專利名稱：雙向連接線用的帶光耦合器的電隔離器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用光耦合器的雙向連接線/總線所用的電隔離器件。
本發(fā)明以獨(dú)立權(quán)利要求1和2的類屬型雙向連接線所用的電隔離器為基礎(chǔ)。如果多個獨(dú)立的設(shè)備通過連接線互連，那么就常常需要在互連部件之間提供電隔離。這一點(diǎn)特別適用于被連接的設(shè)備以例如分布的方式被安裝在大廈中的情況。這是因?yàn)樵谶@種情況下，設(shè)備之間可能出現(xiàn)相當(dāng)大的電位差，它是由例如電源線上的不同電位引起的。這種電位差可在從幾毫伏到若干伏的范圍內(nèi)出現(xiàn)。這種類型的電位差可能表現(xiàn)出較高的或較低的穩(wěn)定性。它們可隨例如大廈中的瞬時總電源消耗而變。但它們也可能在剎那間發(fā)生毀壞性故障，例如大廈本身或大廈附近遭受雷擊。
在不怎么嚴(yán)重的情況下，只是經(jīng)總線連接運(yùn)行的數(shù)據(jù)信號和/或控制信號被惡化。但它們也導(dǎo)致被連接的電路部件毀壞。
由于連接引起的不良接收地回路問題經(jīng)常發(fā)生。感應(yīng)電流可能流過總線連接電纜的屏蔽層，并同樣可使被傳送的數(shù)據(jù)信號變壞。如果感應(yīng)電位差足夠大，碰巧觸模到相關(guān)總線連接電纜的人，也可能被傷害。
因此，對以連接線相互連接的臺站，要求完全的電隔離是必要的。
一個對相互連接的部件要求電隔離的總線系統(tǒng)的例子，是IEEE 1394總線標(biāo)準(zhǔn)，它近來日趨重要，這種總線的精確名稱讀作IEEE Std 1394-1995，“IEEE Standard for a high performance serial bus”(“高性能串行總線IEEE標(biāo)準(zhǔn)”)，12.12.1995。
總線系統(tǒng)所必須包括的是兩對數(shù)據(jù)線，兩對電源線即地線和Vcc，還有總線連接電纜中的電纜屏蔽。兩對數(shù)據(jù)線允許同步串行數(shù)據(jù)傳送?？偩€系統(tǒng)的許多杰出性能之一也許是它有可能以每秒100兆比特至每秒400兆比特的極高速率傳送數(shù)據(jù)。
至于經(jīng)總線相互連接的站間電隔離的實(shí)現(xiàn)，上述標(biāo)準(zhǔn)的附錄J.6中規(guī)定了兩種明確的電路實(shí)現(xiàn)。在兩種情況下，可在數(shù)據(jù)鏈接層模塊與物理層模塊之間完成電隔離。由電阻器和電容器適當(dāng)連接起來的變換器，被用作一種情況下的電隔離，電容去耦則被提供用作另一種情況下的電隔離。但這些解決辦法已設(shè)定數(shù)據(jù)鏈接層模塊和物理層模塊表現(xiàn)為獨(dú)立的芯片。回顧表明，兩個模塊之間的電容隔離實(shí)際上在高頻情況下，不能成為可靠的解決辦法。信號惡化和干擾輻射的情形已有發(fā)生。在使用變換器作電隔離的情況下又有不利之處，即如果想把總線接口的數(shù)據(jù)鏈接層模塊和物理層模塊集成在單個芯片上，就不能再用這一解決辦法。
另外，已知的還有使用所謂光耦合器用于相互連接的電路單元的電隔離。
本發(fā)明的目的是提供一種具體應(yīng)用于雙向連接線的電隔離器件。即使在很高的頻率下，所述雙向連接線也能可靠地工作，并可很容易地被集成于一個芯片上。
利用獨(dú)立的權(quán)利要求1和2的特征，可達(dá)到這個目的。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，雙向連接線用的電隔離器包括每個雙向連接線用的兩個單獨(dú)的光耦合器，和控制單元，所述控制單元產(chǎn)生切換信號，這些切換信號是以依賴于由兩個電路單元之一輸出的控制信號的方式產(chǎn)生的，這些切換信號，通過相應(yīng)的開關(guān)，激活兩個光耦合器中的一個，而使另一光耦合器不激活，因此，允許在一個方向通過連接線傳送信號。這種解決辦法不要求可集成性較差的部件例如變壓器。此外，上述控制單元能以簡單的方法被構(gòu)成，并能容易地被集成在一個芯片上。
與權(quán)利要求2相一致的本發(fā)明的第二個解決辦法能在每根雙向連接線上僅用一個光耦合器便解決問題。通過下述這樣的方法修改控制單元便可達(dá)到這一點(diǎn)在某種意義上根據(jù)相互連接的兩個電路單元之一輸出的控制信號，所述控制單元使雙向連接線所關(guān)聯(lián)的光耦合器轉(zhuǎn)變有效方向。在這種情況下，只需要為切換操作提供兩個以上的開關(guān)。這種開關(guān)的實(shí)現(xiàn)，對芯片設(shè)計(jì)來說不成問題。因此，這種解決辦法能提供能以特別簡單的方式被集成的電隔離器件。
借助于從屬權(quán)利要求中表明的方法，能夠進(jìn)一步有利地開發(fā)和改進(jìn)權(quán)利要求1和2的電隔離器件。根據(jù)權(quán)利要求4，電隔離器件可很有利地被提供在總線接口的數(shù)據(jù)鏈接層模塊和物理層模塊之間。如果這種解決辦法被用在IEEE 1394總線接口的情況下，對各個控制單元來說，能滿足估算兩個模塊之間的連接總線的兩根控制線CTL
上的控制信號，以便激活相應(yīng)的光耦合器或轉(zhuǎn)變光耦合器的有效方向。
特別是，三態(tài)驅(qū)動器可方便地用作開關(guān)，用于在光耦合器之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)變光耦合器的有效方向，所述三態(tài)驅(qū)動器由控制單元進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動。
本發(fā)明的示范實(shí)施例在附圖中被以圖像說明并在下面的描述中被更詳細(xì)地解釋。在圖中

圖1表示根據(jù)IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)鏈接層模塊與物理層模塊之間的連接線；圖2表示數(shù)據(jù)連接層模塊，電隔離器件和物理層模塊的基本安排；圖3表示根據(jù)本發(fā)明第一示范實(shí)施例的電隔離器件的結(jié)構(gòu)；圖4表示如圖3中所示的電隔離器件的控制單元狀態(tài)圖；圖5表示根據(jù)本發(fā)明第二示范實(shí)施例的電隔離器件的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)約，電隔離器件30被提供在數(shù)據(jù)鏈接層模塊10和物理層模塊20之間。這被圖示在圖2中。
第一示范實(shí)施例所用的電隔離器件30被表示在圖3中，其中，光耦合器單元以參考號碼31指示。這個單元包括兩個獨(dú)立的光耦合器件311，312。后者是并行反向連接的，以便使一個光耦合器的光發(fā)射元件被連接至與數(shù)據(jù)鏈接層模塊10相連的雙向連接線的那一部分，而另一個光耦合器的光發(fā)射元件是由與物理層模塊20相連的雙向連接線的那一部分饋送的。從范例中可看出，控制線CTL
被連接至光耦合單元31。在兩個光耦合器之間，各自的三態(tài)驅(qū)動器32被連接至光耦合器單元31的每一側(cè)。圖示的這兩個三態(tài)驅(qū)動器32由互補(bǔ)的使能信號EN和EN開關(guān)。這將在下面作更詳細(xì)的討論。三態(tài)驅(qū)動器32有如下作用。它們可被切換到高阻抗?fàn)顟B(tài)或低阻抗?fàn)顟B(tài)，在低阻抗?fàn)顟B(tài)下，它們允許信號通過。如果我們假定數(shù)據(jù)鏈接層模塊10那一側(cè)的三態(tài)驅(qū)動器32被切換至低阻抗方式，那么信號流就有可能通過控制線CTL
，從物理層模塊20經(jīng)過下面的光耦合器312流向數(shù)據(jù)鏈接層模塊10。相反的信號同時被禁止，因?yàn)槲锢韺幽K20那一側(cè)的三態(tài)驅(qū)動器32同時被切換至高阻抗方式。與此同時，當(dāng)然也可以使上面的光耦合器在同一時刻被切斷。在相反的情況下，也就是說如果左邊的三態(tài)驅(qū)動器32被切換至高阻抗方式而右邊的三態(tài)驅(qū)動器32被切換至低阻抗方式，信號流就有可能通過控制線CTL
，從數(shù)據(jù)鏈接層10流向物理層模塊20。三態(tài)驅(qū)動器32的狀態(tài)改變，是借助于控制單元33所提供的控制信號EN和EN實(shí)現(xiàn)的。為此目的，控制單元33估算兩根控制線CTL
上的信號狀態(tài)。為完成這一功能，時鐘信號SCLK或從其中調(diào)整過的時鐘信號，和復(fù)位信號，也附加地被饋送至控制單元33。
IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)為物理層模塊20提供對雙向連接線CTL
和
的控制。數(shù)據(jù)鏈接層模塊10只有在物理層模塊20放棄它對這些通向數(shù)據(jù)鏈接層模塊10的線的控制時，才允許驅(qū)動這些雙向連接線。關(guān)于物理層模塊20在什么時候和怎樣放棄它對雙向連接線的控制，可在IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)的附錄J中找到全部解釋。滿足IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格說明的控制單元33的狀態(tài)圖，被表示在圖4中，并在下面被更詳細(xì)地解釋。
在解釋之前，還應(yīng)指出，圖3中所示帶有三態(tài)驅(qū)動態(tài)32和光耦合器31的結(jié)構(gòu)，必須被提供給數(shù)據(jù)鏈接層模塊10與物理層模塊20之間的每根雙向連接線，這就是說被提供給控制線
和數(shù)據(jù)線
。對于兩根單向控制線LREQ和SCLK來說，簡單結(jié)構(gòu)的光耦合器必須被提供在完整的電隔離器件中，不過，這個光耦合器按照這些線的單向性，只在一個方向上起作用。
控制單元33的狀態(tài)圖表示4種狀態(tài)。在總線接口復(fù)位之后或者初始之后，控制單元33被置于IDLE(空閑)狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，控制單元輸出邏輯狀態(tài)EN＝0和EN＝1作為輸出信號。這等效于圖3左邊的三態(tài)驅(qū)動器32轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)，而右邊的三態(tài)驅(qū)動器32轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。因而通過所有的雙向連接線，信號流從物理層模塊20流向數(shù)據(jù)鏈層10。如果在兩根控制線CTL
和CTL[1]上的時鐘周期中，邏輯電平1都被檢測到，這種狀態(tài)就被舍去。控制單元33于是被置于CHECK0。然后它等待兩根控制線在下一時鐘周期中的狀態(tài)。如果兩根控制線都有邏輯0狀態(tài)，控制單元33被置于狀態(tài)LINK(鏈接)。在所有其他情況下，控制單元33則返回IDLE狀態(tài)。在LINK狀態(tài)下，EN＝1和EN＝0被輸出作為輸出信號。這等效于放棄通過雙向連接線的對數(shù)據(jù)鏈接層模塊10的控制。因此，圖3左邊的三態(tài)驅(qū)動器被置于高阻抗?fàn)顟B(tài)，而右邊的三態(tài)驅(qū)動器被切換為代阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，所有雙向連接線的信號流，從數(shù)據(jù)鏈接層模塊10出發(fā)流向物理層20。在這種狀態(tài)下，如果邏輯0狀態(tài)在兩根控制線CTL
上，那么控制單元33脫離LLNK狀態(tài)而轉(zhuǎn)換為CHECK1狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，進(jìn)行一種檢測，以確定在相繼的時鐘周期中是否邏輯0通過兩根控制線同時被提供。如果是這種情況，控制單元33轉(zhuǎn)回IDLE狀態(tài)，否則，它轉(zhuǎn)換為LINK狀態(tài)。
現(xiàn)在參考圖5，對根據(jù)本發(fā)明的電隔離器件的另一個實(shí)施例，作更詳細(xì)的解釋。相同的部件用與圖3相同的參考符號指示。與圖3所示的解決辦法不同之處，就是在光耦合器單元31中，只為每個雙向連接線提供一個光耦合器。但所述光耦合器的有效方向，在某種意義上隨控制線CTL
上的信號而變。這是通過每根控制線上的4個三態(tài)驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)的。在這種情況下，控制單元33是嚴(yán)格按與圖3的范例相同的方法構(gòu)成的。它按圖4中所示的狀態(tài)圖運(yùn)行。因此，在IDLE狀態(tài)中，它將通過EN和EN輸出邏輯0和1。結(jié)果，圖5左側(cè)兩個三態(tài)驅(qū)動器32中的第一個被切換為高阻抗方式，第二個三態(tài)驅(qū)動器32被切換為低阻抗方式。相應(yīng)地，圖5右側(cè)兩個三態(tài)驅(qū)動器32中的第一個同樣被切換為高阻抗方式，另一個為低阻抗方式。于是信號流如下通過數(shù)據(jù)D
的信號流，從作為發(fā)送機(jī)的物理層模塊20出發(fā)，流向圖5左側(cè)第二個三態(tài)驅(qū)動器32，經(jīng)過光耦合器去向圖5右側(cè)第二個三態(tài)驅(qū)動器32，并從這里流向數(shù)據(jù)鏈接層模塊10。在另一個狀態(tài)LINK中，邏輯信號1和0被輸出在線EN和EN上。這使信號流向轉(zhuǎn)變。結(jié)果，數(shù)據(jù)鏈接層10作為發(fā)送機(jī)操作。數(shù)據(jù)經(jīng)過圖5左側(cè)第一個第三態(tài)驅(qū)動器32，光耦合器單元31中的光耦合器，圖5右側(cè)第一個三態(tài)驅(qū)動器32，并從這里通往物理層模塊20的輸入端。
上述電隔離器件的實(shí)施例，不只是能有利地被使用于IEEE 1394總線標(biāo)準(zhǔn)。它們也能被應(yīng)用于任何想要配備電隔離的雙向連接線。這個問題在其他總線系統(tǒng)中也會發(fā)生。
權(quán)利要求
1.雙向連接線用的帶光耦合器的電隔離器件，一根連接線使兩個電路單元(10，20)相互連接，其特征在于每根雙向連接線CTL
，D
設(shè)置有兩個單獨(dú)的光耦合器(311，312)，并設(shè)置有控制單元(33)，它以依賴于兩個電路單元(10，20)之一輸出的控制信號的方式，產(chǎn)生開關(guān)信號(EN，EN)，這種開關(guān)信號使兩個光耦合器(311，312)中的一個激活，使另一個耦合器不激活，以便使信號通過相關(guān)聯(lián)的連接線(CTL
，D
)在一個方向上傳送。
2.帶光耦合器的電隔離器件，一根連接線使兩個電路單元(10，20)相互連接，其特征在于每根雙向連接線(CTL
，D
)設(shè)置有一個光耦合器，這個光耦合器被用于通過相關(guān)聯(lián)的該連接線雙方向傳送信號；設(shè)置一控制單元(33)，它以依賴于兩個電路單元(10，20)之一輸出的控制信號的方式，產(chǎn)生開關(guān)信號(EN，EN)，這個開關(guān)信號使涉及相關(guān)聯(lián)連接線(CTL
，D
)的光耦合器轉(zhuǎn)變有效方向，以便使信號通過相關(guān)聯(lián)的連接線在一個方向上傳送。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電隔離器件，其特征在于雙向連接線(CTL
，D
)既涉及數(shù)據(jù)線(D
)，又涉及控制線(CTL
)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的電隔離器件，其特征在于通過連接線相互連接的電路單元(10，20)，涉及連接接口特別是IEEE 1394總線接口的數(shù)據(jù)連接層塊(10)和物理層塊(20)的電路塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電隔離器件，其特征在于相應(yīng)的控制單元(33)根據(jù)IEEE 1394標(biāo)準(zhǔn)，對數(shù)據(jù)鏈接層塊(10)和物理層塊(20)之間的連接總線的兩根控制線(CTL
)上的控制信號進(jìn)行估算。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5之一所述的電隔離器件，其特征在于被控制單元(33)切換為相應(yīng)狀態(tài)的三態(tài)驅(qū)動器(32)，被用于在光耦合器之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，或用于轉(zhuǎn)變一個光耦合器的有效方向。
全文摘要
雙向連接線(CTL
,D
)用的一種電隔離器件,它在高頻下可靠地操作,并能容易地被集成在一個芯片上。根據(jù)第一實(shí)施方式,為電隔離的目的,每根雙向連接線設(shè)置有兩個單獨(dú)的耦合器(311,312)?？刂茊卧?33)估算由兩個電路單元(10,20)之一輸出的控制信號,并據(jù)此激活兩個光耦合器中的一個,而同時使另一個光耦合器不激活,以便用這種方法,允許信號通過相關(guān)聯(lián)的連接線在一個方向上傳送。在本發(fā)明的第二實(shí)施方案中,每根雙向連接器只設(shè)置有一個光耦合器。在這個解決方法中同樣設(shè)有控制單元(33),不同之處是在這種情況下,它通過相應(yīng)的電路器件(32),轉(zhuǎn)變光耦合器的有效方向,因而再次實(shí)現(xiàn)信號通過相關(guān)聯(lián)的連接線在一個方向上傳送。
文檔編號H04B10/80GK1361949SQ00810495
公開日2002年7月31日 申請日期2000年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月19日
發(fā)明者克勞斯·格德克, 赫伯特·許策 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司