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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Herstellung einer Schnittstelle zwischen Kommunikationsträgern in
einem Haus- und Heimelektroniknetz. Sie betrifft insbesondere einen
Verstärker,
der dazu bestimmt ist, als Schnittstelle zu dienen, insbesondere
zwischen zwei Koaxialkabeln, zwischen zwei verdrillten Paaren oder
zwischen einem verdrillten Paar und einem Koaxialkabel.
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Das Dokument „Home Systems Specification – Release
1.1 – March
15, 1992", herausgegeben
vom EHSA („European
Home Systems Association")
empfiehlt insbesondere zwei Typen von Vorrichtungen zur Zusammenschaltung
verschiedener Kommunikationsbusse: eine erste Vorrichtung, „Router" genannt, und eine zweite
Vorrichtung, Verstärker
genannt. Der „Router" ist ein Gerät, das interessante
Merkmale besitzt, ist aber auch ein relativ komplexes und kostspieliges
Gerät.
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Die vorliegende Erfindung verfolgt
das Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zusammenschalten
oder zur Schnittstellenbildung des Typs Verstärker vorzuschlagen.
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Eine Vorrichtung zum Zusammenschalten
lokaler Netze mit Konkurrenzsituation ist in der EP-A-0 081 821
beschrieben.
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Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung
zur Herstellung einer Schnittstelle zwischen mindestens zwei Kommunikationsbussen,
dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes umfasst:
eine Zweirichtungsschnittstelle
für jeden
der Kommunikationsbusse,
einen Vergleichsschaltkreis der auf
den Schnittstellen empfangenen Meldungen,
einen Schaltkreis
zum Lösen
von Vorrangskonflikten zwischen den Meldungen, die sich zeitlich überlagern, wobei
der Schaltkreis zum Lösen
von Konflikten die Übertragung
durch die Schnittstelle(n) der vorrangigen Meldung zum Kommunikationsbus
erlaubt, aus dem die vorrangige Meldung nicht stammt.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
ist jede Zweirichtungsschnittstelle mit einem Sendegenehmigungsschaltkreis
verbunden, der ihr unter der Einwirkung eines Genehmigungssignals,
das vom Schaltkreis zum Lösen
von Vorrangskonflikten stammt, eine auf den Bus zu übertragende
Meldung mitteilt, an den die Schnittstelle angeschlossen ist.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
ist die Vorrichtung zum Herstellen einer Schnittstelle an einen
ersten und an einen zweiten Kommunikationsbus angeschlossen.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
bestimmt der Schaltkreis zum Lösen
von Konflikten die Frist zwischen dem Anfang zweier auf den zwei
Kommunikationsbussen empfangener Meldungen.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
wird, wenn die Frist kleiner ist als die zeitliche Auflösung der
Vorrichtung, zuerst kein Übertragungsgenehmigungssignal
erzeugt, solange die beiden Meldungen die gleiche Information enthalten.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
legt der Schaltkreis zum Lösen
von Konflikten für
jedes Bit einer empfangenen Meldung ein Vergleichsfenster mit einer
Dauer an, die kürzer
als die Bitperiode ist.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
wird, wenn die Frist geringer ist als die Dauer des Vergleichsfensters,
jedoch größer als
die zeitliche Auflösung
der Vorrichtung, zuerst der Meldung Vorrang gegeben, die zuerst
begonnen hat, wobei ein Sendegenehmigungssignal vom Schaltkreis
zur Lösung
von Konflikten erzeugt wird und für den zum Kommunikationsbus,
aus dem die vorrangige Meldung nicht stammt, gehörenden Sendegenehmigungsschaltkreis
bestimmt ist.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
wird sobald die Meldungen unterschiedliche Informationen enthalten,
der Meldung Vorrang gegeben, die eine logische „0" enthält, wobei der Schaltkreis zur
Lösung von
Konflikten ein Übertragungsgenehmigungssignal
erzeugt, das für
den Sendegenehmigungsschaltkreis bestimmt ist, der dem der zwei
Kommunikationsbusse zugeordnet ist, aus dem die vorrangige Meldung
nicht stammt.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
wird, sobald die Meldungen unterschiedliche Informationen enthalten,
der Meldung Vorrang gegeben, die die vorrangige Information im Zugangsprotokoll
zu den Bussen der an diese Busse angeschlossenen Geräten enthält, wobei
der Schaltkreis zur Lösung
von Konflikten ein Übertragungsgenehmigungssignal
erzeugt, das für
den Sendegenehmigungsschaltkreis bestimmt ist, der dem der zwei
Kommunikationsbusse zugeordnet ist, aus dem die vorrangige Meldung
nicht stammt.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
ist, wenn die Frist größer ist
als die Dauer des Vergleichsfensters, die vorrangige Meldung die
Meldung, die zuerst begonnen hat, wobei der Schaltkreis zur Lösung von Konflikten
ein Übertragungsgenehmigungssignal
erzeugt, das für
den Sendegenehmigungsschaltkreis bestimmt ist, der dem der zwei
Kommunikationsbusse zugeordnet ist, aus dem die vorrangige Meldung
nicht stammt.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
wird die vorrangige Meldung als Ganzes zum anderen Bus übertragen.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
sind die Schnittstellen Schnittstellen zu einem Koaxialbus oder
zu einem Bus mit verdrillter Doppelleitung.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung Mittel, um einen der Busse ausgehend von
einem anderen Bus mit Energie zu versorgen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines nicht einschränkenden
Ausführungsbeispiels,
das von den Figuren dargestellt wird, in welchen:
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1 schematisch
ein Haus- und Heimelektroniknetz darstellt, das die Vorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung anwendet,
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2 in
Form eines Blockschaltbilds das dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Erfindung entsprechende Blockschaltbild darstellt,
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3 ein
Blockschaltbild des Blocks 3 der 2 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
darstellt,
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4 ein
Wirkbild des analogen Schnittstellenblocks der analogen Schnittstelle 2 der 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
darstellt,
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5 ein
logisches Diagramm des Vergleichsblocks 5 der 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
darstellt,
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die 6a bis 6h Ablaufdiagramme der verschiedenen
Signale darstellen, die von der dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
entsprechenden Vorrichtung verwendet werden,
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7a bis 7c Ablaufdiagramme bestimmter
Signale der dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechenden
Vorrichtung darstellen, und zwar im Fall, in dem ein START-Bit einer
Meldung auf einem der Busse einen Vorsprung vor einem START-Bit
einer Meldung auf dem anderen Bus hat,
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8a bis 8c Ablaufdiagramme bestimmter
Signale der erfindungsgemäßen Vorrichtung
darstellen, und zwar im Fall des Erfassens zweier START-Bits, von
denen eines einen Vorsprung mit einer maximalen Dauer vor dem anderen
hat.
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1 stellt
ein Haus- und Heimelektroniknetz dar, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung
angewandt wird. Das Netz entspricht als solches der Spezifikation „Home Systems
Release 1.1", die
im Folgenden auch „HS-Spezifikation" genannt wird und
vom European Home Systems Association (EHSA) herausgegeben wird.
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Das Netz umfasst einen ersten Träger oder Übertragungsbus 11 in
Form verdrillter Doppelleitungen und einen zweiten Träger oder Übertragungsbus 12 in
Form von Koaxialkabeln, die in einer so genannten „Passiven
Sternkonfiguration" („Passive
Star") angeschlossen
sind. Die beiden Träger
sind auf der Ebene der Verstärkungsvorrichtung 13 entsprechend
dem vorliegenden Beispiel der Erfindung zusammengeschaltet.
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Die physikalischen und elektrischen
Merkmale sowie die verschiedenen Zusammenschaltkonfigurationen der verdrillten
Doppelleitungen und Koaxialkabel, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
verwendet werden, sind in der HS-Spezifikation genauer beschrieben.
Dieses Dokument beschreibt auch das Format der Daten, das für die Kommunikation
auf diesen Trägern
verwendet wird, sowie die Kommunikationsprotokolle. In der vorliegenden
Beschreibung werden nur die Details gegeben, die für eine klare
Beschreibung der Erfindung erforderlich sind.
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Die HS-Spezifikation beschreibt zwei
verschiedene Typen Kabel aus verdrillten Doppelleitungen mit den
Bezugszeichen TP1 und TP2. Im Folgenden werden nur die verdrillten
Doppelleitungen des Typs TP1 behandelt, um den Leser nicht zu verwirren.
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Das Kabel der verdrillten Doppelleitung
TP1 umfasst nämlich
zwei verdrillte Doppelleitungen in einem gleichen Mantel. Eine dieser
Doppelleitungen wird zur Datenübertragung
verwendet, die andere zur Stromversorgung. Im Folgenden wird nur
auf die Doppelleitung Bezug genommen, die zur Übertragung von Nutzdaten dient.
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Die verdrillte Doppelleitung TP1 überträgt mit einer
Rate von etwa 9,6 kBaud ein Signal, das gemäß dem RZAMI-Code (Return to
Zero Alternate Mark Inversion) mit negativer Logik codiert ist.
Die logischen „0" werden abwechselnd
durch ein positives und ein negatives Spannungsniveau codiert, die
logischen „1" werden von einem
Nullspannungsniveau codiert. Jedem übertragenem Zeichen wird ein
Paritätsbit
hinzugefügt,
das ausgewählt
wird, um eine mittlere Gleichspannung gleich Null pro Zeichen zu
erzielen.
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Jedes Zeichen umfasst ein START-Bit,
acht Datenbits b0 bis b7 (wobei das b0 das niedrigstwertige Bit ist),
ein gerades Paritätsbit
und ein Stoppbit. Die Bits werden in dieser Reihenfolge wie unten
dargestellt übertragen.
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Das START-Bit wird immer mit positiver
Polung übertragen.
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Das Koaxialkabel überträgt die Steuerdaten („Datagram
Service") ebenfalls
mit einer Rate von 9,6 kBaud. Das entsprechende Signal ist ein Basisbandsignal.
Die Daten werden ebenfalls im RZAMI-Code codiert, in einem mit TP1
identischen Format. Das Koaxialkabel transportiert andere Signale
auf anderen Frequenzbändern.
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Beispielsweise ist der Bus TP1 an
einen Mikrowellenherd, eine Waschmaschine 15, einen Backofen 16 und
einen Geschirrspüler 17 angeschlossen.
Der Träger
des Typs TP1 ist im Allgemeinen zum Steuern eines Geräts bestimmt.
Der Bus TP1 selbst ist als „Verkettung" (oder „daisy
chain" in der englischen
Terminologie) konfiguriert: er umfasst ein zentrales Kabel, auf
das die Kabel hinzugefügt
werden, die zu den verschiedenen Geräten führen, darunter zum Verstärker 13.
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Der Koaxialträger ist eher zur Übertragung
von Audio- oder
Videosignalen bestimmt, die geeignet codiert oder moduliert werden,
wobei die verfügbare
Bandbreite breiter ist als auf den verdrillten Dopelleitungen.
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Natürlich zirkulieren auch die
Steuerdaten auf diesem Bus. Die an diesen Bus angeschlossenen Geräte sind
beispielsweise ein Satellitensignaldecodierer 20, an den
eine Satellitenempfangsschüssel 18 für Signale
angeschlossen ist, die von Satelliten ausgestrahlt werden, und eine
Funkantenne 19, ein oder mehrere Fernsehgeräte 21 und 22 und
ein Videorekorder 23. Der Decodierer 20 ist an
den Bus über
den Ausgang seines UHF-Modulators angeschlossen. Der Koaxialbus
selbst hat gemäß dem vorliegenden
Beispiel eine so genannte „Passive
Stern"-Konfiguration.
Diese Konfiguration besteht aus einem zentralen Multikanal-Separator 24,
an den die Enden von Koaxialkabeln angeschlossen sind, dessen anderes
Ende an die oben genannten Geräte
angeschlossen ist. Ein Koaxialkabel verbindet den Separator 12 und
den Verstärker 13.
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Die Aufgabe des Verstärkers besteht
darin, die Verbindung verdrillte Doppelleitung – Koaxialkabel hinsichtlich
der Steuerdaten mit der Rate von 9,6 kBaud transparent zu machen.
Der Verstärker
erfüllt
auch die Aufgabe der Verwaltung der Kollisionen von Daten, die auf
den Bussen, die er verbindet, gesendet werden.
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Es ist offensichtlich, dass eine
solche Funktion aufgrund des Unterschieds der gemäß HS-Spezifikation
auf den beiden Trägern
des verfügbaren
Frequenzbereichs nicht zwischen dem Bus TP1 und dem Koaxialbus für auf dem
Koaxialbus laufende Signale des Typs Video mit einer Bandbreite
hergestellt wird, die sich den 6 MHz nähert. Im Rahmen des vorliegenden
Beispiels wird nur der Steuerdatenkanal („Datagram Service") zu 9,6 kBaud besprochen.
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Bestimmte Aspekte der Aufgabe eines
Verstärkers
werden in der HS-Spezifikation und insbesondere im Absatz 7.1.3.1
des Teils „Architecture" behandelt.
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Die verschiedenen an das Netz angeschlossenen
Geräte
wenden ein Protokoll zum Zugreifen auf den Bus an, an den sie angeschlossen
sind. Dieses Protokoll trägt
die Bezeichnung CSMA/CA („Carrier
Sense Multiple Access with Collision Avoidance" in englischer Terminologie) und ist
genauer in der HS-Spezifikation im Teil TP1, Paragraph 3.5.i.a.
beschrieben.
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Das Protokoll kann wie folgt zusammengefasst
werden:
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Ein Gerät überwacht die Tätigkeit
des Netzes über
den Bus, an den es angeschlossen ist. Wenn es eine Meldung senden
will, muss seit der letzten auf dem Übertragungsträger (oder
einem Kanal dieses Trägers)
verzeichneten Aktivität
eine Mindestzeit von t0 verstrichen sein. Im Rahmen des vorliegenden
Beispiels entspricht diese Zeit t0:
10 ms + zwei Bitperioden
= 12,290 ms
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Die Zuordnung eines Kanals des Übertragungsträgers zu
einem von mehreren Geräten
erfolgt durch Vergleichen der gesendeten und der empfangenen Signale
auf der Ebene jedes Geräts.
Während
es eine logische „1" überträgt, versucht ein Gerät zu erkennen,
ob ein anderes Gerät
eine „0" überträgt. Wenn beide Geräte jeweils
eine logische „1" und eine logische „0" übertragen, hat die logische „0" den Vorrang.
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Wenn ein Unterschied zwischen dem
gesendeten und dem empfangenen Signal erfasst wird, stellen die
Geräte,
die eine logische „1" senden, das Senden
ein, während
das Gerät,
das eine „0" sendet, seine Sendung
fortsetzt. Die anderen Geräte
warten, bis der Sender wieder frei ist, um das Senden wieder aufzunehmen.
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Dieses Verhalten der zu beiden Seiten
des Verstärkers
angeschlossenen Geräte
wird von Letzterem genutzt.
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2 stellt
ein Wirkbild des Verstärkers
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
dar. Die Pfeile stellen die Zirkulation der Signale zwischen den
verschiedenen Blöcken
dar. Zwei Pfeile in entgegen gesetzte Richtung auf einer Linie zeigen
an, dass die Signale in beide Richtungen zirkulieren.
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Im Allgemeinen werden die folgenden
Regeln verwendet:
TP bezeichnet die verdrillten Doppelleitungen
oder die darauf zirkulierenden Signale,
CX bezeichnet die Koaxialkabel
oder die darauf zirkulierenden Signale,
RX bezeichnet die empfangenen
Signale,
TX bezeichnet die zu sendenden Signale und
RZ
bezeichnet eine Codierung in Zurück
zu Null-Code („Return
to Zero").
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Die Signale, die im Inneren des Verstärkers zirkulieren,
werden im umgekehrten RZ-Code (Umgekehrte Rückkehr zu Null) im Gegenteil
zu den im RZAMI-Code auf den zwei verbundenen Bussen codierten Signalen
codiert. Die Codewandlung erfolgt durch die Blöcke 1 und 2,
damit der Verstärker
an binären
logischen Signalen mit nur zwei Spannungsniveaus arbeiten kann.
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Der RZ-Code ist dem Fachmann gut
bekannt. Die „0" werden mit Hilfe
von Nullspannungsstufen codiert, während die „1" von in etwa Rechteckimpulsen codiert
werden, wobei die Besonderheit dieses Codes darin liegt, dass zwei „1", die auf einander
folgen, durch zwei getrennte Impulse und nicht durch einen Impuls mit
doppelter Breite codiert werden. Der umgekehrte RZ-Code codiert
die „0" und nicht die „1" mit Hilfe von Impulsen.
Eine Prozentsatzanzeige, die auf die zwei Buchstaben RZ folgt, zeigt
das zyklische Verhältnis
an (Dauer eines Impulses im Vergleich zur Gesamtdauer eines Bits).
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Der RZAMI-Code codiert die „1" durch Nullstufen,
während
die „0" durch Impulse mit
abwechselnd positiver und negativer Polung codiert werden. Die 7, die weiter unten besprochen wird, gibt
Beispiele der beiden Codes.
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Der Block 1 stellt die analoge
Schnittstelle zwischen dem Verstärker
und dem Bus verdrillter Doppelleitungen dar. Dieser Block ist an
zwei differenzielle Leitungen TP1+ und TP1- am Eingang und am Ausgang angeschlossen.
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Der Block 2 stellt die analoge
Schnittstelle zwischen dem Verstärker
und dem Koaxialbus dar.
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Die Blöcke 1 und 2 führen die
Umwandlung des RZAMI-Leitungscode
in RZ-Code mit umgekehrter Logik beim Empfang durch und führen die
umgekehrte Umwandlung beim Senden durch.
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4 zeigt
den Schnittstellenblock Verstärker-Koaxial 2,
der im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet
wird.
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Dieser Block 2 umfasst zwei
getrennte Teile: die Sendeeinheit 41 und die Empfangseinheit 42.
Zuerst wird die Empfangseinheit 42 beschrieben, während die
Sendeeinheit weiter unten präsentiert
ist, wobei diese Einheit Signale benutzt, die von Blöcken erzeugt
werden, deren Funktionen noch nicht angeschnitten wurden.
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Die Empfangseinheit 42 umfasst
einen Clampingschaltkreis 49 des bekannten Typs, der dazu
bestimmt ist, die Gleichspannung des vom Koaxialkabel empfangenen
Signals in halbem Abstand zwischen VCC und GND auf eine Spannung
zu clampen, die zum Beispiel 2,5 V beträgt. Das geclampte Signal wird
mit einem oberen Schwellenwert V+ und mit einem unteren Schwellenwert
V- verglichen, die dazu bestimmt sind, positive und negative Impulse
zu erfassen. Ein erster Komparator liefert ein niedriges logisches
Niveau, wenn das geclampte Signal den Schwellenwert V+ übersteigt,
während
ein zweiter Komparator ein niedriges logisches Niveau liefert, wenn
das geclampte Signal geringer ist als der Schellenwert V-. Der Vergleich
erfolgt durch zwei Komparatoren, deren Ausgänge einem logischen „ODER" unterworfen sind
(das durch den Anschluss der Ausgänge an die beiden Komparatoren
erfolgt), wobei dieser Ausgang danach umgekehrt wird.
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Das daraus resultierende Signal CX_RX_RZ
wird daher nach einem umgekehrten RZ-Code codiert.
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Das Funktionieren des Blocks 1 ist ähnlich wie
das des Blocks 2, der wesentliche Unterschied besteht in
der Verwendung von Differenzsignalen auf den beiden Leitungen TP1+
und TP1-. Die Funktionen des Blocks 2 können vom Fachmann an Differenzsignale
angepasst werden, wie zum Beispiel die auf den Leitern TP1+ und
TP1- der Kabel verdrillter Doppelleitungen anliegenden. Die Codewandlungskonzepte
bleiben gleich.
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Im Empfang wird das von Block 1 umgewandelte
Signal TP_RX_RZ bezeichnet.
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Die Signale TP_RX_RZ und CX_RX_RZ
werden jeweils von den Blöcken 3 und 4 der 2 verarbeitet. Die 3 zeigt das Funktionieren
des Blocks 3 eingehender. Der Block 4 funktioniert
ganz und gar ähnlich.
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Der Block 3 filtert das
Signal TP_RX_RZ durch ein Filter 31, das zuerst ein Abtasten
des Signals durchführt.
Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wird das logische Niveau, das die Abtastwerte darstellen, nur anerkannt,
wenn es von mindestens 3 aufeinander folgenden Abtastwerten bestätigt wird.
Das so gefilterte Signal wird von einem Abtaster 33 im
Rhythmus eines Systemtaktgebers CLK 32 neu abgetastet,
der deutlich schneller ist, als der Bit-Taktgeber. Der Systemtaktgeber
besitzt zum Beispiel eine Periode von 814 ns, was einer Frequenz
von 1,23 MHz entspricht. Der Systemtaktgeber ist daher 128 Mal schneller
als der Bit-Taktgeber zu 9,6 KHz.
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Das am Ausgang des Blocks 3 gefilterte
und abgetastete Signal hat das Bezugszeichen TP.
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Der Block 3 umfasst einen
Zähler 34,
der auf Null zurückgestellt
wird, wenn ein START-Bit im empfangenen Signal erfasst wird. Der
Zähler 34 ist
an den Systemtaktgeber angeschlossen und zählt die Anzahl der Systemtaktgeberperioden
seit dem Erfassen dieses Bit. Ein START-Bit ist zu Beginn jedes übertragenen
Zeichens anwesend.
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Das START-Bit wird von einem Detektor 35 erfasst,
wenn ein logisches Niveau „0", das heißt ein positiver
Impuls auf einem der Busse erfasst wird, wenn dieser inaktiv war,
oder wenn zuvor ein Stopp-Bit erfasst wurde. Der Ausgang des Detektors 35 ist
an den Eingang der Rückstellung
auf Null des Zählers 34 angeschlossen.
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Ausgehend vom Zählerwert erzeugt ein Decodierer 36 ein
Signal, das das Anliegen oder nicht einer Übertragung auf dem Bus anzeigt,
dem er zugeordnet ist. Wie bereits weiter oben erwähnt, umfasst
ein Zeichen 11 Bit, was 1408 Systemtaktgeberperioden entspricht.
Der Decodierer liefert ein Signal, das solange ein aktives logisches
Niveau hat, wie der Zustand des Zählers zwischen 1 und 1408 liegt.
Das vom Decodierer des Blocks 3 gelieferte Signal hat das
Bezugszeichen T, während
das vom Block 4 gelieferte Signal das Bezugszeichen C hat.
Natürlich
bleiben die Signale T und C inaktiv, solange kein START-Bit empfangen
wurde.
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Der Zähler wird zum Erzeugen anderer
Signale in der Vorrichtung verwendet, wie dies bei der Beschreibung
der anderen Blöcke
dargelegt ist. Aus Klarheitsgründen
stehen die Verbindungen zwischen dem Zähler und den anderen Blöcken nicht
in 2.
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Der Block 4 ist ähnlich wie
Block 3, aber er empfängt
das Signal CX_RX_RZ und liefert die Signale CX und C, die jeweils
den Signalen TP und T entsprechen.
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Der Vergleichsblock 5 vergleicht
die Signale TP und CX und erfasst die Unterschiede zwischen den Bits,
die von diesen Signalen dargestellt werden. Der Block liefert zwei
Signale: T1 und C1. T1 wird zum ersten Mal aktiviert, wenn TP anders
ist als CX und TP auf niedrigem Niveau ist (das heißt, dass
eine „0" auf dem Bus verdrillte
Doppelleitung identifiziert wird). Es wird erst am Ende der Meldung
deaktiviert, die vom Bus verdrillte Doppelleitung kommt. C1 wird
zum ersten Mal aktiviert, wenn TP anders ist als CX und CX, auf
niedrigem Niveau ist (das heißt,
wenn eine „0" auf dem Koaxialbus
identifiziert wurde). Es wird erst am Ende der Meldung deaktiviert,
die vom Koaxialbus kommt.
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T1 und C2 sind nie gleichzeitig aktiv.
Ein logisches Schema des Blocks 5 ist in 5 gegeben.
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Das Vergleichen der Signale CX und
TP erfolgt nur, während
des zeitlichen Fensters COMP, das vom Block 6 erzeugt wird,
dessen Merkmale weiter unten präzisiert
werden. Es reicht im Augenblick zu wissen, dass das Vergleichsfenster
so erzeugt wird, dass ein Vergleich erlaubt wird, wenn die Signale
TP und CX unterschieden werden können,
im vorliegenden Fall während
eines Teils der ersten Hälfte
einer Bitperiode, wenn TP und CX im RZ-Code 50% codiert sind. Bei
der ersten Stufe des Blocks 5 (Stufe 51), wird ein logisches „UND" zwischen jedem der
Signale TP und CX und dem Signal COMP durchgeführt.
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Die Stufe 52 führt dann drei exklusive „ODER" durch, wobei jedes
dazu bestimmt ist, eine der folgenden Bedingungen zu testen:
„CX ist
gleich 1"
„TP ist
gleich 1"
„CX ist
nicht gleich TP"
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Eine dritte Stufe, bestehend aus
zwei „UND" mit je zwei Eingängen kombiniert
die Ergebnisse dieser Tests und liefert logische Signale, die den
folgenden Bedingungen entsprechen:
„CX ist gleich 1" UND „TP ist
nicht gleich CX"
„TP ist
gleich 1" UND „TP ist
nicht gleich CX"
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Die Signale an den Ausgängen der
beiden „UND" werden jeweils mit
CXE und TPE in 5 bezeichnet.
Jedes dieser zwei Signale steuert das Stellen auf den logischen
Zustand „1" einer von zwei Kippschaltungen
(Stufe 54), deren jeweilige Ausgänge
Q den Signalen C1 und T1 entsprechen.
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Eine erste Kippschaltung empfängt auf
ihrem Taktgebereingang das Signal CXE, auf ihrem Eingang D eine
Spannung VCC, die einer logischen „1" entspricht. Die Kippschaltung kann
von einer logischen „1" auf einem der drei
folgenden Signale auf Null gestellt werden: ein generisches „RESET"-Signal, das zum
Beispiel beim Initialisieren des Schaltkreises aktiv ist, das Signal
NON(C), wobei C die Anwesenheit einer Meldung auf dem Koaxialbus
anzeigt, und schließlich
das Signal T1, das von der zweiten Kippschaltung kommt. Das Signal NON(C)
stellt die Kippschaltung am Ende der Meldung auf dem Koaxialbus
auf Null zurück.
Die Rückstellung auf
Null über
T1 dient dazu, eventuellen Störungen
vorzubeugen, die C1 auf 1 stellen können, während T1 aktiv ist.
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Der Ausgang Q der ersten Kippschaltung
entspricht der Kippschaltung C1.
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Die zweite Kippschaltung hat die
gleichen Konzepte wie die erste Kippschaltung, um T1 an Stelle von C1
zu erzeugen.
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Der Block 6 ist der Block,
der über
das Verhalten des Verstärkers
in Abhängigkeit
von den Signalen entscheidet, die auf dem Bus, den er zwischenschaltet,
anwesend sind. Der Block 6 empfängt die Signale TP und T, CX
und C sowie die Signale T1 und C1.
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Der Block 6 erstellt die
Signale TE und CE, die jeweils die Übertragung der Signale erlauben,
die auf dem Bus verdrillter Doppelleitungen präsent sind, zum Koaxialbus und
umgekehrt. Diese Signale steuern die Blöcke 7 und 8,
die weiter unten beschrieben sind.
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Die 6a und 6d geben ein Beispiel von
Signalen, wie sie auf dem Koaxialkabel und TP1+ erfasst werden.
Die Sequenz der gegebenen Bit entspricht „001" für
das Koaxialkabel und „000" für TP1+.
Die 6b und 6e zeigen die entsprechenden
Signale CX_RX_RZ und TP_RX_RZ, wie sie sich am Ausgang des Blocks 2 präsentieren.
Zur Klarheit der Erklärungen
wird im Folgenden vorausgesetzt, dass die Signale CX und TP gleich
sind wie die Signale CX_RX_RZ und TP_RX_RZ.
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Ausgehend von den Zuständen der
Zähler
der Blöcke 3 und 4 erzeugen
die Decodierer, die am Ausgang dieser Zähler angeordnet sind, für jedes
Bit ein Vergleichsfenster mit der Breite T/4, wobei T die Periode des
Bittaktgebers ist. Dieses Vergleichsfenster dauert vom Augenblick
T/8 bis zum Augenblick 3T/8 jedes Bits, zentriert um die Mitte des
positiven Impulses. Die gegebenen Werte sind für den RZ-Code zu 50% angepasst wie
in den 6a, 6b, 6d und 6e dargestellt.
In diesem Fall dauert der einer logischen „0" entsprechende Impuls nämlich nur
T/2. Natürlich
ist es möglich,
andere Breiten und Stellen der Vergleichsfenster zu verwenden, im
Fall dieses Codes zu 50%, spezieller jedoch im Fall eines unterschiedlichen
Codes.
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Die Vergleichsfenster, die sich aus
den Signalen der 6b und 6e ergeben, sind auf den
Ablaufdiagrammen der 6c und 6f dargestellt. Der Block 6 erzeugt
ein logisches „UND" zwischen diesen
beiden Fenstern. Das Ergebnis dieses „UND", COMP genannt, wird durch das Ablaufdiagramm
der 6h dargestellt.
Der Vorsprung eines Fensters im Vergleich zum anderen wird D genannt,
die Breite des Fensters COMP beträgt T/4-D. 6g übernimmt
die 6c, um noch klarer
den durchgeführten
Vergleich zu zeigen.
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Der Block 6 unterscheidet
drei verschiedene Fälle:
A, B und C, die jeweils einem anderen Bereich für D entsprechen.
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Im Fall A ist der Vorsprung D geringer
als eine Periode des Systemtaktgebers, welche Periode gemäß dem vorliegenden
Beispiel 814 ns beträgt.
Ein START-Bit wurde auf den zwei Bussen erkannt. Da der Vorsprung
kleiner ist als die zeitliche Auflösung der Vorrichtung, ist es
möglich
zu sagen, welches der beiden Signale zuerst gesendet wurde.
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Zuerst werden weder CE noch TE aktiviert,
solange die beiden Signale zu beiden Seiten des Verstärkers identisch
sind, das heißt
solange die Signale C1 und T1 im inaktiven Zustand sind.
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Sobald der Vergleich der Signale
TP und CX einen Unterschied zwischen den Signalen auf den beiden Bussen
zeigt, geht eines der Signale C1 oder T1 auf den aktiven Zustand über. wie
oben beschrieben, zeigt C1, dass TP und CX unterschiedlich sind,
und dass das laufende Bit auf CX ein Bit „0" ist. Symmetrisch zeigt T1, dass TP
und CX unterschiedlich sind, und dass TP eine logische „0" anzeigt. Da die
logische „0" den Vorrang gegenüber der
logischen „1" aufgrund des Zugriffsprotokolls
auf die Geräte
des Netzes hat, aktiviert der Block 6 das Signal TE, wenn
T1 aktiv ist, und das Signal CE, wenn C1 aktiv ist. In diesem Fall
wird die Übertragung
einer Meldung auf einem ersten der zwei Busse zu dem zweiten Bus
genehmigt. Da die vom Verstärker übertragene
Meldung eine logische „0" im Augenblick enthält, in dem
ihr Passieren genehmigt wird, sind das oder die sendenden Geräte auf dem zweiten
Bus in der Lage, die Ankunft dieser Meldung zu erfassen und stoppen
ihr Senden. Da der Anfang der Meldung auf den zwei Bussen gleich
war, wird keine Information der übertragenen
Meldung verloren. Da die Geräte
ihr Senden unterbrochen haben, nehmen sie das Senden ihrer Meldung
ab dem Beginn dieser wieder auf. Diese unterbrochenen Meldungen
sind daher ebenfalls nicht verloren. Sobald es aktiviert ist, wird
entweder das Signal TE oder das Signal CE bis zum Ende der zum zweiten Bus übertragenen
Meldung aktiv gehalten, was die komplette Übertragung der Meldung auf
diesen zweiten Bus garantiert.
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Im Fall B liegt die Dauer D zwischen
einer Systemtaktgeberperiode und einem Viertel der Bittaktgeberperiode
(T/4), im vorliegenden Fall zwischen 814 ns und 26 μs. Wie weiter
oben präzisiert,
entspricht der Wert 814 ns der zeitlichen Auflösung des Systems. Der Wert
T/4 ist die Breite der Vergleichsfenster. Man erkennt in 6h problemlos, dass das
Fenster COMP verschwindet, wenn die Dauer D größer ist als T/4.
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Im Fall B wird zuerst die der zwei
Meldungen übertragen,
die den Vorsprung gegenüber
der anderen hat: wenn das START-Bit von TP zuerst erfasst wird,
aktiviert der Block 6 TE, während CE inaktiv bleibt und, wenn
das START-Bit von CX zuerst erkannt wird, wird CE aktiviert, während TE
inaktiv bleibt.
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Die Signale TP und CX werden ständig von
Block 5 verglichen. Wenn das Signal C1 aktiviert wird,
aktiviert der Block 6 das Signal CE (wobei TE inaktiv bleibt),
während,
wenn das Signal T1 aktiviert wird, der Block 6 das Signal
TE aktiviert (während
CE inaktiv bleibt).
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Mit anderen Worten, wenn die zwei
Meldungen jeweils auf einem der Busse mit einem Abstand von weniger
als T/4 gesendet werden, wird die zuerst gesendete Meldung zuerst
zu dem Bus übertragen,
auf dem die als zweite gesendete Meldung zirkuliert. Diese Übertragungsgenehmigung
ist insofern vorübergehend,
als beim Verschwinden der Ungleichheit zwischen den Meldungen der
Vorrang sofort der Meldung gegeben wird, die beim Erfassen der Ungleichheit
eine logische „0" sendet. Es kann
daher in bestimmten Fällen
ein Umkehren der Übertragungsrichtung
von einem Bus zum anderen auftreten. Die Tatsache, dass die Übertragungsrichtung
sogar innerhalb eines Bits umgekehrt wird, erlaubt es dem die Meldung
sendenden Gerät,
das im gleichen Augenblick eine logische „1" überträgt, die
logische „0" zu erfassen, die
vom anderen Gerät übertragen wird,
und seine eigene Übertragung
entsprechend und in Übereinstimmung
mit dem Protokoll CSMA/CA zu stoppen. Die Übertragungsrichtung wird bis
zum Ende der Meldung beibehalten.
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Der letzte Fall, der Fall C, tritt
auf, wenn die Frist D zwischen den START-Bits größer ist als T/4. In diesem
Fall hat die erste von der Vorrichtung entsprechend dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
erfasste Meldung den Vorrang: TE oder CE wird daher vom Block 6 aktiviert.
Bis zum Ende der Meldung wird keine Übertragungsrichtungsänderung
erlaubt.
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Die 7a, 7b und 7c stellen die Ablaufdiagramme der Signale
C, T, C1, T1, CE und TE dar, wenn ein START-Bit einer Meldung auf
dem Bus der verdrillten Doppelleitungen zuerst erfasst wird. Das
ist durch die Tatsache ersichtlich, dass die steigende Flanke von
T einen Vorsprung auf die steigende Flanke von C hat, was das Aktivieren
von TE zur Folge hat und daher die Übertragung zum Koaxialbus.
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7a stellt
den Fall dar, in dem nach dem Erfassen eines Unterschieds zwischen
dem auf dem Bus der verdrillten Doppelleitungen vom Verstärker empfangenen Meldung
und der Meldung festgestellt wird, die auf dem Koaxialbus empfangen
wird, wobei der Konflikt zugunsten der Meldung auf dem Bus der verdrillten Doppelleitungen
gelöst
wird, wobei T1 anzeigt, dass diese die Meldung ist, die im Augenblick,
in dem dieser Unterschied erfasst wird, eine „0" umfasst. TE wird daher aktiv gehalten,
solange T aktiv ist.
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7b stellt
den Fall dar, bei dem der Konflikt zugunsten der Meldung auf dem
Koaxialbus gelöst
wird. TE wird dabei deaktiviert, während CE aktiviert wird, solange
C aktiv bleibt.
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7c zeigt
den Fall, in dem kein Konflikt erfasst wird.
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Die 7a bis 7c erlauben es auch, das
Funktionieren des Systems zu beschreiben, wenn C einen Vorsprung
vor T hat. Aufgrund der Symmetrie des Systems reicht es, die Bezugszeichen
T und C auszutauschen.
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Die 8a, 8b und 8c zeigen den Fall, bei dem die Frist
zwischen den Star-Bits kürzer
ist als die Dauer einer Systemtaktgeberperiode: der Schaltkreis
nimmt an, dass die steigenden Flanken der Signale C und T gleichzeitig
ankommen. Solange die Signale C1 und T1 inaktiv sind, das heißt solange
die Meldungen auf beiden Seiten des Verstärkers identisch sind, wird
weder TE noch CE aktiviert.
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Sobald ein Unterschied zwischen den
Meldungen erfasst wird, wird wie zuvor erklärt der Meldung, die eine logische „0" darstellt, der Vorrang
zugewiesen. Im vorliegenden Fall wird CE bis zum Ende der Meldung, die
vom Koaxialkabel (8a)
kommt, aktiviert, während
C1 aktiv ist, während,
wenn T1 aktiv ist, TE aktiviert wird, solange die Meldung, die vom
Bus TP kommt nicht abgeschlossen ist (8b).
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Die 8c zeigt
den Fall, bei dem die Meldungen auf zwei Bussen während der
gesamten Dauer dieser Meldungen identisch sind.
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Die Blöcke 7 und 8 erlauben
die Passage der Signale CX oder TP zu den Schnittstellenblöcken 2 und 1 oder
auch nicht. Der durchgehende Zustand oder nicht wird vom Zustand
der Signale CE oder TE bestimmt. Gemäß einer besonders einfachen
Ausführungsform
umfassen die Blöcke 7 und 8 jeder
ein logisches „UND" an zwei Eingängen. Außerdem erzeugen
diese Blöcke
Signale CX_Q und TP_Q, die die Parität der jeweiligen Impulse auf
TP und CX anzeigen: diese Signale erlauben es den Schnittstellenblöcken 2 und 1,
die Polung der Impulse AMI auf dem Koaxialbus und dem Bus verdrillte
Doppelleitungen umzukehren. Die Signale CX_Q und TP_Q werden zum
Beispiel von Kippschaltungen erstellt, die die Signale CX und TP
jeweils durch zwei teilen. Die Kippschaltungen werden natürlich beim
Erfassen der jeweiligen START-Bits auf Null zurückgestellt und reagieren auf
den steigenden Flanken von CX und TP.
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Die Signale CX und TP werden gegebenenfalls
an die Blöcke 2 und 1 übertragen,
das heißt
an die analogen Schnittstellen zwischen dem Verstärker und
den Bussen. Das Senden der Daten auf den Bus erfolgt im Block 2 über die
Einheit 42, die in 4 dargestellt
ist.
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Die Sendeeinheit 42 umfasst
das Signal CX_TX_RZ, das vom Block 7 erstellte logische
Signal. Diese Einheit empfängt
andererseits von Block 7 das Signal CX_Q. Das Signal CX_Q
gibt die Parität
der aktuell auf den Bus TP übertragenen
Impulse. Die Kenntnis dieser Information erlaubt es einerseits,
das erste Bit (START-Bit) mit einem positiven Impuls zu codieren,
wie dies insbesondere von der HS-Spezifikation gefordert wird, andererseits,
die „0" abwechselnd mit
einem positiven und einem negativen Impuls zu codieren.
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Symmetrisch dazu empfängt der
Block 1 ein Signal TP_Q, das vom Block 8 erzeugt
wird.
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Das Signal CX_TX_RZ wird einem ersten
logischen „UND" 43 mit dem von einem
Umkehrer 44 umgekehrten Paritätssignal unterzogen, und einem
zweiten logischen „UND" 45 mit dem nicht
umgekehrten Paritätssignal.
Der Ausgang des ersten „UND" steuert das Schließen eines
Schalters 46 auf aktiven Zustand, der eine Gleichspannung
mit dem Koaxialkabel verbindet, während der Ausgang des zweiten „UND" das Schließen eines
Schalters 47 der eine Erdungsspannung mit dem Koaxialkabel
verbindet, auf aktiven Zustand steuert.
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Daher kann das auf dem Bus präsente Signal
zum anderen Bus übertragen
werden.
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Das Koaxialkabel ist an die Einheit 41 wie
auch an die Einheit 42 über
einen Clamping-Kondensator 48 angeschlossen.
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Gemäß einer Ausführungsvariante
umfasst die Vorrichtung zwei analoge Schnittstellen des gleichen Typs.
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Gemäß einer anderen Ausführungsvariante
umfasst die Vorrichtung Mittel zum galvanischen Isolieren zwischen
den beiden Bussen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante
umfasst die Vorrichtung eine elektrische Stromversorgung, die dazu
bestimmt ist, mindestens eines der beiden Netze zu speisen.
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Gemäß einer vierten Ausführungsvariante
umfasst die Vorrichtung Mittel zum Speisen eines der Busse ausgehend
von der auf dem anderen Bus verfügbaren
Energie.
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Die Erfindung beschränkt sich
nicht auf einen Verstärker,
der zwei Busse verbindet, sondern kann auf mehr als zwei Busse verallgemeinert
werden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel, das hier beschrieben
wurde, wird bei einem Konflikt zwischen zwei Meldungen der Vorrang
der Meldung gegeben; die eine logische „0" in dem Augenblick enthält, in dem
die Meldungen beginnen, sich zu unterscheiden. Die Tatsache, dass
die „0" Vorrang vor der „1" hat, rührt vom
Protokoll CSMA/CA her. Natürlich
beschränkt
sich die Erfindung nicht auf dieses Protokoll und, in einem System, das
einen anderen Protokolltyp verwendet, kann die „1" vorrangig sein.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht
darin, dass die Einheit der Elemente, die die Vorrichtung bilden
(mit Ausnahme bestimmter Teile der analogen Schnittstellen 1 und 2)
in einem logischen programmierbaren Schaltkreis in Form einer kombinierenden
und sequentiellen Logik implementiert werden kann. Ein Mikroprozessor oder
Mikrocontroller ist nicht zwingend erforderlich, was die Komplexheit
und die Systemkosten entsprechend verringert.