專利名稱：內(nèi)部系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的通信媒體之間的接口裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)部(Home)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中通信媒體之間的接口裝置。特別是涉及一種中繼器，它被專門用于兩個(gè)同軸電纜之間，兩個(gè)雙絞線對(duì)之間或一個(gè)雙絞線對(duì)與一個(gè)同軸電纜之間的接口。
由EHSA(“歐洲內(nèi)部系統(tǒng)協(xié)會(huì)”)擬定的“內(nèi)部系統(tǒng)規(guī)范-發(fā)布3,15,1992”文件中特別推薦了兩種不同類型的通信總線互連裝置第一種裝置被稱為路由選擇器(router)，第二種裝置叫做中繼器。路由選擇器是一種具有吸引力的裝置，但也是一種相對(duì)復(fù)雜和昂貴的裝置。
本發(fā)明的目的是提供一種中繼器型的互連或接口方法及其裝置。
本發(fā)明的裝置是一種至少兩個(gè)通信總線之間的接口裝置，其主要是包括用于每個(gè)所述通信總線的雙向(two-way)接口，用于比較在所述接口上接收到的消息的電路，用于解決時(shí)間上重疊的消息之間的優(yōu)先權(quán)沖突的電路，所述沖突消解(conflict-resolution)電路授權(quán)通過(guò)所述一個(gè)接口或多個(gè)接口向沒(méi)有發(fā)出所述優(yōu)先權(quán)消息的通信總線傳輸優(yōu)先權(quán)消息。
按照本發(fā)明的一個(gè)特殊實(shí)施例，每個(gè)雙向(two-way)接口在優(yōu)先權(quán)沖突消解電路輸出的授權(quán)(authorization)信號(hào)的作用下被鏈接到一個(gè)傳送授權(quán)(authorization)電路，需要在所述接口所連接的總線上傳輸?shù)南⒈粋鬟f到這一傳送授權(quán)電路。
按照一個(gè)特殊實(shí)施例，所述接口裝置被連接到第一通信總線和第二通信總線。
按照一個(gè)特殊實(shí)施例，由所述沖突消解電路來(lái)確定在兩個(gè)通信總線上接收到的兩個(gè)消息的起點(diǎn)之間的時(shí)間延遲。
按照一個(gè)特殊實(shí)施例，所述的時(shí)間延遲小于所述裝置的時(shí)間分辨率(time resolution)，并且，只要是兩個(gè)消息包括的信息相同，就不產(chǎn)生傳輸授權(quán)信號(hào)。
按照一個(gè)特殊實(shí)施例，沖突消解電路為收到的消息中的每一位(bit)產(chǎn)生一個(gè)其持續(xù)時(shí)間小于位周期(bit period)的比較窗口(window)。
按照一個(gè)特殊實(shí)施例，當(dāng)所述時(shí)間延遲(delay)小于所述比較窗口的持續(xù)(duration)的時(shí)間，但卻大于裝置的時(shí)間分辨率時(shí)，就首先把優(yōu)先權(quán)授予首先開始的消息，由沖突消解電路產(chǎn)生一個(gè)傳送授權(quán)信號(hào)，并且供給與沒(méi)有發(fā)出優(yōu)先權(quán)消息的通信總線相聯(lián)系的傳送授權(quán)電路。
按照一個(gè)特殊實(shí)施例，只要是消息中包括不同的信息，就把優(yōu)先權(quán)授予包括一個(gè)邏輯“0”的消息，由所述沖突消解電路產(chǎn)生一傳送授權(quán)信號(hào)，供給與兩個(gè)通信總線中沒(méi)有發(fā)出優(yōu)先權(quán)消息的那個(gè)總線相聯(lián)系的傳送授權(quán)電路。
按照一個(gè)特殊實(shí)施例，只要消息中包括不同的信息，就把優(yōu)先權(quán)授予一個(gè)消息，該消息中包括在連接到這些總線的設(shè)備的總線訪問(wèn)(access)協(xié)議中具有優(yōu)先權(quán)的信息，由所述沖突消解電路產(chǎn)生一傳送授權(quán)信號(hào)，供給與兩個(gè)通信總線中沒(méi)有發(fā)出優(yōu)先權(quán)消息的那個(gè)總線相聯(lián)系的傳送授權(quán)電路。
按照一個(gè)特殊實(shí)施例，當(dāng)所述時(shí)間延遲大于比較窗口的持續(xù)時(shí)間時(shí)，優(yōu)先權(quán)消息就是首先開始的那個(gè)消息，由所述沖突消解電路產(chǎn)生一傳送授權(quán)信號(hào)，供給與兩個(gè)通信總線中沒(méi)有發(fā)出優(yōu)先權(quán)消息的那個(gè)總線相聯(lián)系的傳送授權(quán)電路。
按照一個(gè)特殊實(shí)施例，所述優(yōu)先權(quán)消息按原樣被傳輸?shù)搅硪豢偩€。
按照一個(gè)特殊實(shí)施例，所述接口被接口到同軸總線或雙絞線總線。
按照一個(gè)特殊實(shí)施例，該裝置包括從其他總線向一個(gè)總線提供能量的裝置。
通過(guò)以下結(jié)合附圖描述的特殊的非限制性實(shí)施例可以看出本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)越性。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1示意性地表示了一個(gè)采用了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的裝置的內(nèi)部系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)；圖2用方框圖的形式表示了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的裝置；圖3表示按照現(xiàn)有實(shí)施例的圖2中方框3的方框圖；圖4表示按照現(xiàn)有實(shí)施例的圖2中一個(gè)模擬接口單元2的功能性方框圖；圖5表示按照現(xiàn)有實(shí)施例的圖2中比較單元5的邏輯方框圖；圖6a至6h表示本發(fā)明的裝置使用的各種信號(hào)的定時(shí)圖形；圖7a至7c表示本發(fā)明的裝置中各種信號(hào)的定時(shí)圖形，其中在一個(gè)總線上的一個(gè)消息的起始位領(lǐng)先于另一總線上的消息的起始位；圖8a至8c表示本發(fā)明的裝置中某些信號(hào)的定時(shí)圖形，其中利用了最大持續(xù)時(shí)間來(lái)檢測(cè)出兩個(gè)START位之一領(lǐng)先于另一START位的兩個(gè)起始位。
圖1表示一個(gè)采用了本發(fā)明的裝置的內(nèi)部系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。這一網(wǎng)絡(luò)本身符合“內(nèi)部系統(tǒng)發(fā)布1.1”(“Home Systems Release 1，1”)規(guī)范即所謂的“HS規(guī)范”，這一規(guī)范是由歐洲內(nèi)部系統(tǒng)協(xié)會(huì)(EHSA)制定的。
該網(wǎng)絡(luò)包括由雙絞線對(duì)構(gòu)成的第一傳輸總線或媒體11，以及由連接成公知的“無(wú)源星形”結(jié)構(gòu)的同軸電纜構(gòu)成的第二傳輸總線或媒體12。兩個(gè)媒體在按照本發(fā)明實(shí)施例的中繼裝置13內(nèi)相互連接。
在HS規(guī)范中詳細(xì)描述了本實(shí)施例中用于互連雙絞線對(duì)和同軸電纜的物理和電氣特性以及各種結(jié)構(gòu)。該文件中還說(shuō)明了用于這些媒體間的通信的數(shù)據(jù)格式以及通信協(xié)議。因此，本說(shuō)明書僅限于清楚地說(shuō)明本發(fā)明所需的細(xì)節(jié)。
HS規(guī)范中說(shuō)明了兩種不同類型的雙絞線對(duì)電纜，用TP1和TP2表示。在下文中僅涉及到TP1型的雙絞線對(duì)，以便于讀者理解。
TP1型雙絞線對(duì)電纜的同一護(hù)套(same sheath)內(nèi)實(shí)際上包括兩對(duì)雙絞線。其中一對(duì)用于數(shù)據(jù)傳輸，另一對(duì)用于供電。在下文中僅對(duì)用于有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€對(duì)加以說(shuō)明。
TP1型雙絞線對(duì)用實(shí)際為9.6K波特(Baud)的數(shù)據(jù)速率傳輸信號(hào)，信號(hào)按照負(fù)邏輯的RZAMI(歸零交替標(biāo)記反轉(zhuǎn))碼編碼。邏輯“0”采用正和負(fù)電壓交替地編碼，邏輯“1”采用零電壓電平編碼。為每個(gè)傳輸?shù)淖址由弦粋€(gè)奇偶校驗(yàn)位，供每個(gè)字符選用，以獲得零平均DC電壓。
每個(gè)字符包括一個(gè)START位，8個(gè)數(shù)據(jù)位b0至b7(位b0是最低有效位)，一個(gè)偶數(shù)奇偶校驗(yàn)位，及一個(gè)停止(stop)位。各個(gè)位按照上述的次序傳輸。START位總是用正極性來(lái)傳輸?shù)摹?br> 起始位b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 P停止同軸電纜也是用9.6K波特的數(shù)據(jù)速率傳輸控制信息(“數(shù)據(jù)報(bào)業(yè)務(wù)”)的。相應(yīng)的信號(hào)是基帶信號(hào)。該數(shù)據(jù)仍按照RZAMI碼編碼，格式與TP1相同。同軸電纜在其他頻帶上傳送其他信號(hào)。
舉例來(lái)說(shuō)，TP1總線被鏈接到微波爐14，洗衣機(jī)15，爐子16及洗碗機(jī)17。TP1型媒體(medium)通常是用于設(shè)備控制的?？偩€TP1本身被構(gòu)造成一個(gè)“串級(jí)鏈路”(“daisy chain”)；它包括一個(gè)中心電纜(central cable)，在其上移植(graft)通向各種設(shè)備的電纜，包括通往中繼器13的電纜。
同軸媒休(medium)只是被用于傳輸音頻或視頻信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)了適當(dāng)?shù)木幋a和調(diào)制，其有效通帶比雙絞線對(duì)的通帶要寬。當(dāng)然在總線上也要傳輸控制數(shù)據(jù)。連接到這一總線的設(shè)備例如有衛(wèi)星信號(hào)解碼器20，其上連接了拋物面天線18用于接收衛(wèi)星廣播信號(hào)，以及地面天線19，一或多臺(tái)電視機(jī)21、22，還有錄像機(jī)23。解碼器20通過(guò)其UHF調(diào)制器的輸出連接到總線上。按照本實(shí)施例，同軸總線本身采用公知的“無(wú)源星形”結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)是由一個(gè)多通道中央分離器24構(gòu)成的，它連接到同軸電纜的一端，同軸電纜的另一端連接到上述的設(shè)備。用一條同軸電纜12連接分離器24和中繼器13。
中繼器具有這樣的功能，只要是控制數(shù)據(jù)符合9.6K波特的數(shù)據(jù)速率，就可以使雙絞線對(duì)-同軸電纜鏈路透明(transparent)。中繼器還具有對(duì)其所連接的總線上的傳送數(shù)據(jù)的沖突進(jìn)行管理的功能。
很明顯，這種功能不會(huì)在TP1總線和用于視頻信號(hào)的同軸總線之間執(zhí)行，流經(jīng)同軸總線的視頻信號(hào)帶寬約為6MHz，與兩個(gè)媒體上符合HS規(guī)范的有效通帶是不同的。在本實(shí)施例的范圍內(nèi)僅涉及到9.6K波特的控制數(shù)據(jù)通道(“數(shù)據(jù)報(bào)業(yè)務(wù)”)。
HS規(guī)范解決了中繼器在某些方面的任務(wù)，特別是涉及“構(gòu)造”(“Architecture”)部分的小節(jié)7.1.3.1。
連接到網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備執(zhí)行其所連接的總線的訪問(wèn)協(xié)議。這一協(xié)議被命名為CSMA/CA(“避免沖突的載波檢測(cè)多址訪問(wèn)”)，并被詳細(xì)地描述在HS規(guī)范TP1部分的小節(jié)3.5.i.a中。
這一協(xié)議可以歸納如下設(shè)備通過(guò)其所連接的總線監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)上的活動(dòng)。如果它希望傳送一個(gè)消息，必須經(jīng)過(guò)一個(gè)最小時(shí)間t0，因?yàn)樽詈蟮幕顒?dòng)記錄在傳輸媒體(或是該媒體的通道)上。在本實(shí)施例中這一時(shí)間t0等于10ms＋兩個(gè)位周期＝12.290ms。
通過(guò)對(duì)每個(gè)設(shè)備內(nèi)部的發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)的比較來(lái)執(zhí)行為幾個(gè)設(shè)備之一分配傳輸媒體通道的工作。在發(fā)送一個(gè)邏輯“1”的同時(shí)，一設(shè)備將嘗試檢測(cè)其它設(shè)備是否正在發(fā)送邏輯“0”。在兩個(gè)設(shè)備分別發(fā)送邏輯“1”和邏輯“0”的情況下，邏輯“0”占優(yōu)勢(shì)。
如果檢測(cè)到傳送信號(hào)和接收信號(hào)之間的差別，傳送邏輯“1”的設(shè)備就停止傳送，而傳送邏輯“0”設(shè)備則繼續(xù)傳送。其它設(shè)備一直要等到媒體空閑時(shí)才能恢復(fù)傳送。
為了使中繼器能正確地工作，連接在中繼器各側(cè)的設(shè)備均應(yīng)符合這種規(guī)則。
圖2表示本發(fā)明實(shí)施例的中繼器的功能方框圖。在同一線上的方向相反的兩個(gè)箭頭表示兩個(gè)方向上的信號(hào)流。
通常采用以下的慣例TP表示雙絞線對(duì)或其上流過(guò)的信號(hào)，CX表示同軸電纜或其上流過(guò)的信號(hào)，RX代表接收信號(hào)，TX代表要發(fā)送的信號(hào)，以及RZ表示按歸零制編碼的代碼。
在中繼器內(nèi)流動(dòng)的信號(hào)是按照反相RZ碼(反相歸零碼)編碼的，與所連接的兩個(gè)總線上按RZAMI碼編碼的信號(hào)相反。代碼轉(zhuǎn)換是由方框1和2執(zhí)行的，從而使中繼器僅用兩個(gè)電壓電平就可以處理二進(jìn)制邏輯信號(hào)。
RZ碼是本領(lǐng)域中技術(shù)人員所公知的?！?”是用零電壓電平編碼的，而“1”是由大體上的矩形脈沖編碼的，這種編碼的特點(diǎn)是彼此相連的兩個(gè)“1”是由兩個(gè)獨(dú)立脈沖來(lái)編碼的，而不是采用二倍寬度的單個(gè)脈沖。反相RZ碼使用脈沖為“0”編碼，而不是“1”。在兩個(gè)字母RZ之后提到的百分?jǐn)?shù)表示占空比(脈沖在一位的整個(gè)持續(xù)時(shí)間中所占的時(shí)間)。
RZAMI碼用零電平為“1”編碼，用正和負(fù)交替極性的脈沖為“0”編碼。下文所述的圖7中給出了兩種編碼的實(shí)例。
方框1表示中繼器與雙絞線對(duì)總線之間的模擬接口。該方框被連接到輸入和輸出端的兩個(gè)差分線(differential lines)TP+和TP-。方框2代表中繼器與同軸總線之間的模擬接口。
方框1和2執(zhí)行在接收時(shí)把RZAMI線路編碼轉(zhuǎn)換成反相邏輯RZ編碼，并在傳送時(shí)執(zhí)行相反的轉(zhuǎn)換。
圖4示出了本實(shí)施例中使用的中繼器-同軸電纜接口方框2。
方框2包括兩個(gè)不同部分傳送部件41和接收部件42。首先要介紹接收部件42，以下再說(shuō)明傳送部件，傳送部件要使用其他方框產(chǎn)生的信號(hào)，而這些方框的功能要在下文中說(shuō)明。
接收部件42包括公知類型的箝位電路49用于把從同軸電纜接收到的信號(hào)的DC電壓箝位在例如2.5V，即在VCC和GND中間。把箝位信號(hào)與高門限V+和低門限V-相比較，從而檢測(cè)出正、負(fù)脈沖。當(dāng)箝位信號(hào)超過(guò)V+門限時(shí)，第一比較器提供低邏輯電平，而當(dāng)箝位信號(hào)低于V-門限時(shí)，第二比較器提供低邏輯電平。比較是由兩個(gè)比較器執(zhí)行的，它們的輸出經(jīng)過(guò)邏輯“或”(通過(guò)連接兩個(gè)比較器的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn))，然后將這一輸出反相。
其所得的信號(hào)CX_RX_RZ就是按反相RZ碼編碼的信號(hào)。
方框1的操作與方框2相似，其基本區(qū)別是在兩條線TP1+和TP2-上使用差分信號(hào)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以把方框2的功能調(diào)整成出現(xiàn)在雙絞線對(duì)電纜導(dǎo)線TP1+和TP1-上的差分信號(hào)。而編碼轉(zhuǎn)換的原理不變。
由方框1轉(zhuǎn)換的接收信號(hào)被表示為TP_RX_RZ。
信號(hào)TP_RX_RZ和CX_RX_RZ分別由圖2中的方框3和4處理。圖3更精確地表示了方框3的操作，方框4的操作在整體上與其相似。
方框3用濾波器31對(duì)信號(hào)TP_RX_RZ濾波，它首先執(zhí)行信號(hào)的采樣。按照本實(shí)施例，僅在確認(rèn)了至少3個(gè)連續(xù)采樣時(shí)才認(rèn)可該采樣所表示的邏輯電平。濾波后的信號(hào)由采樣器33按照系統(tǒng)時(shí)鐘CLK 32的速率再抽樣，其速率明顯高于位時(shí)鐘的速率。系統(tǒng)時(shí)鐘周期例如為814ns，其相當(dāng)于1.23MHZ的頻率。該系統(tǒng)時(shí)鐘比9.6KHZ的位時(shí)鐘快128倍。
方框3輸出的濾波和再采樣信號(hào)被表示為TP。
方框3包括一計(jì)數(shù)器34，若在接收信號(hào)中檢測(cè)到一個(gè)START位就將其復(fù)位為零。計(jì)數(shù)器34被鏈接到系統(tǒng)時(shí)鐘并從檢測(cè)到該位時(shí)起對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)。START位出現(xiàn)在每個(gè)發(fā)送字符的開頭。
在一個(gè)總線已經(jīng)停用(inactive)或是事先已檢測(cè)到一個(gè)停止位時(shí)，如果檢測(cè)到一個(gè)邏輯電平“0”，也就是在該總線上檢測(cè)到一個(gè)正脈沖，檢測(cè)器35就測(cè)得了START位。檢測(cè)器35的輸出被鏈接到計(jì)數(shù)器34的零復(fù)位輸入。
解碼器36根據(jù)計(jì)數(shù)器的值產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，以表示與其相關(guān)的總線上是否正在傳輸。如上所述，一個(gè)字符包括11位，其對(duì)應(yīng)1408個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。只要計(jì)數(shù)器的狀態(tài)處于1至1408之間解碼器就提供一個(gè)處于有效邏輯電平的信號(hào)。由方框3的解碼器提供的信號(hào)被表示為T，而由方框4提供的信號(hào)被表示為C。顯而易見(jiàn)，只要沒(méi)有收到START位，信號(hào)T和C就維持無(wú)效(inactive)。
計(jì)數(shù)器在該裝置中用于產(chǎn)生其他信號(hào)，這點(diǎn)在說(shuō)明其他方框時(shí)將會(huì)加以說(shuō)明。為了清楚起見(jiàn)，在圖2中未畫出計(jì)數(shù)器與其他方框之間的連接。
方框4與方框3相似，區(qū)別僅在于接收CX_RX_RZ信號(hào)，并提供分別對(duì)應(yīng)TP和T信號(hào)的CX和C信號(hào)。
比較器方框5比較信號(hào)TP和CX，并檢測(cè)出由這些信號(hào)所代表的位之間的差別。該方框提供兩個(gè)信號(hào)T1和C1。在TP與CX不同并且TP處于低電平時(shí)(也就是在雙絞線對(duì)總線上識(shí)別出“0”時(shí))第一次啟動(dòng)T1。僅在來(lái)自雙絞線對(duì)總線的消息結(jié)束時(shí)才停用T1。在TP與CX不同并且CX處于低電平時(shí)(也就是在同軸總線上識(shí)別出“0”時(shí))第一次啟動(dòng)C1。僅當(dāng)來(lái)自同軸總線的消息結(jié)束時(shí)才停用C1。
T1和C1決不會(huì)同時(shí)啟動(dòng)。圖5給出了方框5的邏輯框圖。
僅在由方框6產(chǎn)生的時(shí)間窗口(time window)COMP期間比較CX和TP信號(hào)，以下還要詳細(xì)說(shuō)明方框6的特征。毫無(wú)疑問(wèn)，在可以識(shí)別出TP和CX信號(hào)時(shí)，在產(chǎn)生比較窗口的時(shí)刻可以執(zhí)行比較，在本例中，當(dāng)TP和CX按照RZ 50％代碼編碼時(shí)，比較是在一個(gè)位周期的前半個(gè)周期的部分期間執(zhí)行的。在方框5的第一級(jí)(級(jí)51)中，分別在TP和CX信號(hào)與COMP信號(hào)之間執(zhí)行邏輯“與”。
然后在級(jí)52執(zhí)行三個(gè)異“或”(exclusive“ORS”)，各自用于測(cè)試以下條件之一“CX等于1”“TP等于1”“CX不等于TP”第三級(jí)由兩個(gè)“與”構(gòu)成，各有兩個(gè)輸入用于組合上述測(cè)試結(jié)果，并提供對(duì)應(yīng)以下條件的邏輯信號(hào)“CX等于1”與“TP不等于CX”“TP等于1”與“TP不等于CX”在圖5中，兩個(gè)“與”的輸出信號(hào)分別用CXE和TPE來(lái)代表。這兩個(gè)信號(hào)各自控制兩個(gè)觸發(fā)器之一的狀態(tài)，將其設(shè)定為邏輯“1”(級(jí)54)，觸發(fā)器各自的輸出Q對(duì)應(yīng)信號(hào)C1和T1。
第一觸發(fā)器在其時(shí)鐘輸入端接收信號(hào)CXE，電壓VCC對(duì)應(yīng)其D輸入端的邏輯“1”。觸發(fā)器可以由以下三個(gè)信號(hào)之一的邏輯“1”實(shí)現(xiàn)復(fù)位通用的“RESET”信號(hào)，它例如可以在電路初始化時(shí)啟動(dòng)；信號(hào)NON(C)，C表示在同軸總線上有消息；以及來(lái)自第二觸發(fā)器的信號(hào)T1。信號(hào)NON(C)在同軸總線上的消息結(jié)束時(shí)使觸發(fā)器復(fù)位為零。利用T1使其復(fù)位為零的作用是為了防止在T1有效時(shí)使C1變?yōu)?的可能性。
第一觸發(fā)器的輸出Q對(duì)應(yīng)于信號(hào)C1。
第二觸發(fā)器的原理與第一觸發(fā)器相同，只是用T1代替C1。
方框6是一個(gè)用于確定中繼器狀態(tài)的方框，這取決于與中繼器互連的總線上的信號(hào)。方框6接收信號(hào)TP和T，CX和C，以及信號(hào)T1和C1。
方框6提供信號(hào)TE和CE，它們分別專用于把出現(xiàn)在雙絞線對(duì)總線上的信號(hào)傳輸?shù)酵S總線以及相反的傳輸。這些信號(hào)的控制方框7和8其將在下文中說(shuō)明。
圖6a和6d給出了在同軸電纜和TP1+電纜上檢測(cè)到的信號(hào)實(shí)例。同軸電纜上的順序數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)“001”，TP1+的順序數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)“000”。圖6b和6e表示了出現(xiàn)在方框2輸出端的對(duì)應(yīng)信號(hào)CX_RX_RZ和TP_RX_RZ。為了便于說(shuō)明，在以下假設(shè)信號(hào)CX和TP與信號(hào)CX_RX_RZ和TP_RX_RZ相同。
根據(jù)方框3和4的計(jì)數(shù)器的狀態(tài)，設(shè)在所述計(jì)數(shù)器輸出端的解碼器為每一位產(chǎn)生一個(gè)T/4寬度的比較窗口，其中T是位時(shí)鐘的周期。這一比較窗口從每一位的T/8時(shí)刻延續(xù)到3T/8時(shí)刻，其中心位于正脈沖的中間。如圖6a、6b、6c、6d和6e所示，其給定值與50％的RZ碼相符。在這種情況下，對(duì)應(yīng)邏輯“0”的脈沖實(shí)際上僅延續(xù)T/2。在這種50％編碼的情況下，比較窗口顯然還可以采用其他的寬度和位置，特別是在編碼不同的情況下。
用圖6c和6f的定時(shí)圖說(shuō)明了由圖6b和6e的信號(hào)產(chǎn)生的比較窗口。方框6在兩個(gè)窗口之間執(zhí)行邏輯“與”?！芭c”的結(jié)果被稱為COMP，如圖6h所示的定時(shí)圖所示。一個(gè)窗口超前另一窗口的時(shí)間用D表示，窗口的寬度COMP為T/4-D。為了更清楚地說(shuō)明比較功能，圖6g再現(xiàn)了圖6c的情況。
方框6識(shí)別三種不同情況A、B和C，各自對(duì)應(yīng)D的不同范圍。
在情況A時(shí)，超前D小于一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，在本實(shí)施例中該周期為814ns。如果在兩個(gè)總線上都檢測(cè)到了START位，采用這種小于裝置的時(shí)間分辨率的超前不可能確定兩個(gè)信號(hào)中哪一個(gè)是首先傳送的。
在第一種情況下，只要是中繼器兩側(cè)的信號(hào)相同CE和TE都不會(huì)啟動(dòng)，也就是說(shuō)，只要是信號(hào)C1和T1處于停用狀態(tài)就不會(huì)啟動(dòng)。
一旦信號(hào)TP和CX的比較顯示出兩個(gè)總線上信號(hào)之間的差別，信號(hào)C1或T1之一就可以進(jìn)到啟動(dòng)狀態(tài)。如上所述，C1表示TP和CX不同并且CX上當(dāng)前的位是一個(gè)“0”位。與此相對(duì)應(yīng)，T1表示TP與CX不同并且TP指示出一個(gè)邏輯“0”。根據(jù)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)協(xié)議，邏輯“0”的優(yōu)先權(quán)高于邏輯“1”，如果T1有效，方框6就啟動(dòng)信號(hào)TE，如果C1有效，就啟動(dòng)信號(hào)CE。在這種情況下，就授權(quán)兩個(gè)總線中的第一總線向第二總線傳輸消息。通過(guò)中繼器傳輸?shù)南⒃谑跈?quán)其通過(guò)的時(shí)刻包括一個(gè)邏輯“0”，在第二總線上的一個(gè)發(fā)送設(shè)備或多個(gè)發(fā)送設(shè)備就處于檢測(cè)該消息的到達(dá)并且停止發(fā)送的地位。當(dāng)兩個(gè)總線上的消息起始(start)相同時(shí)，來(lái)自被傳輸消息的信息沒(méi)有丟失。原先中斷傳送的設(shè)備從起始(start)就可以恢復(fù)傳送自己的消息。因此，這些中斷的消息也不會(huì)丟失。在啟動(dòng)之后，無(wú)論是信號(hào)TE還是信號(hào)CE都保持有效，直到向第二總線傳輸?shù)南⒔Y(jié)束時(shí)為止，這樣就保證了在第二總線上完整地傳輸消息。
在情況B時(shí)，時(shí)間D處于一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期與四分之一位時(shí)鐘周期(T/4)之間，在本例中即處于814ns和26μs之間。如上所述，數(shù)值814ns相當(dāng)于系統(tǒng)的時(shí)間分辨率。值T/4是比較窗口的寬度。在圖6h中可以很清楚地看出，當(dāng)時(shí)間D大于T/4時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)窗口COMP。
在情況B時(shí)，兩個(gè)消息中超前于另一個(gè)的一個(gè)消息被首先傳輸如果先檢測(cè)到TP的START位，方框6就啟動(dòng)TE，使CE保持停用狀態(tài)，若是先檢測(cè)到CX的START位，就啟動(dòng)CE，而使TE保持停用。
用方框5連續(xù)地比較信號(hào)TP和CX。如果啟動(dòng)了信號(hào)C1，方框6就啟動(dòng)信號(hào)CE(TE保持停用)，反之，若是啟動(dòng)了信號(hào)T1，方框6就啟動(dòng)信號(hào)TE(CE保持停用)。
另一種方式是，在傳送兩個(gè)消息時(shí)，兩個(gè)總線之一上各自的消息的間隔小于T/4，首先傳送的消息就被發(fā)送到其次傳送消息的總線上。這種傳輸授權(quán)是暫時(shí)的，也就是說(shuō)，當(dāng)消息之間出現(xiàn)不一致時(shí)，就立即把優(yōu)先權(quán)授予在檢測(cè)到這種不一致的時(shí)刻正在傳輸邏輯“0”的那個(gè)消息。因此，在某些情況下，可能使傳輸方向從一個(gè)總線反轉(zhuǎn)到另一總線。即使在一位之內(nèi)也能使傳輸方向立即反轉(zhuǎn)，這樣就使同時(shí)正在傳輸邏輯“1”消息的設(shè)備能檢測(cè)到由另一設(shè)備發(fā)送的邏輯“0”，并隨之按照CSMA/CA協(xié)議停止自己的傳輸。這一傳輸方向一直維持到消息結(jié)束時(shí)為止。
當(dāng)START位之間的時(shí)間延遲D大于T/4時(shí)產(chǎn)生情況C，即最后的情況時(shí)，在該情況下，根據(jù)本實(shí)施例由裝置首先檢測(cè)到的消息有優(yōu)先權(quán)。通過(guò)方框6啟動(dòng)TE或CE，直到消息結(jié)束，授權(quán)的傳輸方向不變。
圖7a、7b和7c表示在雙絞線對(duì)總線上首先檢測(cè)到一個(gè)消息的START位的情況下，信號(hào)C、T、C1、T1、CE及TE信號(hào)的定時(shí)圖。這一點(diǎn)可以從T的上升沿領(lǐng)先于C的上升沿得到確認(rèn)，其結(jié)果是啟動(dòng)TE并且向同軸總線方向傳輸。
圖7a表示的情況是，如果中繼器檢測(cè)到了從雙絞線對(duì)總線上收到的消息與從同軸總線上收到的消息之間的差別，沖突調(diào)解的結(jié)果就傾向雙絞線對(duì)總線上的消息，T1指示出了在檢測(cè)到差別的那一時(shí)刻雙絞線對(duì)總線上的消息包括一個(gè)“0”。因此，只要是T有效，就維持TE有效。
圖7b表示了沖突消解傾向于同軸總線上的消息的情況。隨之使TE停用，并且只要C保持有效CE就被啟動(dòng)。
圖7C示出了未檢測(cè)到?jīng)_突的情況。
圖7a和7c還可以用來(lái)表示C領(lǐng)先于T時(shí)的系統(tǒng)操作情況。由于系統(tǒng)是對(duì)稱的，符號(hào)T和C完全可以交換。
圖8a、8b和8c說(shuō)明的情況是，兩個(gè)START位之間的時(shí)間延遲小于一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的持續(xù)時(shí)間電路在此時(shí)就認(rèn)為信號(hào)C和T的上升沿是同時(shí)到達(dá)的。只要是信號(hào)C1和T1都無(wú)效，也就表示中繼器兩側(cè)的消息是相同的，那么就既不啟動(dòng)TE也不啟動(dòng)CE。
如上所述，如果在消息之間檢測(cè)到了差別，如前所述代表邏輯“0”的那個(gè)消息可以得到優(yōu)先權(quán)。在本例中，當(dāng)C1有效時(shí)，就啟動(dòng)CE，直到發(fā)自同軸電纜的消息結(jié)束為止(圖8a)，反之，當(dāng)T1有效時(shí)就啟動(dòng)TE，直到發(fā)自TP總線的消息結(jié)束為止(圖8b)。
圖8c表示的情況是，在消息的整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)總線上的消息完全相同。
方框7和8決定是否授權(quán)信號(hào)CX或TP通過(guò)接口方框2和1。其導(dǎo)通或非導(dǎo)通狀態(tài)取決于CE或TE信號(hào)的狀態(tài)。按照一個(gè)特殊實(shí)施例，方框7和8各自包括一個(gè)二輸入邏輯“與”門。另外，這些方框分別產(chǎn)生信號(hào)CX_Q和TP_Q，它們分別代表TP和CX上的奇偶校驗(yàn)脈沖這些信號(hào)可以令接口方框2和1使同軸總線及雙絞線對(duì)總線上的AMI脈沖發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。這些信號(hào)CX_Q和TP_Q例如可以由觸發(fā)器獲得，后者分別把信號(hào)CX和TP一分為二。顯然可以在檢測(cè)各自的START位時(shí)把觸發(fā)器設(shè)定為零，并且在CX和TP的上升沿處動(dòng)作。
信號(hào)CX和TP根據(jù)需要被發(fā)送給方框2和1，也就是中繼器與總線之間的模擬接口。在方框2中，如圖4所示，由部件42向總線上傳送數(shù)據(jù)。
發(fā)送部件42接收由方框7獲得的邏輯信號(hào)CX_TX_RZ。該部件還接收來(lái)自方框7的信號(hào)CX_Q。信號(hào)CX_Q給出了當(dāng)前在TP總線上傳輸?shù)拿}沖的奇偶性CX_Q。一方面，知道這一信息就可以按照HS規(guī)范的要求用正脈沖對(duì)第一位(起始位)進(jìn)行編碼，另一方面，用正或負(fù)脈沖交替地為“0”編碼。
方框1對(duì)稱地接收由方框8產(chǎn)生的信號(hào)TP_Q。
信號(hào)CX_TX_RZ和通過(guò)反相器44反相的奇偶校驗(yàn)信號(hào)經(jīng)過(guò)第一邏輯“與”43，并和非反相的奇偶校驗(yàn)信號(hào)經(jīng)過(guò)第二邏輯“與”45。在啟動(dòng)狀態(tài)下，第一“與”的輸出控制開關(guān)46使其閉合，從而把VCC電壓鏈接到同軸電纜，該輸出取決于CE或TE信號(hào)的狀態(tài)。按照一個(gè)特殊實(shí)施例，方框7和8各包括一個(gè)二輸入邏輯“與”。此外，這些方框產(chǎn)生分別代表TP和CX上的脈沖的奇偶校驗(yàn)位的信號(hào)CX_Q和TP_Q這些信號(hào)可以令方框1和2使同軸總線和雙絞線對(duì)總線上的AMI脈沖發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。信號(hào)CX_Q和TP_Q例如可以通過(guò)觸發(fā)器獲得，后者分別把信號(hào)CX和TP一分為二。顯然可以在檢測(cè)各自的START位時(shí)把觸發(fā)器設(shè)定為零，并且在CX和TP的上升沿處動(dòng)作。
信號(hào)CX和TP根據(jù)需要被發(fā)送給方框2和1，也就是中繼器與總線之間的模擬接口。在方框2中，如圖4所示，由部件42向總線上傳送數(shù)據(jù)。
發(fā)送部件42接收由方框7獲得的邏輯信號(hào)CX_TX_RZ。該部件的第二“與”門在啟動(dòng)狀態(tài)下控制開關(guān)47使其閉合，把電壓GND鏈接到同軸電纜。
這樣，出現(xiàn)在一個(gè)總線上的信號(hào)就可以傳輸?shù)搅硪豢偩€上。
同軸電纜通過(guò)一個(gè)箝位電容48連接到部件41和部件42。
按照另一個(gè)變更的實(shí)施例，該裝置包括兩個(gè)相同類型的模擬接口。
按照另一個(gè)變更的實(shí)施例，該裝置包括一個(gè)用于在兩個(gè)總線之間實(shí)現(xiàn)電絕緣的裝置。
按照又一個(gè)變更的實(shí)施例，該裝置包括一個(gè)電源，用于至少為兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之一供電。
按照第四個(gè)變更的實(shí)施例，該裝置包括一個(gè)從一個(gè)總線向另一總線提供有效能量的裝置。
本發(fā)明不僅限于連接兩個(gè)總線的中繼器，還可以普遍用于兩個(gè)以上的總線。
按照上述的實(shí)施例，當(dāng)兩個(gè)消息間出現(xiàn)沖突時(shí)，優(yōu)先權(quán)被授予在出現(xiàn)差別的時(shí)刻包括一個(gè)邏輯“0”的那個(gè)消息?！?”優(yōu)先于“1”的依據(jù)符合CSMA/CA協(xié)議，顯而易見(jiàn)，本發(fā)明并不僅限于這一協(xié)議，在采用另一種協(xié)議的系統(tǒng)中，也可以令“1”具有優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一在于，構(gòu)成該裝置的所有元件(除了模擬接口1和2的某些部分之外)都可以用邏輯組合和順序的可編程邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。不一定要使用微處理器或微控制器，這些可以相應(yīng)地降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和費(fèi)用。
權(quán)利要求
1.用于至少兩個(gè)通信總線(11、12)間的接口裝置，其特征是包括用于每個(gè)所述通信總線的雙向接口(1、2)，用于比較在所述接口上接收到的消息的電路(5)，用于解決時(shí)間上重疊的消息之間的優(yōu)先權(quán)沖突的電路(6)，所述沖突消解電路(6)授權(quán)通過(guò)所述一個(gè)接口或多接口(1、2)向沒(méi)有發(fā)出所述優(yōu)先權(quán)消息的通信總線傳輸優(yōu)先權(quán)消息。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是，每個(gè)雙向接口在優(yōu)先權(quán)沖突消解電路(6)輸出的授權(quán)信號(hào)(CE、TE)的作用下被鏈接到傳送授權(quán)電路(7、8)，需要在所述接口所連接的總線上傳輸?shù)南⒈粋鬟f到這一傳送授權(quán)電路。
3.按照權(quán)利要求2的裝置，其特征是，所述接口裝置被連接到第一通信總線和第二通信總線。
4.按照權(quán)利要求3的裝置，其特征是，由所述沖突消解電路確定在兩個(gè)通信總線上接收到的兩個(gè)消息的起點(diǎn)之間的時(shí)間延遲(D)。
5.按照權(quán)利要求4的裝置，其特征是，如果所述時(shí)間延遲(D)小于所述裝置的時(shí)間分辨率，開始時(shí)只要兩個(gè)消息包括相同的信息，那么就不產(chǎn)生傳輸授權(quán)信號(hào)。
6.按照權(quán)利要求4的裝置，其特征是，所述沖突消解電路(6)為收到的消息中的每一位產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)時(shí)間小于周期(T)的比較窗口(CX_COMP，TP_COMP)。
7.按照權(quán)利要求6的裝置，其特征是，當(dāng)所述時(shí)間延遲(D)小于所述比較窗口的持續(xù)時(shí)間，但卻大于該裝置的時(shí)間分辨率時(shí)，就首先把優(yōu)先權(quán)授予先開始的消息，由沖突消解電路(6)產(chǎn)生一個(gè)傳送授權(quán)信號(hào)，并且供給與沒(méi)有發(fā)出優(yōu)先權(quán)消息的那一通信總線相聯(lián)系的傳送授權(quán)電路。
8.按照權(quán)利要求5和7的裝置，其特征是，只要消息中包括不同的信息，就把優(yōu)先權(quán)授予包括一個(gè)邏輯“0”的消息，由所述沖突調(diào)解電路產(chǎn)生一傳輸授權(quán)信號(hào)(CE、TE)，供給與兩個(gè)通信總線中沒(méi)有發(fā)出優(yōu)先權(quán)消息的那個(gè)總線相聯(lián)系的傳送授權(quán)電路。
9.按照權(quán)利要求5和7的裝置，其特征是，只要消息中包括不同的信息，就把優(yōu)先權(quán)授予一個(gè)消息，該消息中包括在連接到這些總線的設(shè)備的總線接入?yún)f(xié)議中具有優(yōu)先權(quán)的信息，由所述沖突消解電路產(chǎn)生一傳輸授權(quán)信號(hào)(CE、TE)供給與兩個(gè)通信總線中沒(méi)有發(fā)出優(yōu)先權(quán)消息的那個(gè)總線相聯(lián)系的傳送授權(quán)電路。
10.按照權(quán)利要求6的裝置，其特征是，當(dāng)所述時(shí)間延遲(D)大于比較窗口的持續(xù)時(shí)間時(shí)，優(yōu)先權(quán)消息就是首先開始的那個(gè)消息，由所述沖突消解電路(6)產(chǎn)生一傳送授權(quán)信號(hào)(CE、TE)，供給與兩個(gè)通信總線(11、12)中沒(méi)有發(fā)出優(yōu)先權(quán)消息的那個(gè)總線相聯(lián)系的傳送授權(quán)電路(7、8)。
11.按照權(quán)利要求10的裝置，其特征是，所述優(yōu)先權(quán)消息按原樣被傳輸?shù)搅硪豢偩€上。
12.按照權(quán)利要求3至11之一的裝置，其特征是，所述接口(1、2)被接口到一個(gè)同軸總線或雙絞線對(duì)總線。
13.按照任一在先權(quán)利要求所述的裝置，其特征是，包括從其他總線向一個(gè)總線提供能量的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及至少兩個(gè)通信總線(11、12)之間的接口裝置(13)，包括用于每個(gè)所述通信總線的雙向接口(1、2)；用于比較從所述接口上接收到的消息的比較電路(5)；用于調(diào)解時(shí)間上重疊的消息之間的優(yōu)先權(quán)沖突的電路(6)，所述沖突消解電路(6)授權(quán)通過(guò)所述接口(1、2)向沒(méi)有發(fā)出所述優(yōu)先權(quán)消息的那個(gè)通信總線傳輸優(yōu)先權(quán)消息。本發(fā)明專用于內(nèi)部系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04L25/38GK1145558SQ96100848
公開日1997年3月19日 申請(qǐng)日期1996年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月10日
發(fā)明者帕克斯·蘭德里安娜米納納, 赫爾穆特·伯克林 申請(qǐng)人:湯姆森多媒體公司