(57)【要約】通信バスシステムの中のステーションは、信号伝送線路に接続される。前記ステーションは前記伝送線路に結合された波スプリッタと、前記波スプリッタから前記伝送線路上を進行する進行波信号を送信するため前記波スプリッタの入力に結合された送信セクションとを含む。前記ステーションは、コネクタから波スプリッタの中に向かって進行する入力波信号を受信するため波スプリッタの出力に結合された受信セクションを含む。前記ステーションは、前記送信セクションによって送信される波の反射を前記受信セクションが検知するか検知しないかにより、前記伝送線路に接続される追加の装置の有無に従って異なる制御モードで作動するように構成された制御ユニットを持つ。
2004501457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信バスシステムの中でステーションとして使用する装置であって、前記装置は、
信号伝送線路に前記装置を接続するコネクタと、
前記通信バスシステムにおいて前記信号伝送線路に接続される追加の装置の有無に従って作動するように構成された制御ユニットと、
前記コネクタに結合される波スプリッタと、
前記波スプリッタから前記伝送線路上を進行する進行波信号を送信するため前記波スプリッタの入力に結合された送信セクションと、
前記コネクタから前記波スプリッタの中に向かって進行する入力波信号を受信するため前記波スプリッタの出力に結合された受信セクションとを備え、前記制御ユニットは、前記受信セクションが、前記送信セクションによって送信される波の反射を検知しないか検知するかにより、追加の装置の有無に従って作動するように構成される装置。
【請求項２】
通信バスシステムの中でステーションとして使用する集積回路デバイスであって、前記デバイスは、
信号伝送線路に前記デバイスを接続する外部端子と、
前記通信バスシステムにおいて前記信号伝送線路に接続される装置の有無に従って作動するように構成された制御ユニットと、
前記外部端子に結合された波スプリッタと、
前記波スプリッタから前記伝送線路上を進行する進行波信号を送信するため前記波スプリッタの入力に結合された送信セクションと、
前記コネクタから前記波スプリッタの中に向かって進行する入力波信号を受信するため前記波スプリッタの出力に結合された受信セクションとを備え、前記制御ユニットは、前記受信セクションが前記送信セクションによって送信される波の反射を検知しないか検知するかにより、前記装置の有無に従って作動するように構成される、集積回路デバイス。
【請求項３】
信号伝送線路が前記コネクタに接続され、追加の装置が前記信号伝送線路に接続され、前記追加の装置は、前記信号伝送線路に接続された終端セクションを備え、前記終端セクションは、前記追加の装置が作動可能で前記バス通信システムに接続されたステーションとして機能するときに前記伝送線路の伝送線路インピーダンスに実質的に整合するインピーダンスを前記信号伝送線路に供給する、請求項１に記載の装置を備えるバス通信システム。
【請求項４】
バス通信システムを制御する方法であって、コネクタを介した前記バスシステムへのステーション接続は、前記コネクタを介して送信波信号を送信し、前記コネクタで受信する反射波を分離することによって検知され、前記バスシステムは、送信波信号の反射の不検知と検知とにそれぞれ応じて前記の追加のステーションの有無に従って作動する、バス通信システム制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、複数のステーションが信号伝送線路によって接続されることによって、ＵＳＢバスなどのバスを使うステーション間で通信が可能となる通信バスシステムに関する。ＵＳＢシステムはコネクタを持ち、ユーザは、たとえシステムが作動しているときでも、ステーションを随意に接続および切断できる。本システムはステーションがコネクタに接続されているかいないかを検知し、接続されている場合には、接続されたステーションを論理的にシステムに組み込むので、ステーションとの通信が可能となる。本システムはまた、ステーションが切断されている状況を検知し、切断されている場合には、そのステーションをシステムから論理的に解放するので、そのステーションとの通信はそれ以上実行または期待されない。この自動組み込み・解放は、専門家でない消費者にとってシステムを扱いやすいものにする重要な特徴である。
【０００２】
ＵＳＢシステムでは、一つのステーション、たとえばパーソナルコンピュータがバス構造のルートに位置する。このステーションはバスマスタである。このステーションは一つまたは複数のコネクタを持ち、このコネクタを使用すれば「下流」ステーションに、コネクタに接続された各々のケーブルを介して、ルートを接続できる。ＵＳＢシステムで、下流ステーションもまたコネクタを持つことがあり、そのコネクタを使えば、ツリー構造の中で下流ステーションを後続の下流ステーションに次々に接続できる。このようにしてルートに直接的にか間接的に結合される相互に接続されたステーションがまとまってバスシステムを形成する。
【０００３】
すべてのコネクタが永久的に下流ステーションに接続されることは必要ない。本システムのユーザは任意に、下流ステーションを接続または切断したり、コネクタを必要に応じて不使用の状態で放置しうる。本システムは下流ステーションがコネクタに接続されているか、あるいはコネクタから切断されているかを検知し、それに対応して作動し、下流ステーションが接続されていないコネクタを介してはメッセージコマンドなどは伝送されない。ＵＳＢシステムにおいて、ステーションの存在の検知は、抵抗器を通じて引き出される電流を使って実行する。各下流ステーションは、下流ステーションをコネクタに接続するケーブルに接続された抵抗器を含み、前記コネクタを介して下流ステーションはバスシステムに接続される。下流ステーションがバスに接続されているときは、その抵抗器がケーブルを介して電流を引き出す。この電流はケーブル上の電圧に変化を生じさせ、その変化は、コネクタによって下流ステーションに接続された別の「上流」ステーションによって検知される。
【０００４】
通常、切断の検知は、バス上での通信の「沈黙」期を使う。ＵＳＢバスの場合は、この目的のためのタイムスロットが予約されており、その期間中には伝送は不可能である。これは接続の遅れや伝送能力の減少を引き起こすことがある。さらに、スピードを増すためとバスシステムの電力消費を減らすため、ケーブル上での電圧の変動を減らすことが望ましい。しかし、電圧の変動を減らすと、ステーションの接続によって起こる電圧変化の検知が困難になる。
【０００５】
本発明の目的は、とりわけ接続／切断を検知するためにバスが確保する必要のある時間を減らすことである。
【０００６】
本発明による装置は請求項１に記載されている。本発明によると、バスシステムに接続されるステーションの有無は波反射を使って検知する。電気伝送線路における時間に依存する電圧および電流はたとえば、二つのベクトルで表現でき、二つのベクトルの各々は、互いに逆方向で伝送線路の中を進行する二つの進行波の一方の位相および振幅を表す。伝送線路にインピーダンスが接続される伝送線路の端では、二波数ベクトル間の比が、インピーダンスに関連する反射係数に等しい。インピーダンスが伝送線路の伝送線路インピーダンスに等しいときには、反射係数はゼロである。結果的に、伝送線路の特性インピーダンスに等しいインピーダンスが伝送線路に接続されるときは、一方向だけを進行する波が存在する。
【０００７】
本発明によると、システムへの下流ステーションの組み込みと、特にシステムからの下流ステーションの解放との制御には、この効果を利用する。ステーションは、伝送線路の特性インピーダンスを伝送線路に適用するように設計される。伝送線路の他端に位置するシステム内の上流ステーションは、伝送線路を介して波信号を伝送し、伝送された波から復帰する波がある場合には、その反射波を噴出する。伝送時に、反射波の振幅が実質的にゼロでないか実質的にゼロから増える場合には、伝送線路がもはや終端されていないと断定され、それゆえ伝送線路から下流ステーションが切断されていると断定される。そのとき上流ステーションは、適切な処置をとることによってシステムから下流ステーションを論理的に除外する。同様に、システムにステーションを論理的に加入させるため、反射波の振幅が実質的にゼロの場合には、伝送線路が終端されていると断定され、それゆえ伝送線路に下流ステーションが接続されていると断定される。
【０００８】
そのとき上流ステーションは、適切な処置をとることによって下流ステーションをシステムに組み込む。
【０００９】
本発明によるシステム、装置、デバイスおよび方法のこれらおよび他の利点は、以下の図面を使ってさらに詳しく説明する。
【００１０】
図１は、バス通信システムのトポロジーを示す。このトポロジーの中にはマスタステーション１０がある。マスタステーション１０はコネクタ１２ａ〜１２ｇを持つ。スレーブステーション１４ａ〜１４ｃは、各々のケーブル１６ａ〜１６ｃを介してコネクタ１２ａ〜１２ｅに接続されている。コネクタ１２ｄ、１２ｅは何にも接続されておらず、他のコネクタ１２ｆ、１２ｇはケーブル１６ｄ、１６ｅに接続されているが、ただしケーブル１６ｄ、１６ｅはステーションに接続されていない。たとえば３００オームの特性インピーダンスを持つ対称ケーブルなど、使用するべきケーブル１６ａ〜１６ｅのタイプとケーブル１６ａ〜１６ｅの特性インピーダンスとは、通信バスシステムの標準定義によって規定される。スレーブステーション１４ａ〜１４ｃは、ケーブル１６ａ〜１６ｃの終端を、それぞれの特性インピーダンスによって形成する終端インピーダンス（図示されてない）を含む。
【００１１】
好ましくは、バスシステムへの接続から独立した独自の電源を必要とするスレーブステーション１４ａ〜１４ｃの場合、またはバスシステムの中でスレーブステーションとして作動するかどうかを選択できるスレーブステーションの場合、その終端インピーダンスは、スレーブステーション１４ａ〜１４ｃに電力が供給されているときにだけその運転値を取る動的インピーダンスであり、スレーブステーション１４ａ〜１４ｃが給電されていないかバスシステムの中でスレーブステーションとして作動する準備がととのっていないときには別のインピーダンス（開回路など）がケーブル１６ａ〜１６ｃに適用される。
【００１２】
図１は、ただ一つのマスタステーション１０とスレーブステーション１４ａ〜１４ｃを含む「フラット」なトポロジーを示しているが、本発明は、マスタステーション１０もまたトポロジーの上位部分のスレーブステーションとして機能するさらに階層的なトポロジー（図示されていない）にも等しく適用される。
【００１３】
図２は、バスシステムの中でマスタステーションとして用いるステーション１０を示している。ステーション１０は、プロセッサ２０、コネクタ制御回路２２およびコネクタの一つ１２ａのための波スプリッタ２４を含む。プロセッサ１０は、情報を送信し、情報を受信し、さらにコネクタ１２ａへのスレーブステーションの接続または切断の検知を受信するためのインターフェイスを備えるコネクタ制御回路２２に結合されている。コネクタ制御回路２２は、波スプリッタ２４の入力に結合された出力と波スプリッタ２４の出力に接続された入力とを持つ。波スプリッタ２４は、コネクタ１２ａに結合された伝送線路出力を持つ。マスタステーション１０は、プロセッサ１０と他のコネクタ１２ｂ〜１２ｇのいずれかとの間に接続される追加の波スプリッタと追加のコネクタ制御回路とを含むことがある。
【００１４】
プロセッサ２０は作動時に、コネクタ１２ａ〜１２ｇのどれがスレーブステーション１４ａ〜１４ｃに接続されているかを示す記録を保持する。スレーブステーション１４ａ〜１４ｃは、たとえばプリンタ、カメラ、記憶デバイスまたは表示デバイスなどである。プロセッサ２０はとりわけ、バスの制御ユニットとして機能する。プロセッサ２０は、プロセッサ２０の中で実行するプログラムが特定の機能を持つスレーブステーション１４ａ〜１４ｃを必要とする場合に、そのようなステーションが接続されているかどうかと、それがコネクタ１２ａ〜１２ｇのどれに接続されているかを点検する。そのとき、マスタステーション２０と関与するスレーブステーション１４ａ〜１４ｃとの間にはコマンド／データが伝送されうる。ステーションが接続されているかどうかを示す情報はたとえば、そのステーションのメモリー（図示されていない）内のステータステーブル内の記録の中に保持できるので、プロセッサ２０はそのメモリーを調べることによって、必要とされるステーションが接続されているかどうかを決定できる。
【００１５】
スレーブステーション１４ａ〜１４ｃとコネクタ１２ａ〜１２ｃの一つとが接続されるときは、コネクタ制御回路２２によってそれが検知され、プロセッサ２０に向けて発信される。これを受けて初期化プロトコルが実行され、初期化プロトコルでは、たとえばプロセッサ２０が接続されたスレーブステーション１４ａ〜１４ｃからどのようなタイプの機能を利用できるかを問い合わせ、スレーブステーション１４ａ〜１４ｃにステーション識別子を割り当て、スレーブステーション１４ａ〜１４ｃを初期化し、さらにプロセッサ２０の中で記録を更新することで、特定のコネクタ１２ａ〜１２ｇにて割り当てられた識別子を持つ特定タイプのスレーブステーション１４ａ〜１４ｃの存在を指示する。初期化プロトコルはたとえば、ＵＳＢバスシステム内で対応するステーション組み込み手順を実行することがある。
【００１６】
コネクタ制御回路２２は、コネクタ１２ａ〜１２ｇの一つから、または前記コネクタ１２ａ〜１２ｇに接続されたケーブル１６ａ〜１６ｅの一つからスレーブステーション１４ａ〜１４ｃが切断されていることを反射される波から検知するときに、そのこともプロセッサ２０に向けて発信する。これを受けてプロセッサ２０はその記録からスレーブステーション１４ａ〜１４ｃを削除し、スレーブステーション１４ａ〜１４ｃを使用するプロセスを終了するか同プロセスに向けて例外を送る。
【００１７】
コネクタ制御回路２２は波スプリッタ２４を介してコネクタ１２ａに信号を伝送し、波スプリッタ２４とコネクタ１２ａとの間で送受される波信号の振幅を比較することによって、接続と切断とを検知する。したがって、コネクタ制御回路は、コネクタ１２ａ、１２ｂのための受信および送信セクションとして作動する。たとえば、特性インピーダンスＲを持つケーブルで、ケーブル沿いの位置「ｘ」の関数としての電圧「Ｖ（ｘ）」および電流「Ｉ（ｘ）」は、２つの波数ベクトルＡ１、Ａ２によって記述できる。
【００１８】
Ｉ（ｘ）＝（Ａ１ｅｘｐ（ｉｋｘ）−Ａ２ｅｘｐ（−ｉｋｘ））／Ｒ
Ｖ（ｘ）＝Ａ１ｅｘｐ（ｉｋｘ）＋Ａ２ｅｘｐ（−ｉｋｘ）
ケーブルが受動的インピーダンスＺで終端される場合は、ケーブル沿いのどの位置ｘでも二つの波数ベクトルＡ１、Ａ２の間に一定の比Ｇ（ｘ）がある。この比Ｇは、一方向に進行する波の波数ベクトルＡ１によって反対方向に進行する波の波数ベクトルＡ２が生じる程度を表すので、反射係数と呼ばれている。ケーブルがインピーダンスＺで終端される場合、終端地点「ｐ」（ｘ＝ｐ）における波数ベクトル間の関係は、
Ａ２＝Ｇ（ｐ）＊Ａ１
であり、その反射係数Ｇ（ｐ）は以下のとおりに求める。
【００１９】
Ｇ（ｐ）＝（Ｚ−Ｒ）／（Ｚ＋Ｒ）
それゆえ、ケーブルが終端地点で開放端なら（Ｚ無限）Ｇ＝１、ケーブルが短絡されるなら（Ｚ＝０）Ｇ＝−１、そしてケーブルがケーブルの特性インピーダンスＲによって終端されるなら（Ｚ＝Ｒ）Ｇ＝０である。ケーブル沿いの異なる位置ｘ１、ｘ２での反射係数Ｇ（ｘ１）、Ｇ（ｘ２）は、位相ファクターｅｘｐ（−２ｉｋ（ｘ１−ｘ２））によって互いに異なり、位相ファクターｅｘｐ（−２ｉｋ（ｘ１−ｘ２））は、ｘ１からｘ２に至る波数ベクトルＡ１を持つ波の移動に起因する位置シフトと、ｘ２からｘ１に至る波数ベクトルＡ２を持つ波の位相シフトとを表す。結果的に、ｅｘｐ（−２ｉｋ（ｘ１−ｘ２）の振幅は１に等しいので、反射係数Ｇ（ｘ）の振幅はケーブル沿いに一定に保たれる。
【００２０】
波スプリッタ２４は、スレーブステーション１４ａに向けてデータ／コマンドを送る。これらのデータおよび／またはコマンドは、波数ベクトルＡ１、Ａ２の一つを時間の相関で制御する。波数ベクトルＡ１、Ａ２のもう一つは、コネクタ１２ａのところにある何物かによる反射の結果かまたはコネクタ１２ａに接続されたケーブル１６ａの端による反射の結果であり、それはスレーブステーション１４ａか開放端である。この波数ベクトルＡ１、Ａ２のもう一つは、データまたはコマンドによって決定される波数ベクトルの反射係数Ｇ倍に等しい。
【００２１】
波スプリッタ２４はこの波のもう一つを分離する、すなわち波スプリッタ２４はその波数ベクトルを決定し、この波数ベクトルをコネクタ制御回路２２に適用する。コネクタ制御回路２２は、スレーブステーション１４ａがケーブル１６ａを介してコネクタ１２ａに接続されているかどうかを、この反射される波数ベクトルを使って判定する。
【００２２】
スレーブステーション１４ａが存在する場合、スレーブステーション１４ａは、実質的にケーブル１６ａの特性インピーダンスＲをケーブル１６ａの端に適用するので、ケーブル１６ａにスレーブステーションが接続される場合、反射係数Ｇは実質的にゼロに等しい。ケーブル１６ａを介してコネクタ１２ａにスレーブステーション１４ａが接続されない場合、反射係数の振幅は実質的に１である。それゆえ、反射される波の波数ベクトルＡ１、Ａ２と伝送される波との振幅の比がしきい値１ないし０に等しいかそれを下回る場合、コネクタ制御回路２２はスレーブステーション１４ａが存在すると判定する。この比がしきい値を上回るなら、コネクタ制御回路２２は、スレーブステーション１４ａが存在しないと判定する。このしきい値は、理想的状況下では、０ないし１の区間内のどこを取ってもよいが、好ましくは、許容範囲内でのスレーブステーション１４ａのインピーダンスの広がりによる非ゼロ反射係数に相当する０に近い区間内になく、さらにケーブル１６ａその他における損失に相当する１に近い区間内にもない。もちろん、波スプリッタが一定の平均振幅を持つ進行波をケーブル１６ａに適用するときは、波数ベクトル間の比を明示的に決定する必要はなく、反射される波の振幅はしきい値に比較しうる。
【００２３】
本方法に加えて、ＵＳＢシステムにおいては従来のステーション検知方法を使用しうる。この従来の方法では、反応時間が遅くなるという代償をともなうが、さらに異なる接続状態の検知が可能なので、有利である。
【００２４】
図３は、対称信号導体を含むケーブル１６ａのための波スプリッタ２４の回路実装例を示している。この回路が、当技術で周知の、反射波を分離する数多くの回路の一例に過ぎないことは明白だろう。図３の回路は、ケーブル１６ａの規定特性インピーダンスに等しい出力インピーダンスに直列の出力電圧「ｅ」を持つ電圧源に相当する等価の回路によって表すことができる回路でコネクタ１２ａ上の電圧と電流とを駆動する。結果的に、出力電圧「ｅ」、コネクタ１２ａに接続される波スプリッタの出力における電圧Ｖ、およびその出力における電流は以下の関係を持つ。
【００２５】
Ｖ＝ｅ−ＩＲ
結果的に、反射波数ベクトルは以下のとおりに決定される。
【００２６】
Ａ２＝Ｖ−ｅ／２
図３に示す回路は、コネクタ１２ａに接続された出力にて電圧を駆動する一次ドライバ３０ａ、３０ｂを含む。この一次ドライバ３０ａ、３０ｂは、スレーブステーション１４ａ（図示されていない）に向けて送信されるデータ／コマンドによって駆動される。この回路は二次ドライバ３２ａ、３２ｂを含み、二次ドライバ３２ａ、３２ｂは、その出力を一次ドライバ３０ａ、３０ｂよりも２倍に重く負荷することによって、ｅ／２を形成する（一次および二次ドライバ３０ａ、３０ｂ、３２ａ、３２ｂの相対駆動力に比例し、これはたとえば、一次ドライバと二次ドライバの両方にＮＭＯＳドライバトランジスタとＰＭＯＳロードとを使用することによって実現され、二次ドライバの中のＮＭＯＳドライバトランジスタのＷ／ＬとＰＭＯＳロードトランジスタのＷ／Ｌとの比は、一次ドライバの中の対応する比の半分である）。この回路は、一次ドライバ３０ａ、３０ｂの出力電圧から二次ドライバ３２ａ、３２ｂの出力電圧を差し引く差引回路３４を含む。この差引回路の出力は反射波数ベクトルＡ２に比例し、接続されたスレーブステーションを検知するためコネクタ制御回路２２（図示されていない）に向けて供給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
バス通信システムのトポロジーを示す図。
【図２】
バス通信システムの中で用いるステーションを示す図。
【図３】
波スプリッタの例を示す図。
【国際公開パンフレット】
2004501457.tif 000003
2004501457.tif 000004
2004501457.tif 000005
2004501457.tif 000006
2004501457.tif 000007
2004501457.tif 000008
2004501457.tif 000009
2004501457.tif 000010
2004501457.tif 000011
2004501457.tif 000012
2004501457.tif 000013
2004501457.tif 000014
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004501457.tif 000015
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004501457.tif 000016
【国際調査報告】
2004501457.tif 000017
2004501457.tif 000018
2004501457.tif 000019