port-Erweiterungssystems
und zwischen dem Port-Erweiterungssystem und dem Host-System zu übertragen,
wodurch das Erfordernis für
externe Hubs und separate Kabel zu den verschiedenen Modulen beseitigt
wird. Eine Technik zum Durchleiten der Signale zwischen den Peripheriegerätemodulen
erlaubt es, die Peripheriegerätemodule
in beliebiger Reihenfolge zusammen zu koppeln, wodurch es einem
Nutzer ermöglicht
wird, ein Port-Erweiterungssystem
an die individuellen Nutzerbedürfnisse
anzupassen. Zusätzlich
kann das System auseinandergebaut werden, und die Peripheriegerätemodule
können,
wenn gewünscht,
in einer anderen Reihenfolge neu zusammengesetzt werden. Durch das
Verfügbarmachen
einer Menge verschiedenartiger individueller Peripheriegerätemodule kann
ein Nutzer solche Module kaufen und einem existierendem System in
Blockbauweise hinzufügen,
um so Peripheriegeräte
und Netzwerkverbindungen zu mischen anzupassen.
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Insbesondere
ist erfindungsgemäß ein modulares
Port-Erweiterungssystem
zum Koppeln von Peripheriegeräten
mit einem Host-System bereitgestellt, wobei das Host-System einen
Host-Port aufweist,
der eine Kommunikationsverbindung für Signale gemäß einem
Industriestandardprotokoll bereitstellt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
werden in dem Port-Erweiterungssystem
der Erfindung koppelbare Standard-DB-25-Steckverbinder zum Bereitstellen der
elektrischen und mechanischen Kopplung zwischen benachbarten Modulen
verwendet. Obwohl die mechanische Kopplung zwischen benachbarten
Modulen, die mittels der koppelbaren DB-25-Steckverbinder bereitgestellt
werden, eine ausreichende strukturelle Integrität bereitstellt, wird solch
eine mechanische Verbindung benachbarter Module durch eine Methode
zum lösbaren
Verriegeln der Module bevorzugt ergänzt. Die Kombination der mechanischen
Verbindung, die mittels der DB-25-Steckverbinder und der Verriegelungsmittel
bereitgestellt wird, führt
zu einer Struktur, die annähernd
die Festigkeit und Robustheit einer einstückigen oder einteiligen Einheit
aufweist, und erzeugt den Anschein einer einteiligen oder soliden
Blockkonstruktion, die nichtsdestotrotz eine einfache manuelle Trennung der
Module erlaubt.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere
Verbesserungen, Vorteile und Merkmale werden aus der ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich,
wenn sie in Verbindung mit den anliegenden Figuren gelesen werden,
in denen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Port-Erweiterungssystems gemäß einer spezifischen beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 eine
rückseitige
Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform des Port-Erweiterungssystems
der Erfindung ist;
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3 eine
vorderseitige Perspektivansicht des in 2 gezeigten
Systems ist;
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4 eine
Perspektivansicht eines Beispiels eines Peripheriegerätemoduls
von rechts hinten in der Form eines 7-Port-USB-Hubs ist, der einen Teil eines
Port-Erweiterungssystems gemäß der Erfindung
sein kann;
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5 eine
Perspektivansicht des Moduls von 4 von links
hinten ist;
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6 eine
vorderseitige Draufsicht im Querschnitt ist, die Details eines Verriegelungsmechanismus zum
Koppeln benachbarter Module des Port-Erweiterungssystems der Erfindung
zeigt;
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7 eine
Seitendraufsicht ist, die teilweise den Querschnitt und teilweise
einen Schnitt eines anderen Beispiels eines Peripheriegerätemoduls
in der Form eines USB-zu-Parallel-Port-Moduls zeigt;
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8 eine
vereinfachte Perspektivansicht einer Leiterplattenanordnung ist,
die einen Teil des Peripheriegerätemoduls
von 7 bildet;
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9 eine
Perspektivansicht auf ein Energie-Endmodul von vorne rechts ist,
das einen Teil des Port-Erweiterungssystems der Erfindung bildet;
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10 eine
Perspektivansicht des Energie-Endmoduls von 9 von vorne
links ist;
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11 ein
Blockdiagramm eines Port-Erweiterungssystems gemäß einer anderen spezifischen
exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung ist, das die elektrischen Verbindungen in und zwischen
deren Modulen zeigt;
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12 ein Blockdiagramm eines Beispiels eines
7-Port-USB-Hub-Endmoduls
ist, das in einem erfindungsgemäßen Port-Erweiterungssystem
verwendet werden kann;
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13 eine
Darstellung eines DB-25-Steckverbinders mit den Steckverbinder-Pins
zum Koppeln der benachbarten Module eines Port-Erweiterungssystems
der Erfindung und dessen Pin-Belegung zeigt;
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14 ein Blockdiagramm eines Beispiels eines
Energie-Endmoduls
ist, das in einem erfindungsgemäßen Port-Erweiterungssystem
verwendet werden kann;
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14A eine Tabelle ist, die die Quellen der Systembus-Energie
für verschiedene
Zustände
zeigt;
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Die 15 ein Blockdiagramm ist, dass die allgemeine
Form eines typischen Peripheriegerätemoduls zeigt, das eingerichtet
ist, zwischen dem Hub und den Energie-Endmodulen eines erfindungsgemäßen Port-Erweiterungssystems
gekoppelt zu werden;
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Die 16 ein Blockdiagramm eines USB-zu-globalem
Modem-Peripheriegerätemoduls
ist;
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17 ein Blockdiagramm eines USB-zu-Ethernet-LAN-Peripheriegerätemoduls
ist;
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Die 18 ein Blockdiagramm eines USB-zu-Parallel-Port-Peripheriegerätemoduls
ist;
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Die 19 ein Blockdiagramm eines USB-zu-Zweifach-Seriell-DB-9-Port-Peripheriegerätemoduls
ist;
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Die 20 ein Blockdiagramm eines Vierfach-Port-USB-Hub-Peripheriegerätemoduls
ist;
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Die 21 ein Blockdiagramm eines USB-zu-Zweifach-Seriell-PS/2
Port-Peripherigerätemoduls
ist.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
folgende ausführliche
Beschreibung ist lediglich eine Erläuterung der Erfindung. Verschiedene
Alternativen und Modifikationen können durch Fachleute entworfen
werden, ohne sich von dem Geist der Erfindung zu entfernen. Beispielsweise ist
es für
Fachleute leicht verständlich,
dass, obwohl die Erfindung insbesondere für die Verwendung mit der USB-Standard-Busschnittstelle
oder dem USB-Standard-Busprotokoll beschrieben wird, die Erfindung
mit anderen Standard-Busschnittstellen, wie IEEE 1394, auch bezeichnet
als „Firewire" oder „i.Link", und SCSI angewendet
werden kann. Demgemäß ist die
Erfindung darauf ausgerichtet, alle Alternativen, Modifikationen
und Variationen zu umfassen, wenn sie in den Bereich der angehängten Ansprüche fallen.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Port-Erweiterungssystems 10 gemäß einer
ersten spezifischen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zum
Verbinden einer Vielfalt von Computerperipheriegeräten mit
einem Host-System 12, das in dem gezeigten Beispiel in
der Form eines Notebook-Computers ausgestaltet ist. Der Begriff „Peripheriegerät", der hier verwendet
wird, wird in einem weiten Sinn zu verwendet, wobei dieser Begriff
jede beliebige physische Einrichtung zum Durchführen einer Funktion einschließt, so dass
dem Host-System die Fähigkeiten
bereitgestellt werden. Demgemäß können „Peripheriegeräte" beispielsweise Drucker,
Scanner, Lautsprecher, digitale Kameras, Zip®-Laufwerke,
Kartenleser, Tastaturen, Mäuse,
Joysticks ebenso wie Telefonleitungen, lokale Ethernet-Netzwerke
(Ethernet-LANs), ISDN (Integrated Services Digital Network) und
DSL (Digital Subscriber Line) enthalten, wobei es nicht auf diese
Einrichtungen beschränkt
ist. Das System 10 weist eine Anzahl von miteinander physisch,
d. h. elektrisch und mechanisch gekoppelten Modulen auf, inklusive
einem ersten oder Hub-Endmodul 14, einem Energie-Endmodul 16 und
fünf Peripheriegerätemodulen 17–21 zwischen
dem Hub und den Energie-Endmodulen.
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Das
Hub-Endmodul 14 weist einen USB-Host-Port 22 auf,
der mittels eines Kabels 24 mit einem USB-Port 26 an
das Host-System 12 gekoppelt ist. Das Hub-Endmodul 14 stellt
das Front-End des Systems dar und koppelt das USB-Host-System 12 mit
dem Port-Erweiterungssystem 10 über sieben
(7) USB Slave-Ports, so dass bis zu sechs (6) Peripheriegerätemodule
gemeinsam mit dem Energie-Endmodul 16 unterstützt werden.
Das Energie-Endmodul 16 weist einen USB-Erweiterungs-Port 30 zum
Koppeln des Systems 10 mit einem oder mehreren zusätzlichen
kaskadierten Port- Erweiterungssystemen 32 auf.
Alternativ kann der USB-Port 30 mit zusätzlichen USB-Hubs oder USB-fähigen Peripheriegeräten oder
-funktionen (nicht gezeigt) gekoppelt werden. Das Energie-Endmodul 16 weist
ferner eine Strom-Steckverbinderbuchse 34 zum Koppeln des
Systems 10 mit einer externen Energiequelle, wie einem
Wechselspannungsnetzteil 36 oder einem äquivalenten Batterieblock,
mittels eines Steckers 37 auf. Solch eine externe Energiequelle
kann erforderlich sein, wenn eine spezielle Konfiguration des Systems 10 mehr
Energie erfordert, als sie von dem Energie-Bus des USB-Ports 22 des
Hub-Moduls 14 erhältlich
ist.
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Insbesondere
weisen die fünf
Peripheriegerätemodule 17 bis 21 im
Beispiel von 1 das Folgende auf: ein USB-zu-Zweifach-Seriell-DB-9-Port-Modul 17,
wobei einer der gezeigten DB-9-Ports 38 mit einem Kartenleser 40 gekoppelt
ist; einen USB-zu-Einzel-Parallel-Port(IEEE-1284)-Modul 18,
das einen gezeigten Parallel-Ausgabe-Port 42 aufweist,
der, wie gezeigt, mit einem Drucker 44 gekoppelt ist; ein
USB-zu-Ethernet-Modul 19, das einen RJ-45-Port 46 aufweist,
der mit einem Ethernet-LAN 48 gekoppelt ist; ein USB-zu-Telefonleitungs-/Telefonmodem-Modul 20,
das zwei RJ-11-Ports aufweist, wobei einer von ihnen (50),
wie gezeigt, mit Telefonleitungen 52 gekoppelt ist; und
ein USB-zu-Zweifach-Seriell-PS/2-Port-Modul 21,
das beispielsweise, wie gezeigt, mit einer Maus 54 und
einer Tastatur 56 gekoppelt ist.
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Die 2 und 3 sind
jeweils eine rückseitige
und vorderseitige Perspektivansicht eines praktischen Beispiels
eines zusammengesetzten Port-Erweiterungssystems 60 gemäß der Erfindung.
Das System in den 2 und 3 weist
ein erstes End- oder
Hub-Modul 62, ein zweites End- oder ein Energie-Modul 64 und
sechs, durch den Nutzer ausgewählte,
Peripheriegerätemodule 66–71 auf,
die zwischen den Endmodulen gekoppelt sind. Die Peripheriegerätemodule
sind Seite an Seite in der folgenden Reihenfolge gekoppelt, die durch
den Nutzer ausgewählt
worden ist: ein Zweifach-Seriell-PS/2-Port-Modul 66; ein
Modem-Modul 67 das eine Zweifach-RJ-11-Buchse aufweist;
ein Ethernet-LAN-Modul 68, das eine einzelne RJ-45-Buchse
aufweist; ein 7-Port-USB-Erweiterungs-Hub-Modul 69;
ein Parallel-Port-Modul 70; und ein Zweifach-Seriell-DB-9-Port-Modul 71.
Das Hub-Endmodul 62 weist einen USB-Port 72 zum
Koppeln des Systems 60 mit einem Host- System auf, wie einem Desktop-PC oder
einem Notbook-Computer. Das Energie-Endmodul 64 weist einen
USB-Erweiterungs-Port 74 und eine Buchse 76 zum
Koppeln mit einer externen Energieversorgung auf, wie bereits beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 3 weisen die Peripheriegerätemodule 66–71 Frontflächen 78–83 auf,
die Leuchtbalken 84–89 tragen,
die aus einem transparenten bzw. lichtdurchlässigen leitenden Plastik hergestellt
sind. Jeder dieser Leuchtbalken 84–89 überträgt das Licht
von einer oder mehreren Lichtquellen, beispielsweise von LEDs, innerhalb
des Moduls, um dem Nutzer den Zustand und/oder die Aktivität dieses
Moduls anzuzeigen, wie anschließend
unten weiter beschrieben wird. Das Hub-Endmodul 62 kann
ferner eine Zustands-/Aktivitätsanzeige
aufweisen, die eine Leuchtröhre 90 aufweist,
die für
den Nutzer sichtbar ist, und die mittels einer internen Lichtquelle
als Antwort auf den Zustand und/oder die Aktivität des Endmoduls 62 beleuchtet
wird. Das Energie-Endmodul 64 weist eine ähnliche
Zustands- und/oder Aktivität
anzeigende Leuchtröhre 92 auf.
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Unter
Bezugnahme auf die 4 und 5 sind dort
bestimmte Einzelheiten eines Beispiels eines Peripheriegerätemoduls
in der Form eines 7-Port-USB-Hub-Moduls 100 gezeigt. Das
Modul 100 weist ein gegossenes Plastikgehäuse 102 auf,
das einen oberen Gehäuseabschnitt 104 und
einen unteren Gehäuseabschnitt 106 aufweist,
die mittels Schrauben oder anderer Befestigungsmittel miteinander
verbunden sind (nicht gezeigt). Das Modul 100 weist ein
rückseitiges
Panel 107 auf, das sieben USB-Ports 108 trägt, wobei
jeder Port einen USB-Typ-B-Steckverbinder aufweist. Das Gehäuse 102 weist
ferner eine rechte Seitenwand 110 auf, die eine langgestreckte Öffnung 112 aufweist,
durch die ein Netzaufwärts-DB-25-Steckverbinder
oder Netzaufwärts-DB-25-Stecker 114 zum
lösbaren
Koppeln mit einem DB-25-Buchsenverbinder
oder einer DB-25-Dose hervorsteht, der bzw. die von einem benachbarten
Modul getragen wird, um so eine physische, d. h. eine mechanische
und elektrische Kopplung zwischen den benachbarten Modulen bereitzustellen.
Das Modul 100 weist ein Zwischenmodul-Verriegelungsmittel
auf, das die mechanische Verbindung zwischen den Modulen unterstützt, die
mittels der koppelnden DB-25-Steckverbinder bereitgestellt wird.
Insbesondere erstrecken sich die Vorsprünge von dem oberem Abschnitt
der rechten Seitenwand 110 des Moduls 100 ein
Paar von einzelnen federnden Plastikstaknasen 116, die
einstückig
mit dem oberen Abschnitt 104 des Gehäuses ausgebildet sind, und
sind derart positioniert, dass sie mit den Buchsen-Öffnungen
an der linken Seitenwand eines benachbarten Moduls in Eingriff stehen.
Jede Nase 116 weist an ihrer Außenseite einen hakenförmigen Vorsprung 118 auf.
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An
dem unteren Abschnitt der rechten Seitenwand 110 des Moduls 100 ist
ein Paar in einem Abstand zueinander angeordneter Öffnungen 120 ausgebildet,
die eingerichtet sind zum Aufnehmen eines komplementären Paares
von Nasen, die sich von dem unteren Abschnitt der linken Seitenwand
des Gehäuses
eines benachbarten Moduls aus erstrecken. Wie in 5 gezeigt,
weist das Gehäuse 102 des
Moduls 100 eine linke Seitenwand 122 auf, die
eine langgestreckte Öffnung 124 aufweist,
durch die ein Netzabwärts-DB-25-Buchsenverbinder
oder eine Buchse 126 zum Aufnehmen des DB-25-Steckers an
der rechten Seite eines benachbarten Moduls vorsteht. An dem oberen
Abschnitt der linken Seitenwand 122 des oberen Gehäuseabschnittes 104 ist
ein Paar einzelner in einem Abstand zueinander angeordneter Öffnungen 128 zum
Aufnehmen der Nasen ausgebildet, die sich von dem unteren Abschnitt
der rechten Seitenwand des Gehäuses
eines benachbarten Moduls aus erstrecken. Auf die gleiche Weise
trägt der
untere Abschnitt der linken Seitewand 122 des Moduls 100 vorstehende
Nasen 130, wobei jede Nase an ihrer Außenseite einen äußeren hakenförmige Vorsprung 132 aufweist.
Der hier benutzte Begriff „Netzaufwärts-Steckverbinder" betrifft einen DB-25-Modulsteckverbinder,
der sich dem Host-System 10 elektrisch am nächsten befindet.
Umgekehrt betrifft der Begriff „Netzabwärts-Steckverbinder" einen DB-25-Modulsteckverbinder
der sich von dem Host-System 10 am weitesten elektrisch
entfernt befindet.
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Das
Modul 100 weist eine Vorderwand 134 auf, die einen
sich längsseits
erstreckenden Leuchtbalken 136 aufweist, der mittels einer
internen Lichtquelle beleuchtet werden kann, die als Antwort auf
Zustands- und/oder Aktivitätssignale
mit Energie versorgt werden kann.
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6 ist
eine Querschnittsansicht, die die Abschnitte benachbarter Module 140 und 142 zeigt,
um die Weise zu beschreiben, in der die Verriegelungsmittel in den
Seitenwänden benachbarter
Module gekoppelt werden, um die Module eines Port-Erweiterungssystems
gemäß der Erfindung
in lösbarer
Verbindung zu halten. Das Modul 140 weist ein Gehäuse 144 auf,
das eine rechte Seitenwand 146 aufweist, deren oberer Abschnitt
nach außen
vorstehende Nasen aufweist, von denen eine (148) gezeigt
wird, und die mittels einer Öffnung 150 in
der linken Seitenwand 152 des angrenzenden Moduls 142 aufgenommen
wird. Ein hakenförmiger Vorsprung 154 an
der Außenseite
der Nase 148 greift in die Innenfläche 156 der linken
Seitenwand 152 des Moduls 142 ein. Eine komplementäre Nase 158 an
der linken Seitenwand 152 des Moduls 142 wird
mittels einer entsprechenden Öffnung 160 an
der rechten Seitenwand 146 des Moduls 140 auf
genommen.
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Obwohl
die Verwendung eines Verriegelungsmittels, wie beschrieben, bevorzugt
wird, können
solche Mittel weggelassen werden, wobei die Verlässlichkeit der Integrität der mechanischen
Kopplung der Module ausschließlich
von den DB-25-Steckverbindern
sichergestellt wird. Ferner ist es leicht verständlich, dass die sich koppelnden
Steckverbinder in umgekehrter Reihenfolge eingesetzt werden können, und
dass die Steckverbinder nicht auf DB-25-Steckverbinder begrenzt
sind; solche Steckverbinder sind jedoch bevorzugt, weil sie gegenwärtig verfügbar, relativ
günstig
und langlebig sind. Als letztes ist es leicht verständlich,
dass die Bezüge auf „linke
Seite" und „rechte
Seite" zum besseren
Verständnis
benutzt worden sind, um die Beschreibung der Erfindung zu erleichtern,
und sie sollen nicht in einschränkendem
Sinn verstanden werden.
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Die 7 und 8 stellen
ein anderes Beispiel eines Peripheriegerätemoduls in der Form eines USB-zu-Parallel-Port(IEEE-1284)-
oder USB-zu-Centronics-Moduls 170 dar und zeigt Einzelheiten
von dessen Innerem. Obwohl ein spezielles Modul in den 7 und 8 gezeigt
wird, soll es so verstanden werden, dass die Struktur des dargestellten
Inneren des Moduls allgemein repräsentativ für die verschiedenartigen Module
ist, die ein erfindungsgemäßes Port-Erweiterungssystem
bilden können.
Das Peripheriegerätemodul 170 der 7 und 8 weist
ein gegossenes Plastikgehäuse 172 auf,
aufweisend einen oberen Gehäuseabschnitt 174 und
einen unteren Gehäuseabschnitt 176;
parallele linke und rechte Seitenwände 178, 180;
und eine Vorderwand 182 und eine Rückwand 184, die zueinander
parallel sind und sich längsseits
erstrecken. Innerhalb des unteren Gehäuseabschnitts 176 ist
eine Leiterplatte (PCB) 186 befestigt, aufweisend eine
Oberfläche 188;
vordere und rückwärtige Ränder 190 und 192;
und links- und rechtsseitige Ränder 194, 196.
Auf der Oberfläche 188 der
PCB Leiterplatte sind elektronische Schaltkreiskomponenten befestigt,
inklusive einem Schnittstellenschaltkreis, die von dem Block 198 repräsentiert
wird; einem Winkel 200, der eine Netzabwärts-DB-25-Buchse
oder Netzabwärts-DB-25-Dose 202 entlang
des linken Seitenrandes 194 der PCB trägt; einem zweiten Winkel 204,
der einen Netzaufwärts-DB-25-Stecker 206 entlang
des rechten Seitenrandes 196 trägt; und einem dritten Winkel 208,
der eine DB-25-Buchse 210 entlang des rückwärtigen Randes 192 trägt. Die
links- und rechtsseitigen Buchsen- und Steckverbinder 202, 206 sind
mit den DB-25-Gegensteckern
an benachbarten Modulen koppelbar, um eine mechanische und elektrische
Kopplung zwischen den Modulen bereitzustellen, wie bereits erläutert. Die
rückseitige
DB-25-Buchse 210 stellt
einen Parallel-Port gemäß der IEEE-128-Spezifikation bereit,
der mittels eines Kabels mit einem Peripheriegerät koppelbar ist, bekannt gemäß dem Stand
der Technik. Der rechte oder Netzaufwärts-DB-25-Stecker 206 erstreckt
sich durch eine langgestreckte Öffnung 212 in
der rechten Seitenwand 180; eine gleichartige Öffnung in
der linken Seitenwand legt die Netzabwärts-DB-25-Buchse oder Dose 202 frei.
Entlang des vorderen Randes 190 der PCB Leiterplatte 186 ist
eine Lichtquelle 216 befestigt, wie eine Leuchtdiode (LED),
die mittels der Schaltung 198 als Antwort auf vorbestimmte
Modulzustands- und/oder Aktivitätszustände mit
Energie versorgt werden kann. Solche Zustands-/Aktivitätsanzeigen
sind allgemein gemäß dem Stand
der Technik bekannt. Die Lichtquelle 216 ist optisch mit
einem Leuchtbalken 218 gekoppelt, der aus lichtdurchlässigem Plastik
hergestellt ist, wie beispielsweise LEXAN (eine Marke von General
Electric für
Polycarbonat-Verbindungen),
und der von der Vorderwand 182 des Moduls 170 getragen
wird. Das Beleuchten des Leuchtbalkens 218 mittels der
Lichtquelle 216 stellt daher einem Nutzer eine Zustands- und/oder Aktivitätsanzeige
des Peripheriegerätemoduls
bereit. Es ist leicht verständlich,
dass jedes Peripheriegerätemodul
mehr als eine zustands-/aktivitätsanzeigende
Lichtquelle beinhalten kann und dass solch mehrere Lichtquellen
verschiedene Farben aufweisen können.
Ferner kann anstelle eines einzelnen Leuchtbalkens 218 eine
Mehrzahl von Leuchtbalken von einem Ende zum anderen Ende entlang
der Vorderwand 182 des Moduls 170 angeordnet sein,
wobei jeder Leuchtbalken mit einer separaten Lichtquelle verbunden
ist. Ferner kann der Leuchtbalken/können die Leuchtbalken beseitigt
werden, und die Lichtquelle(n) kann/können entlang der Vorderwand 182 des
Moduls so befestigt werden, dass sie für den Nutzer direkt sichtbar
ist/sind. Als Letztes ist es offensichtlich, dass der/die Leuchtbalken
oder Lichtquelle(n) an anderen Abschnitten als der Rückwand befestigt
werden können.
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Die 9 und 10 sind
Perspektivansichten eines typischen Energie-Endmoduls 230.
Das Hub-Endmodul ist in gleicher Weise konstruiert. Das Modul 230 weist
ein gegossenes Plastikgehäuse 232 auf, das
eine rechte oder innere Seitenwand 234 aufweist, die eine
langgestreckte Öffnung 236 aufweist.
Der Vorsprung durch die Öffnung 236 ist
ein DB-25-Stecker 238, der eingerichtet ist, mit einer
koppelbaren DB-25-Buchse oder Dose an einem angrenzenden Modul gekoppelt
zu werden, so dass, wie bereits erläutert, mit ihm eine mechanische
und elektrische Kopplung bereitgestellt wird. Die rechte Seitenwand 234 des
Moduls 230 weist ferner Verriegelungsmittel in der Form
einzelner Sperrnasen 240 und einzelner in einem Abstand zueinander
angeordneter Öffnungen 242 auf,
wie ebenfalls bereits beschrieben. Als Letztes weist das Modul 230 einen
zustands-/aktivitätsanzeigenden
Leuchtbalken auf, der eine äußere sichtbare
Fläche 244 aufweist, angrenzend
an der oberen rückwärtigen Ecke
des Moduls. Das Energie-Endmodul wird ferner weiter unten in Verbindung
mit 14 beschrieben. 11 ist
ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Port-Erweiterungssystems 250, in
vereinfachter Form die Signal- und Energie-Kopplungen zwischen den
Modulen darstellend. Das System 250 weist auf ein Hub-Endmodul 252 (in 12 in größerem Detail gezeigt), ein
Energie-Endmodul 254 (in 14 in
größerem Detail
gezeigt) und drei Peripheriegerätemodule 256, 258 und 260, die
zwischen dem Hub- und dem Energie-Endmodul gekoppelt sind. Die Peripheriegerätemodule 256, 258 und 260 sind in
verallgemeinerter Form dargestellt; es soll jedoch so verstanden
werden, dass jedes dieser Module USB-Protokollsignale in das Protokoll
des spezifischen Peripheriegerätemoduls übersetzt,
das mit diesem Modul gekoppelt ist. Das Hub-Endmodul 252 in 11 weist
einen USB-Typ-A-Steckverbinder 262 für die Verbindung mit einem
Hostsystem und einer 7-Port-Hub-Steuerung 264 auf, der
mit den vier Anschlussklemmen des USB-Steckverbinders 262 gekoppelt
ist. An der Netzabwärts-Seite
stellt die 7-Port-Hub-Steuerung 264 USB-Daten(D+ und D–)-Signale für die sieben
Slave-Ports bereit, die als Leitungen 1 bis 7 nummeriert sind, und
die durch einen Satz von Kontakten an einer Netzabwärts-DB-25-Buchse
oder Dose 266 definiert werden, ebenso wie Erdungsleitungen,
die der Einfachheit halber als eine einzelne Erdungsleitung (GND) 268 gezeigt sind.
Der Slave-Port 7 ist eine Durchgangsleitung an einen USB-Erweiterungs-Port 272 an
dem Energie-Endmodul 254. Wie bereits bemerkt, kann der
USB-Erweiterungs-Port 272 an
dem Energie-Endmodul 254, der durch einen USB-Typ-B-Steckverbinder
definiert wird, mit einem USB-fähigen Peripheriegerät oder Hub
gekoppelt werden, oder dazu verwendet werden, die Peripheriegeräte und -funktionen
zusätzlich
zu erweitern, die dem Host-System durch kaskadierte oder Prioritätsverkettungs-Port-Erweiterungssysteme
verfügbar
gemacht werden.
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Die
Module 256, 258 und 260 weisen Schnittstellen-
oder Protokollkonvertierungs-Schaltkreise 276, 278 bzw. 280 auf,
die mit den Steckverbindern 282, 284 bzw. 286 gekoppelt
sind, die mit verschiedenartigen Peripheriegeräten gekoppelt werden können, wie
solche in 1 gezeigten. Die verschiedenartigen
Module sind physisch, d. h. elektrisch und mechanisch mittels 25-Pin DB-25-Buchsen
und 25-Pin DB-25-Steckern, gekoppelt, wie bereits erläutert. Daher
ist die DB-25-Buchse 266 an dem Hub-Endmodul 252 mit einem DB-25-Stecker 288 an
dem Peripheriegerätemodul 256 gekoppelt;
die Module 256 und 258 sind mittels einer DB-25-Buchse 290 und
eines DB-25-Steckers 292 gekoppelt; usw., wobei jeder Steckverbinder
identische Ports 1–7
definiert.
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Das
System 250 weist eine Energie-Busleitung (VCCBUS) 294 auf,
die wie die der Erdungsleitung (GND) 268 für alle Module
gleich ist, und die Schaltung innerhalb der Module mit Energie versorgt.
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Es
wird zu sehen sein, dass die gleiche grundlegende Verdrahtung für die verschiedenen
USB-Peripheriegerätemodule 256, 258, 260 mit
USB-Datenleiung oder Port Nr. 1 (in der Praxis aufweisend zwei Leitungen
D+ und D–)
verwendet wird, die mit den Schnittstellenschaltkreisen 276, 278 und 280 gekoppelt
ist; mit einer Leitung oder einem Port 2 der Netzaufwärts-Stecker,
die mit dem Port 1 der Netzabwärts-Buchsen
gekoppelt ist; mit einem Port 3 an den Netzaufwärts-Steckern, der mit dem Port
2 der Netzabwärts-Buchsen
gekoppelt ist, usw. Solch eine "shift
one"-Architektur erlaubt
dem Nutzer, bis zu sechs USB-Gerätemodule
in beliebiger Reihenfolge zwischen dem Hub und den Energie-Endmodulen anzuordnen.
Das Energie-Endmodul 254 weist einen Reglerschaltkreis 296 auf,
der mit dem Energie-Bus 294 und einer Energie-Buchse 298 gekoppelt
ist, die mit einer externen Energieversorgung gekoppelt sein kann,
wie in größerem Detail
in 14 gezeigt.
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Die 12 ist ein detailliertes Blockdiagramm
einer praktischen Ausführungsform
eines Hub-Endmoduls 300, das als das "Front End" eines Port-Erweiterungssystems gemäß der Erfindung
verwendet werden kann. Das Modul 300 ebenso wie die anderen
Module des Systems verwenden standardisierte, kommerziell verfügbare elektrische
und elektronische Komponenten, deren Spezifikation und Betrieb gemäß dem Stand der
Technik bekannt sind und daher nicht ausführlich beschrieben werden müssen. Die
Hauptkomponente des Hub-Endmoduls ist eine 7-Port-USB-Hub-Steuerung 302,
die bis zu sieben Netzabwärts-USB-Slave-Ports
unterstützen
kann, die in 12 als "Port-1" bis "Port-7" bezeichnet sind.
Diese Ports werden durch einen Satz von Kontakten an einer Netzabwärts-DB-25-Verbindungsbuchse
oder Dose 304 definiert, die von dem Modul 300 getragen
wird. Das Hub-Endmodul 300 weist
ferner einen Host-USB-Port auf, der einen Standard-4-Pin-USB-Typ-A-Steckverbinder 306 zum
Verbinden des Moduls mittels eines Standard-USB-Kabels mit einem
USB-Port an einem Host-System, wie einem Notebook-Computer, aufweist.
Wie bereits erläutert,
ist die DB-25-Buchse 304 mit einem koppelnden Netzaufwärts-DB-25-Stecker
an beliebigem Peripheriegerätemodul
oder mit einem Energie-Endmodul koppelbar.
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Das
Modul 300 weist einen Energie-Bus (VCCBUS) 308 auf,
der mit der Ausgangsanschlussklemme 310 eines Überstrom-Spannungs-Schaltkreises 312 gekoppelt
ist. Der Eingang 314 des Schaltkreises 312 ist mit
der Host-Energie-Bus(HOSTVCC)-Anschlussklemme 316 an
dem Steckverbinder 306 gekoppelt. Der Schaltkreis 312 weist
eine Aktivierungsanschlussklemme (EN) 318 auf, mit der
eine Steuerleitung (VCCSEL) 320 gekoppelt ist. Das Hub-Endmodul 300 arbeitet
entweder in einem busenergieversorgten Modus oder einem eigenenergieversorgten
Mehrfach-Port-Energiemanagementmodus
abhängig
von dem aktuellen Modus, der durch die Netzabwärts-Peripheriegerätemodule
vorgeschrieben wird, gemäß der USB-Spezifikation,
Revision 1.1, Abschnitte 7.2 ff.
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Im
busenergieversorgten Modus wird der Energie-Bus 308 durch
die HOSTVCC-Leitung an dem USB-Port über den Überstrom-Spannungs-Schaltkreis 312 mit
Energie versorgt. Im busenergieversorgten Modus ist das Hub-Endmodul 300 befähigt, jeden
Netzabwärts-USB-Port mit 100 mA mit
bis zu vier Niedrigenergie-Geräteklassenfunktionen
zu versorgen. Der Überstrom-Spannungs-Schaltkreis 312 stellt
eine Busenergie-Ausschalt-Funktion bereit, wenn die Netzabwärts-Ports
einen höheren
Gesamtstrom als 500 mA von dem Host-System ziehen.
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Wie
weiterhin in Verbindung mit 12 erläutert, stellt
im eigenenergieversorgten Modus eine +5V-Gleichspannungsversorgung,
die in dem Energie-Endmodul einbezogen ist, dem Energie-Bus (VCCBUS) 308 die
Energie bereit. In diesem Energiemodus ist das Hub-Endmodul fähig, jeden
Netzabwärts-USB-Port
mit 500 mA für
bis zu sieben Niedrigenergie- oder Hochenergie-Geräteklassenfunktionen
zu versorgen. Die Anschlussklemmen /OVRCUR1–/OVRCUR6 an der Steuerung 302 (der
Einfachheit halber als eine einzelne Anschlussklemme 322 gezeigt)
können
für eine
Mehrfachmodusoperation zusammengefasst werden und für eine Überstromzustandsanzeige
und Energieschalt-Steuerung verwendet werden.
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Wie
bereits erläutert
ist der Netzabwärts-Slave-"Port-7" ein Durchgangsleitungs-USB-Port,
der mit dem USB-Erweiterungssteckverbinder
an dem Energie-Endmodul gekoppelt ist. Das Energiemanagement für "Port-7" wird separat über einen
Netzschalter- und Überstromschutzschaltkreis 324 gehandhabt.
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Wenn
die Steuerung 302 einen Netzabwärts-Port-7-Fehler erfasst,
wird die Energie mittels der Umschaltschaltung 324 lediglich
vom Port-7 entfernt, wodurch den Peripheriegerätemodulen erlaubt wird, ihre normale
Tätigkeit
fortzusetzen.
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Ein Überspannungsschutz-Gerät 326 ist über die
verschiedenartigen Paare von USB-Port-Datenleitungen gekoppelt,
um einfließende
Ströme
und Spannungsspitzen zu reduzieren. Obwohl nicht in allen Beispielen
gezeigt, sind die Überspannungsschutz-Geräte mit dem
Paaren von Datenleitungen jedes übrigen
Moduls gekoppelt.
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Das
Hub-Endmodul 300 weist ebenfalls einen Niedrigspannungs-Ausfallregler 328 auf,
der zwischen dem Energie-Bus 308 und der VCC-Anschlussklemme 330 an
der Steuerung 302 gekoppelt ist, so dass der Steuerung 302 die
erforderliche Gleichspannung von +3,3 V DC (VCC) bereitgestellt
wird.
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Das
Hub-Endmodul
300 weist ferner eine LED-Anzeige
332 mit
einer Leuchtröhre
auf, die eine für
den Nutzer sichtbare Außenfläche aufweist
(
3), wobei sie mittels dreier LEDs angeleuchtet
wird, die mit dem Steuerschaltkreis gekoppelt sind und verschiedene
Farben aufweisen, die Folgendes kennzeichnen:
| Eigenenergieversorgung
Ein | Grün |
| Busenergieversorgung
Ein | Gelb |
| Überstrom | Rot. |
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13 zeigt
eine Darstellung eines typischen DB-25-Steckverbinders 336, die Steckverbinder-Pins und
die Pin-Zuordnungen,
wobei die gezeigte Darstellung auf eine Vorderansicht einer DB-25-Buchse
und auf eine rückwärtige Ansicht
eines DB-25-Steckers anwendbar ist. Die Pin-Nummern werden auf dem
Block identifiziert, der die DB-25-Buchse 304 in 12 dargestellt.
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Unter
Bezugnahme auf 14 wird dort ein praktisches
Beispiel eines Energie-Endmoduls 340 gezeigt, aufweisend
einen Netzaufwärts-DB-25-Verbindungsstecker 342,
der mit der DB-25-Buchse
beliebiges Peripheriegerätemoduls
oder des Hub-Endmoduls koppelbar ist, und einen USB-Typ-B-Erweiterungs-Steckverbinder 344,
der mit dem "Port-7" des DB-25-Steckers 342 mittels
der Abschlussschaltung 346 gekoppelt ist, wobei er die
FCC-, UL- und USB-Anforderungen erfüllt. Wie bereits bemerkt, erlaubt
der Steckverbinder 344 eine Kaskadenkopplung mit einem
anderen Port-Erweiterungssystem
oder mit einem oder mehreren Standard-USB-Geräten.
Das Modul 340 weist ferner auf einen Energie-Bus (VCCBUS) 348,
der mit den Energie-Bussen der anderen Systemmodule über die
Zwischenmodul-DB-25-Steckverbinder koppelbar ist, und einen Spannungsregler 350 zum
Versorgen des Energie-Busses 348 im eigenenergieversorgten
Betriebsmodus mit +5V Gleichspannung (EXTVCC) mit Überstromschutz
von einer externen Spannungsversorgung 352 über eine
externe Energiebuchse 354. Ein Umschaltschaltkreis 356 erfasst,
ob die externe Spannungsversorgung 352 eingesteckt ist
oder nicht, und stellt an einem Ausgang 358 das Steuersignal
VCCSEL bereit, das an die Aktivierungs(EN)-Anschlussklemme 318 des
Schalters 312 in dem Hub-Modul 300 (12) angewendet wird, um die VCCBUS-Energiequelle zwischen
HOSTVCC und EXTVCC umzuschalten. Es wird ersichtlich, dass die einzigen
Kopplungen mit dem Energie-Endmodul 340 über den
DB-25-Stecker 342 eine Energie-, Erdungs- und die "Port-7"-Durchgangsleitungs-Kopplung
mit dem USB-Steckverbinder 344 aufweist.
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Das
Modul
340 weist ferner eine LED-Anzeige
359 auf,
die eine Leuchtröhre
aufweist, wie die Leuchtröhre
92 in
dem Energie-Endmodul
64 in
3,
die mittels zweier LEDs beleuchtbar ist, um dem Nutzer folgendes
anzuzeigen:
| Grün | USB-Port 344 Bereit |
| Rot | USB-Port 344 Überstrom. |
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14A ist eine Tabelle, die die Quelle der Energie
in dem Energie-Bus (VCCBUS) für
verschiedenartige Arbeitszustände
zeigt. Daher wird, wenn das Hub- und das Energie-Endmodul in dem
System gekoppelt sind ("in"), aber die externe
Energieversorgung 352 nicht angeschlossen ist ("out"), das an die Aktivierungsanschlussklemme 318 des
elektronischen Schalters 312 in dem Hubendmodul 300 angewendete
Steuersignal VCCSEL High, wobei das HOSTVCC an den Energie-Bus angewendet
wird (busenergieversorgter Modus). Umgekehrt wird im eigenenergieversorgten
Modus, wenn die Energieversorgung 352 in die Buchse 354 gesteckt
ist, VCCSEL Low, wobei das HOSTVCC abgekoppelt wird, so dass der
Energie-Bus durch das EXTVCC gespeist wird, das an dem Ausgang des
Spannungsreglers 350 anliegt.
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15 ist ein Blockdiagramm, das die allgemeine
Form eines Peripheriegerätemoduls 360 darstellt, und
weist einen DB-25-Stecker 362 an
der Netzaufwärtsseite
des Moduls und eine DB-25-Buchse
oder Dose 364 an der Netzabwärtsseite auf. Die Pin-Zuordnungen für die Steckverbinder 362 und 364 sind
die, wie in 13 gezeigt. Das Modul 360 weist
einen Durchgangsleitungs-Energie-Bus
(VCCBUS) 366, eine VCCSEL-Steuersignalleitung 368 und
Erdungsleitungen 370 auf. Das Modul 360 weist
einen Schnittstellenschaltkreis, beispielsweise eine Steuerung 372 auf,
die die Konvertierung der USB-Datensignale, die am "Port-1" des DB-25-Steckers 362 anliegen,
in das Protokoll des Peripheriegerätes bereitstellt, wobei der
Schnittstellenschaltkreis eingerichtet ist, mit den Geräte- oder
Funktions-Steckverbindern 374 gekoppelt zu werden, die
von dem Modul unterstützt
werden. Das typische Modul 360 weist eine LED-Anzeige 376 auf,
die auf Zustands- und/oder Aktivitätssignale reagieren, die mittels
des Schnittstellenschaltkreises 372 erzeugt werden.
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Gemäß der "Shift one"-Architektur, die
das Koppeln der Peripheriegerätemodule
in beliebiger Reihenfolge zwischen den Endmodulen erlaubt, ist in
dem Peripheriegerätemodul 360 der "Port-1" (USB-Datenleitungen
D1+ und D1– den
Pins 3 und 16 zugeordnet) in dem Netzaufwärts-DB-25-Steckverbinder oder
Netzaufwärts-DB-25-Stecker 362 mit
dem USB-Peripheriegeräte-Schnittstellenschaltkreis 372 gekoppelt, "Port-2" (USB-Datenleitungen D2+
und D2– an
den Pins 17 und 5) in dem Stecker 362 ist mit dem "Port-1" (Kontakte 3, 16)
der DB-25-Buchse 364 an der Netzabwärtsseite gekoppelt, "Port-3" (USB-Datenleitungen
D3+ und D3– an
den Pins 6, 19) in dem Stecker 362 ist mit dem "Port-2" (Kontakte 17, 5)
der DB-25-Buchse 364 gekoppelt usw. Es gibt keine interne
Kopplung in dem Peripheriegerätemodul 360 zum "Port-6" (Kontakte 23, 11)
in der DB-25-Buchse 364. Einige spezifische Beispiele von
Peripheriegerätemodulen
werden nun unter Bezugnahme auf die 16 bis 21 kurz beschrieben. Jedes dieser Module
verwendet wieder die wohlbekannten Komponenten, und deshalb ist
es nicht erforderlich, sie ausführlich
zu beschreiben; in jedem Fall ist die Verdrahtung zwischen den Netzaufwärts-DB-25-Steckverbindern
und den Netzabwärts-DB-25-Steckverbindern
innerhalb des Moduls so wie in 15 gezeigt,
mit den Pin-Zuordnungen, wie in 13 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm der 16 ist
ein globales 56K-Modem-Modul 380 gezeigt, das einen Netzaufwärts-DB-25-Verbindungsstecker 382 und
eine Buchse oder Netzabwärts-DB-25-Steckverbinderdose 384 aufweist,
wobei beide Pin-Zuordnungen wie in 13 definiert
sind. Das Modul 380 weist ferner eine USB-Steuerung 386,
einen Modem-Chipsatz 388 und eine Datenzugriffsanordnung
(DAA) 390 in der Form eines isolierenden Optokopplers für global
erprobten Modembetrieb auf. Mit dem DAA 390 ist ein Paar
RJ-11-Buchsen 392 und 394 für die Kopplung mit einer Telefonleitung
und einem Telefon gekoppelt. Das Modul weist ebenfalls eine Zustands-/Aktivitäts-LED-Anzeige 396 auf.
-
17 stellt ein Blockdiagramm eines USB-zu-10Mbps-Ethernet-LAN-Moduls 400 dar,
das einen Netzaufwärts-
und Netzabwärts-DB-25-Steckverbinder 402 bzw. 404 aufweist
und eine einzelne Standardmodular-RJ-45-Buchse 406 für die Kopplung
des Moduls 400 mit einem Ethernet-LAN enthält. Das
Modul 400 weist ferner eine Schnittstellenschaltung auf,
aufweisend einen USB-zu-Ethernet-Medienzugriffssteuerschaltkreis (MAC) 408,
Geräte 410 und 412 der
physikalischen Netzwerkschichten und eine LED-Zustands-/Aktivitätsanzeige 414.
-
Unter
Bezugnahme auf 18 wird ein USB-zu-Einfach-Parallel-Port(IEEE-1284)-Modul 420 gezeigt, das
einen Schnittstellenschaltkreis aufweist, der ein USB-zu-IEEE-1284-Bridge-Gerät 422 aufweist.
Das Bridge-Gerät 422 ist
mit einem IEEE-1284-Terminierungsnetzwerk 424 gekoppelt,
das seinerseits mit einem DB-25-Parallel-Port-Steckverbinder 426 gekoppelt
ist, der geeignet ist, mit einem Peripheriegerät, wie einem Drucker gekoppelt,
zu werden. Das Modul 420 weist eine LED-Anzeige 428 auf,
um dem Nutzer den Energiezustand des Moduls anzuzeigen. Unter Bezugnahme
auf 19 ist ein USB-zu-Zweifach-Seriell-DB-9-Port-Peripheriegerätemodul 440 gezeigt,
enthaltend einen USB-Steuerschaltkreis 442,
einen dualen asynchronen Universal-Empfänger/Sender
(UART) IC444 und RS-232-Empfänger 446 und 448, die
mit den DB-9-Steckverbindern 450 bzw. 452 gekoppelt
sind. Eine LED-Anzeige 454 kennzeichnet den Zustand der DB-9-Ports.
Unter Bezugnahme auf 20 ist ein 4-Port-USB-Hub-Modul 460 gezeigt,
enthaltend eine 4-Port-USB-Hubsteuerschaltung 462, einer
Vierfach-USB-Energiesteuerung 464 und vier USB-Typ-A-Steckverbinder 466–469.
Das Energiesteuerschaltgerät 464 ist
befähigt,
jeden Netzabwärts-USB-Port
mit einem Strom von 500 mA zu versorgen, und kann eine Strombegrenzung
pro Port bereitstellen. Ein 7-Port-USB-Hub-Modul ist ähnlich dem
Modul 460, außer
dass es einen 7-Port-USB-Hubsteuerschaltkreis und zwei Vierfach-USB-Energiesteuerschaltgeräte 464 aufweist.
Unter Bezugnahme auf 21 ist ein USB-zu-Zweifach-Seriell-PS/2-Port-Modul 480 gezeigt,
aufweisend einen Schnittstellenschaltkreis in der Form eines USB-zu-Zweifach-Seriell-PS/2-Port-Bridge-Gerät 482 und
duale PS/2-Terminierungsnetzwerke 484 und 486,
die mit PS/2-Port-Steckverbindern 488 bzw. 490 gekoppelt
sind. Ein PS/2-Port kann entweder eine Maus oder eine Tastatur akzeptieren.
Das Modul 480 weist ebenfalls eine Port-zustands-kennzeichnende
LED-Anzeige 492 auf.