DE4391003B4 - High speed current mode computer bus system - has transmission lines for coupling master current mode bus drivers to slave bus receivers having sampling and amplifying circuit stages - Google Patents
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Abstract
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION
GEBIET DER ERFINDUNG:FIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hochgeschwindigkeitscomputerbusse. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf das Gebiet der Strom-getriebenen Hochgeschwindigkeitscomputerbusse gerichtet.The The present invention relates to the field of high speed computer buses. In particular, the present invention is in the field of power-driven High-speed computer buses addressed.
Computerbusse stellen die Mittel zur Verfügung, um mehrere Computergeräte derart zu verbinden, daß die Geräte miteinander kommunizieren können. Die Busse verbinden üblicherweise Master-Geräte, beispielsweise Mikroprozessoren oder Peripheriesteuergeräte, und Slave-Geräte, beispielsweise Speicherkomponenten oder Bus-Sende-Empfänger. Üblicherweise sind die Master- und Slave-Geräte an einer Position entlang des Busses angeordnet, und der Bus ist an beiden Enden der Übertragungsleitung des Busses abgeschlossen. In einem doppelt abgeschlossenen Bus sind beide Enden der Bussignalleitungen mit Abschlußwiderständen einer der Impedanz der Signalleitungen entsprechenden Impedanz abgeschlossen. Wenn ein Signal entlang der Übertragungsleitung des Busses zu dem Abschlußwiderstand geführt wird, absorbiert der Widerstand auf diese Weise das Signal und schließt Signalreflexionen aus, die auf dem Bus auftreten können und zu fehlerhaften Signalen führen.computer buses provide the funds to several computer devices in such a way that the equipment can communicate with each other. The buses usually connect Master devices, for example Microprocessors or peripheral controllers, and slave devices, for example Memory components or bus transceivers. Usually the master and slave devices located at a position along the bus, and the bus is at both ends of the transmission line completed the bus. In a double ended bus are both ends of the bus signal lines with terminating resistors of one of the impedance of Signal lines corresponding impedance completed. When a Signal along the transmission line of the bus to the terminator guided In this way, the resistor absorbs the signal and excludes signal reflections that can occur on the bus and lead to faulty signals.
Wenn der Bus doppelt abgeschlossen ist, muß jeder Treiber eines Gerätes an einem Bus effektiv zwei Busse parallel treiben, einen von dem Ort des Gerätes nach links laufenden und ei nen nach rechts laufenden. Diese Signale breiten sich den Bus hinunter aus, und der Bus ist dann eingeschwungen, wenn beide Signale die Abschlußwiderstände erreichen. Im schlechtesten Fall ist die Einschwingzeit für die Buskonfiguration gleich der Laufzeitverzögerung tf auf dem Bus; und dieser Fall tritt ein, wenn ein Treiber an einem Ende des Busses an einem Empfänger am entgegengesetzten Ende des Busses sendet. Das Problem bei dieser Konfigurationsart liegt darin, daß die von dem den Bus treibenden Gerät verbrauchte Energie relativ hoch ist, da die Impedanz des Busses relativ niedrig ist.When the bus is double terminated, each driver of a device on a bus must effectively drive two buses in parallel, one running from the location of the device to the left and one to the right. These signals propagate down the bus and the bus is steady when both signals reach the termination resistors. In the worst case, the settling time for the bus configuration is equal to the propagation delay t f on the bus; and this case occurs when a driver on one end of the bus sends to a receiver on the opposite end of the bus. The problem with this type of configuration is that the power consumed by the device driving the bus is relatively high because the impedance of the bus is relatively low.
Üblicherweise werden Busse von Spannungspegelsignalen getrieben. Jedoch ist es vorteilhaft geworden, Busse zur Verfügung zu stellen, die von einem Strom getrieben werden. Ein Vorteil eines Strommodus-Busses ist eine Verringerung des Spitzeneinschaltestroms. In einem Spannungsmodus-Gerät muß der Ausgangstransistor des Treibers zum Treiben des maximalen spezifizierten Stroms Worst-case-Betriebsbedingungen dimensioniert sein. Unter Nennbedingungen mit geringerer als der maximalen Last kann der Einschaltstrom, wenn der Ausgang eingeschaltet wird, jedoch bevor er das Maximum erreicht, sehr hoch sein. Der Strommodus-Treiber andererseits zieht einen bekannten Strom unabhängig von der Last und den Betriebsbedingungen. Zusätzlich treten Impedanzunstetigkeiten auf, wenn das Treibergerät im Sendezustand durch eine niedrige Ausgangsimpedanz gekennzeichnet ist. Diese Unstetigkeiten führen zu Reflexionen, die zwangsläufig zusätzliche Buseinschwingzeit verursachen. Strommodus-Treiber dagegen sind durch eine hohe Ausgangsimpedanz gekennzeichnet, so daß ein sich auf dem Bus ausbreitendes Signal keiner nennenswerten Unstetigkeit der Leitungsimpedanz aufgrund eines im sendenden Zustand befindlichen Treibers begegnet. Reflexionen werden auf diese Weise vermieden und die erforderliche Buseinschwingzeit wird verringert. Ein Beispiel eines Strommodus-Busses wird im U.S.-Patent 4 481 625 vom 6. November 1984 mit dem Titel "High Speed Data Bus System" beschrieben. Ein Strommodus-Bus wird auch in der internationalen PCT-Anmeldung PCT/US91/02590, angemeldet am 16. April 1991, veröffentlicht am 31. Oktober 1991 mit dem Titel Integrated Circuit I/O Using a High Performance Bus Interface beschrieben, die vom gleichen Anmelder wie diese Erfindung angemeldet wurde.Usually Buses are driven by voltage level signals. However it is has become advantageous to provide buses by one Power to be driven. An advantage of a current mode bus is a reduction in the peak turn-on current. In a voltage mode device, the output transistor must the driver to drive the maximum specified current worst-case operating conditions be dimensioned. Under rated conditions less than the maximum Load, the inrush current when the output is turned on, but before he reaches the maximum, be very high. The current mode driver on the other hand draws a known current regardless of the load and the operating conditions. additionally Impedance discontinuities occur when the driver device in the transmission state is characterized by a low output impedance. These discontinuities to lead to reflections that inevitably additional Cause bus settling time. Power mode drivers, on the other hand, are through a high output impedance, so that a propagating on the bus Signal no significant discontinuity of line impedance due encountered in the sending state driver. reflections are avoided in this way and the required bus settling time is reduced. An example of a current mode bus is disclosed in U.S. Patent 4,481,625 issued November 6, 1984 entitled "High Speed Data Bus System". One Current mode bus is also described in PCT International Application PCT / US91 / 02590, filed on 16 April 1991, published on 31 October 1991 titled Integrated Circuit I / O Using a High Performance Bus Interface described by the same assignee as this invention was registered.
Konstruktive Anforderungen können die Verwendung von MOS-Schaltungen vorschreiben. Wenn der Bus-Treiber integrierte CMOS-Schaltungen aufweist, sind die Signalspannungsaussteuerungen von externen Signalen üblicherweise Maximum-zu-Maximum-Aussteuerungen, wobei die Spannung des hohen Pegels üblicherweise 3,3 bis 5 Volt und die Spannung des niedrigen Pegels Null beträgt. Solche hohen Spannungsaussteuerungen sind in Hochgeschwindigkeitsübertragungsleitungsbussen aufgrund des hohen Pegels von induziertem Rauschen und von Verlustleistung unerwünscht. Andere Systeme haben versucht, das Problem durch Verwendung verschiedener verringerter Spannungsaussteuerungen zu vermindern, beispielsweise durch GTL (Gunning-Transistor Logik), Signalpegel (0,8 bis 1,4 Volt). GTL-Pegel wurden in der Vergangenheit für Spannungsmodus-Treiber optimiert und sind zu niedrig in der Spannung, um mit ihnen wirksame Strommodus-Treiber zu konstruieren. Ein Beispiel eines solchen Systems wird in dem U.S.-Patent 5 023 488 mit Titel "Drivers and Receivers for Interfacing VLSI CMOS Circuits to Transmission Lines" erörtert.constructive Requirements can the use of MOS circuits prescribe. When the bus driver integrated CMOS circuits The signal voltage controls of external signals are usually Maximum-to-maximum levels, where the voltage of the high Level usually 3.3 to 5 volts and the voltage of the low level is zero. Such high voltage controls are in high-speed transmission line buses due to the high level of induced noise and power dissipation undesirable. Other systems have tried to solve the problem by using different ones reduced voltage drops, for example, by GTL (running transistor logic), signal level (0.8 to 1.4 volts). GTL levels have been optimized for voltage mode drivers in the past and are too low in voltage to make them effective current mode drivers to construct. An example of such a system is in the U.S. Patent 5,023,488 entitled "Drivers and Receivers for Interfacing VLSI CMOS Circuits to Transmission Lines "discussed.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNGSUMMARY PRESENTATION THE INVENTION
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochgeschwindigkeits-Strommodus-Computerbus zur Verfügung zu stellen, der die Einschwingzeit für den Bus minimiert.It It is therefore an object of the present invention to provide a high speed current mode computer bus to disposal to set, which minimizes the settling time for the bus.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochgeschwindigkeits-Strommodus-Computerbus zur Verfügung zu stellen, der mit CMOS-Schaltungen Schnittstellen bildet.It It is also an object of the present invention to provide a high speed current mode computer bus to disposal to provide interfaces with CMOS circuits.
Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Busempfänger zur Verfügung zu stellen, um CMOS-VLSI-Schaltungen mit Hochgeschwindigkeits-Strommodus-Bussen zu koppeln.It It is a further object of the present invention to provide a bus receiver for disposal to provide CMOS VLSI circuits with high-speed current mode buses to pair.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Eingangsempfänger zum Abtasten eines erstes Signals mit einer ersten Spannungsaussteuerung gemäß dem Anspruch 1, einen Eingangsempfänger gemäß dem Anspruch 13, einem System mit einem Master-Gerät, einem Slave-Gerät sowie einer Signalleitung zwischen dem Master-Gerät und dem Slave-Gerät gemäß Anspruch 20 sowie durch ein Verfahren zum Empfangen einer Vielzahl von Daten gemäß Anspruch 23 gelöst.The The object of the invention is achieved by an input receiver for Sampling a first signal having a first voltage level according to the claim 1, an input receiver according to the claim 13, a system with a master device, a slave device and a signal line between the master device and the Slave device according to claim 20 and a method of receiving a plurality of data according to claim 23 solved.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung verdeutlicht, in der:The Objects, features and advantages of the present invention illustrated by the following detailed description, in which:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die
in dem stromgetriebenen Hochgeschwindigkeitsbus niedriger Impedanz
der vorliegenden Erfindung verwendete Buskonfiguration ist in dem
Blockschaltbild gemäß
In
der Konfiguration der vorliegenden Erfindung wird die benötigte Leistungsmenge
durch die verwendete Buskonfiguration verringert, da das Weglassen
des Abschlußwiderstands
an dem En
Obwohl
das Entfernen des Abschlußwiderstands
an dem einen Ende den Bus dazu veranlaßt, langsamer einzuschwingen,
spielt diese zusätzliche Verzögerung keine
Rolle, da die Bustransaktionen an dem Master-Ende des Busses
Diese
Verzögerung
tf wird später am Beispiel erklärt. In dem
Fall eines zu einem Slave-Gerät
sendenden Master-Gerätes
Es
ist festzuhalten, daß das
reflektierte Signal, das den Bus entlang zurückläuft, zu Intersymbol-Interferenzen
für die
anderen Slave-Geräte
auf dem Bus führt;
dies ist jedoch nicht wichtig, da die Slaves nur Daten zu dem Master
und nicht zu anderen Slaves schicken. Es ist jedoch wichtig, daß die reflektierte
Welle keine weiteren Störungen
mit sich bringt, die zu sekundären
Reflexionen zurück
zum Master führen
würden,
welche vielleicht zu Interferenzen an dem Master führen. Eine
mögliche
Quelle solcher Störungen
ist der ursprüngliche
Slave-Sender auf dem Bus. Bei der üblicheren Bussenderart, die
eine Spannungsquelle verwendet, würde der Niedrigimpedanztreiber
eine sekundäre
Reflexion verursachen, die wiederum von dem unabgeschlossenen Ende
des Busses zurückreflektiert
würde und solange
weiterlaufen würde,
bis die Energie der Welle durch Leitungsverluste verbraucht ist.
Eine solche Situation könnte
zu sehr langen Einschwingzeiten führen. In dem Hochgeschwindigkeitsbus
der vorliegenden Erfindung werden Strommodus-Quellen verwendet,
die eine hohe Impedanz für
die reflektierte Welle darstellen. Auf diese Weise breitet sich
die Welle weiter in Richtung des abgeschlossenen Endes des Busses
aus, wo sie von dem Abschlußwiderstand
Ein
MOS-Transistor stellt, wenn er unter den richtigen Bedingungen betrieben
wird, eine gute Stromquelle zur Verfügung. Der Graph gemäß
Ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung eines Strommodus-Treiberbetriebs ist die Verringerung des Spitzeneinschaltstroms gegenüber einem Spannungsmodus-Treiber. In einem Spannungsmodus-Gerät muß der Ausgangstransistor so dimensioniert sein, daß er den maximalen spezifizierten Strom unter ungünstigsten Betriebsbedingungen treibt. Unter Nennbedingungen, mit geringerer als der maximalen Last, kann der Stromübergang, wenn der Ausgang geschaltet wird, bevor er das Maximum erreicht, sehr hoch sein. Der Strommodus-Treiber dagegen zieht einen bekannten Strom unabhängig von Last- und Betriebsbedingungen.An additional advantage of using a current mode driver operation is the reduction in peak on-current compared to a voltage mode driver. In a voltage mode device, the output transistor must be sized to drive the maximum specified current under worst case operating conditions. Under rated conditions, with less than the maximum load, the current transition when the off gear is switched before it reaches the maximum, be very high. The current mode driver draws a known current regardless of load and operating conditions.
Es
wird auf
Im
folgenden wird auf
Es
wird deshalb eine neuartige Abtastschaltung zur Verfügung gestellt,
die dem benötigten
engen Abtastfenster gerecht wird und den nachteiligen Effekt von
zurückgespeistem
Rauschen auf dem Bus minimiert. Es wird auf
Auf diese Weise wird durch das Abtasten der Eingangssignale in einer ersten Stufe der Schaltung, durch das Übertragender abgetasteten Eingangssignale zu einer von der ersten Stufe isolierten zweiten Stufe der Schaltung und durch Verstärken der Eingangssignale an dieser zweiten Stufe ein CMOS-kompatibler Empfänger geschaffen, der den Betrag des rückeingespeisten Rauschens auf den Bus minimiert.On This is done by sampling the input signals in one first stage of the circuit, by transmitting the sampled input signals to a second stage of the circuit isolated from the first stage and by amplifying the input signals at this second stage a CMOS compatible receiver created, which fed the amount of the Noise on the bus minimized.
Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Zwei-Stufen-Abtaster/Verstärkers
ist in
Eine Aufgabe der ersten Stufe der Schaltung ist es, die Eingangsdifferenzspannung zu der zweiten Stufe zu übertragen, dem kreuzgekoppelten Leseverstärker, der aus den Transistoren M10 bis M16 besteht. Da die zweite Stufe von der ersten Stufe getrennt ist, wenn die Trenntransistoren gesperrt sind, werden keine hohen Aussteuerspannungspegel in die DATA- und VREF-Ein gangssignale zurück eingespeist. Während das Taktsignal hoch ist, ist M16 eingeschaltet. Dies dient dazu, den Leseverstärker nach dem vorherigen Taktsignal wieder ins Gleichgewicht zu bringen, aber auch dazu die von der Differenzverstärkungsstufe der Schaltung erzeugte Differenzspannung kurzzuschließen. Jedoch sind die Lasttransistoren M8 und M9 leistungsstark genug, daß der Vorspannungspegel des Differenzsignals oberhalb der Schwellenspannung des Transistors M16 gehalten wird. Auf diese Weise ist M16 einigermaßen ohmsch und die Differenzspannung kann gewonnen werden. Wenn das Taktsignal auf niedrig übergeht, wird der kreuzgekoppelte Leseverstärker aktiviert und die anfängliche Spannungsdifferenz wird zu einem voll ausgesteuerten Signal am Ausgang verstärkt.An object of the first stage of the circuit is to transmit the input differential voltage to the second stage, the cross-coupled sense amplifier consisting of transistors M10 to M16. Since the second stage is disconnected from the first stage when the isolation transistors are turned off, high drive voltage levels are not fed back to the DATA and V REF input signals. While the clock signal is high, M16 is on. This serves to rebalance the sense amplifier after the previous clock signal, but also to short-circuit the differential voltage generated by the differential amplification stage of the circuit. However, the load transistors M8 and M9 are powerful enough that the bias level of the differential signal is kept above the threshold voltage of the transistor M16. In this way, M16 is somewhat resistive and the differential voltage can be recovered. When the clock signal transitions low, the cross-coupled sense amplifier is activated and the initial voltage differential is amplified to a fully-balanced output signal.
Die resultierende Schaltung stellt einen CMOS-kompatiblen Empfänger zur Verfügung, der auf einem Hochgeschwindigkeits-Strommodus-Bus arbeitet.The resulting circuit provides a CMOS compatible receiver available which works on a high-speed current mode bus.
Claims (27)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4345601A DE4345601B4 (en) | 1992-03-06 | 1993-03-03 | High speed current mode computer bus system - has transmission lines for coupling master current mode bus drivers to slave bus receivers having sampling and amplifying circuit stages |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/847,635 US5355391A (en) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | High speed bus system |
US847635 | 1992-03-06 | ||
PCT/US1993/001816 WO1993018462A1 (en) | 1992-03-06 | 1993-03-03 | High speed bus system |
DE4345601A DE4345601B4 (en) | 1992-03-06 | 1993-03-03 | High speed current mode computer bus system - has transmission lines for coupling master current mode bus drivers to slave bus receivers having sampling and amplifying circuit stages |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4391003B4 true DE4391003B4 (en) | 2005-12-22 |
Family
ID=35433429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4391003A Expired - Lifetime DE4391003B4 (en) | 1992-03-06 | 1993-03-03 | High speed current mode computer bus system - has transmission lines for coupling master current mode bus drivers to slave bus receivers having sampling and amplifying circuit stages |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4391003B4 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4247817A (en) * | 1978-05-15 | 1981-01-27 | Teradyne, Inc. | Transmitting electrical signals with a transmission time independent of distance between transmitter and receiver |
US4860198A (en) * | 1985-01-31 | 1989-08-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Microprocessor system |
-
1993
- 1993-03-03 DE DE4391003A patent/DE4391003B4/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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---|---|---|---|---|
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US4860198A (en) * | 1985-01-31 | 1989-08-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Microprocessor system |
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Representative=s name: EISENFUEHR, SPEISER & PARTNER, 28195 BREMEN |
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