DE69533237T2

DE69533237T2 - Vorrichtung zum senden und/oder empfangen von daten mit verschiedenen datenübertragungsraten

Info

Publication number: DE69533237T2
Application number: DE69533237T
Authority: DE
Inventors: L. Anthony HUNG-WAH
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1995-04-14
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2015-04-15
Also published as: US5541957A; DE69533237D1; EP0713623A1; US5799040A; WO1995034976A1; EP0713623B1; KR100314894B1; US5784408A

Description

VERWENDUNGSGEBIET
Diese Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Übertragen von Daten zu und zum Empfangen von Daten von Datenübertragungskabeln. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine Vorrichtung, die zum Übertragen von digitalen Daten über lokale Netzwerke mit mehreren Datenübertragungsraten geeignet ist.
STAND DER TECHNIK
Ein lokales Netzwerk ("LAN") ist ein Datenübertragungssystem, das ermöglicht, dass Personalcomputer, Arbeitsplatzrechner, Dateiserver, Verstärker, eine Datenendeinrichtung ("DTE") und eine andere derartige Informationsverarbeitungsanlage, die sich innerhalb eines begrenzten geographischen Gebiets, wie z. B. eines Büros, eines Gebäudes oder einer Ansammlung von Gebäuden, befinden, eine Information elektronisch untereinander übertragen können. Jedes Teil der Informationsverarbeitungsanlage im LAN kommuniziert mit einer anderen Informationsverarbeitungsanlage im LAN, indem es einem festen Protokoll (oder Standard) folgt, welches den Netzwerkbetrieb festlegt. Eine Informationsverarbeitungsanlage, die von verschiedenen Lieferanten hergestellt wird, kann somit leicht in das LAN integriert werden.
Das ISO Open Systems Interconnection Basic Reference Model legt ein Modell mit sieben Schichten zur Datenübertragung in einem LAN fest. Die unterste Schicht in dem Modell ist die Bitübertragungsschicht, die aus Modulen besteht, die (a) die physikalischen Medien, die die Netzwerkknoten verbinden und über die Daten elektronisch übertragen werden sollen, (b) die Art und Weise, mit der die Netzwerkknoten an die physikalischen Übertragungsmedien gekoppelt sind, (c) den Prozess zum Übertragen von Daten über die physikalischen Medien und (d) das Protokoll des Datenstroms festlegen.
Der IEEE Standard 802.3, Mehrfachzugriff mit Kollisionserkennung (CSMA/CD), Zugriffsverfahren und Bitübertragungsschicht-Spezifikationen, ist einer der am umfangreichsten verwendeten Standards für die Bitübertragungsschicht. Allgemein als Ethernet bezeichnet, behandelt der IEEE Standard 802.3 die Übertragung von Daten über verdrillte Leitungspaare oder Koaxialkabel, die typischerweise teurer sind als verdrillte Leitungspaare. Das 10Base-T-Protokoll des IEEE Standard 802.3 schreibt eine Rate von 10 Megabits/Sekunde ("Mbps") zum Übertragen von Daten über verdrillte Leitungspaare vor.
Mit Bezug auf die Zeichnungen stellt 1 ein typisches Beispiel dessen dar, wie eine herkömmliche 10Base-T-Medienzugriffseinheit ("MAU") mit einem ausgehenden verdrillten Kupferleitungspaar 10T und einem eingehenden verdrillten Kupferleitungspaar 10R gekoppelt ist. Die 10Base-T-MAU in 1 ist ein Teil eines Personalcomputers, eines Arbeitsplatzrechners, eines Dateiservers, einer Brücke, eines Verstärkers oder einer DTE. Die MAU besteht aus einer Schnittstellensteuereinheit 12, einem 10Base-T-Sendeempfänger 14, zwei Sätzen von Abschlusswiderständen 16T und 16R, zwei Tiefpassfiltern 18T und 18R, zwei Isolationstransformatoren 20T und 20R, zwei Gleichtakt-Drosselspulen 22T und 22R und einem RJ-45-Kabelverbindungsstecker 24, die sich alle auf einer Ethernet-Adapterkarte (nicht gezeigt) befinden. Die verdrillten Leitungspaare 10T und 10R sind Teil eines größeren Kabels mit einem Stecker (nicht dargestellt), der sich in den RJ-45-Verbindungsstecker 24 entlang einer Kante der Adapterkarte einstecken lässt.
Die Schnittstellensteuereinheit 12 steuert das Senden von ausgehenden Daten zum Kabel 10T und den Empfang von eingehenden Daten vom Kabel 10R. Der 10Base-T-Sendeempfänger 14 wandelt nicht-differentielle ausgehende Daten von der Steuereinheit 12 in eine differentielle Form um, die durch Signale TXO+ und TXO– dargestellt wird. Die differentiellen ausgehenden Daten bewegen sich durch die Widerstände 16T, das Filter 18T, den Transformator 20T und die Drosselspule 22T, wobei die ausgehenden Daten in der modifizierten differentiellen Form, die durch Signale TX+ und TX– dargestellt wird, über den RJ-45-Verbindungsstecker 24 zum ausgehenden Kabel 10T als Datenstrom, der sich mit der 10Base-T-Rate von 10 Mbps bewegt, geliefert werden.
Bevor sie zum ausgehenden Kupferkabel 10T geliefert werden, werden die ausgehenden Daten Manchester-codiert, um die elektromagnetische Störung ("EMI") zu verringern. Die Manchester-Codierung bewirkt, dass einige Teile des Datenstroms Impulse mit 10 MHz sind, während andere Teile Impulse mit 5 MHz sind. Beim Tiefpassfiltern der ausgehenden Daten entfernt das Filter 18T typischerweise Frequenzkomponenten oberhalb ungefähr 15–20 MHz. Dies liegt unterhalb der Frequenz von 30 MHz, über der die Federal Communications Commission ("FCC") elektromagnetischer Strahlung von unbeabsichtigten Strahlern Kontrollen auferlegt.
Differentielle eingehende Daten auf dem eingehenden Kupferkabel 10R werden über den Verbindungsstecker 24 als Signale RX+ und RX– geliefert. Die eingehenden Daten laufen durch die Drosselspule 22R, den Transformator 20R, das Filter 18R und die Widerstände 16R, wobei die eingehenden Daten in der modifizierten differentiellen Form, die durch Signale RXI+ und RXI– dargestellt wird, zur Umwandlung in die nicht-differentielle Form und zur Übertragung zur Steuereinheit 12 zum Sendeempfänger 14 geliefert werden.
Der allzeit wachsende Bedarf, mehr Information schneller zu übertragen, der von Steigerungen in der Datenverarbeitungsfähigkeit begleitet wird, benötigt eine Erweiterung auf Datenübertragungsraten, die beträchtlich höher sind als die Rate von 10 Mbps, die vom 10Base-T-Protokoll vorgeschrieben wird. Folglich wird ein als 100Base-TX bezeichnetes Protokoll zum Erweitern des IEEE Standards 802.3 betrachtet, um für Daten ausgelegt zu sein, die sich mit einer effektiven Übertragungsrate von 100 Mbps über verdrillte Leitungspaare von derzeit existierenden Typen bewegen.
Unter dem vorgeschlagenen 100Base-TX-Protokoll werden bestimmte Kontrollbits in die Daten aufgenommen, bevor sie an ein verdrilltes Leitungspaar angelegt werden. Das Ergebnis ist, dass die Daten und Steuersignale sich tatsächlich mit 125 Mbps durch ein verdrilltes Leitungspaar bewegen. Die Kabelrate von 125 Mbps entspricht einer maximalen Impulsfrequenz von 62,5 MHz. Da diese die Frequenz von 30 MHz übersteigt, über der die FCC fordert, dass die EMI kontrolliert wird, legt das 100Base-TX-Protokoll fest, dass die Daten verwürfelt und mit einer trinären MLT-3- (Mehrpegelübertragung/drei Pegel) Codierung versehen werden, bevor sie in ein verdrilltes Leitungspaar eintreten. Obwohl die MLT-3-Codierung 6 dB weniger Rauschunempfindlichkeit aufweist als eine Binärcodierung für gleiche Übertragungssignalamplituden, weist MLT-3 weniger leitungsgebundene Leistung bei den Schlüsselfrequenzen von 31,25 MHz und 62,5 MHz auf als die Binärcodierung und weist daher bei diesen Frequenzen weniger EMI auf.
Beim Erweitern des IEEE Standards 802.3 auf das 100Base-TX-Protokoll gibt es verschiedene Situationen, in denen es erwünscht ist, dass die physikalischen Übertragungsmedien in der Lage sind, Daten zu verarbeiten, die über verdrillte Leitungspaare mit sowohl der 100Base-TX-Rate als auch der niedrigeren 10Base-T-Rate übertragen werden. Folglich ist eine benutzerfreundliche Vorrichtung, die Daten mit beiden Raten übertragen kann, erforderlich.
Insbesondere sollte eine Person, die eine Informationsverarbeitungsanlage verwendet, die in der Lage ist, Daten zu verarbeiten, die sich entweder mit der 10Base-T-Rate oder der 100Base-TX-Rate durch verdrillte Leitungspaare bewegen, nicht einen Schalter betätigen müssen oder eine andere solche physikalische Einstellung vornehmen müssen, wenn sich die Datenübertragungsrate von 10Base-T zu 100Base-TX ändert und umgekehrt. wenn ein verdrilltes Leitungspaar mit der Datenübertragungsvorrichtung verbunden wird, sollte der Benutzer auch nicht in Abhängigkeit davon, ob das Kabel von einer Anlage kommt, die Daten verarbeiten kann, die sich mit der 10Base-T-Rate, mit der 100Base-TX-Rate oder mit beiden Raten bewegen, Einstellungen vornehmen müssen. Um die Kosten niedrig zu halten, ist es erwünscht, eine kleine Anzahl von Dingen wie z. B. Isolationstransformatoren, die relativ teuer sind, und Kabelverbindungsstecker bei der Übertragung von Daten mit beiden Raten zu verwenden.
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert, welcher mit Bezug auf EP-A-0596523 gekennzeichnet ist.
Die vorliegende Erfindung sieht eine elektronische Vorrichtung vor, die in der Lage ist, die vorangehenden Aufgaben zu erfüllen. Die Vorrichtung der Erfindung funktioniert als Schnittstelle zwischen (a) einer elektronischen Anlage, die in der Lage ist, Daten mit einer von zwei wesentlich unterschiedlichen Datenübertragungsraten zu übertragen, und (b) verdrillten Leitungspaaren, die Daten zu/von anderen Orten übertragen. Die vorliegende Vorrichtung wird typischerweise in der Bitübertragungsschicht eines LAN verwendet.
Die vorliegende Schnittstellenvorrichtung benötigt nur ein einzelnes Paar von Isolationstransformatoren zum Übertragen von Daten mit den zwei Raten, wobei einer der Transformatoren zum Datensenden mit beiden Raten verwendet wird und der andere zum Datenempfang mit beiden Raten verwendet wird. Die Erfindung verwendet somit halb so viele Isolationstransformatoren wie erforderlich wären, wenn ein separater Isolationstransformator für jede Datenrate während des Sendens und für jede Datenrate während des Empfangs verwendet werden würde. Dies verringert die Kosten beträchtlich.
Im Gegensatz zu einer weniger raffinierten Doppelraten-Datenübertragungsvorrichtung, bei der ein RJ-45-Kabelverbindungsstecker beim Übertragen von Daten mit einer Rate verwendet werden würde und ein weiterer RJ-45-Verbindungsstecker beim Übertragen von Daten mit der anderen Rate verwendet werden würde, benötigt die Schnittstellenvorrichtung der Erfindung nur einen einzelnen Kabelverbindungsstecker. Die Erfindung vermeidet dadurch Kabelverbindungsstecker-Multiplexen, das durch die Verwendung von mehr als einem Kabelverbindungsstecker entstehen würde. Folglich wird die EMI verringert.
Wenn ein Kabel aus der vorliegenden Schnittstellenvorrichtung ausgesteckt wird und ein anderes Kabel eingesteckt wird, das Daten übertragen kann, die sich mit einer anderen Rate bewegen, muss sich ein Benutzer nicht daran erinnern oder versuchen herauszufinden, welcher von zwei Kabelverbindungssteckern das Kabel aufnehmen soll. Die Wahrscheinlichkeit, einen falschen Anschluss zu machen, ist im Wesentlichen Null. Wenn sich die Datenübertragungsrate von einer der Raten zur anderen ändert, stellt die Schnittstellenvorrichtung der Erfindung auch automatisch auf die Änderung der Übertragungsrate ein. Ein Benutzer muss keine Handlung unternehmen, um zu helfen, die Änderung auszuführen. Kurz gesagt, die Erfindung ist sehr benutzerfreundlich.
Wenn man sich zur Basisarchitektur der Erfindung begibt, enthält eine elektronische Vorrichtung zum Übertragen von Daten in einem Aspekt einen Sende-Isolationstransformator, eine Verbindungseinheit, einen ersten Sender und einen zweiten Sender. Der Isolationstransformator weist eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung auf. Die Verbindungseinheit ist mit der Sekundärwicklung des Transformators elektronisch gekoppelt. Die Verbindungseinheit ist auch mit einem Paar von Leitungen eines ausgehenden verdrillten Leitungspaars verbindbar, um das Kabel mit der Sekundärwicklung elektronisch zu koppeln.
Der erste Sender tiefpassfiltert digitale Daten, um ausgehende Daten zu erzeugen, die zum größten Teil mit einer ersten Datenübertragungsrate differentiell zur Primärwicklung des Sendetransformators übertragen werden. Die Tiefpassfilterung wird vorzugsweise mit der Unterstützung eines in den ersten Sender integrierten digitalen Wellenformers durchgeführt. Der zweite Sender überträgt ausgehende Daten zum größten Teil mit einer zweiten Datenübertragungsrate, die von der ersten Datenübertragungsrate verschieden ist und gewöhnlich größer ist als diese, differentiell zur Primärwicklung. Der Transformator isoliert die Sender und zugehörige elektronische Ausstattung von einer anderen derartigen elektronischen Ausstattung, die anderswo mit dem verdrillten Leitungspaar verbunden ist.
Ausgehende Datenströme von den zwei Sendern weisen verschiedene charakteristische Datenratenfrequenzen auf. Wie hier verwendet, ist die charakteristische Datenratenfrequenz eines Datenstroms die Frequenz, die der minimalen erreichbaren Breite von Impulsen entspricht, die Bits in dem Datenstrom darstellen. Ein Manchester-codierter 10Base-T-Datenstrom, der sich mit 10 Mbps auf einem verdrillten Leitungspaar bewegt, weist beispielsweise eine charakteristische Datenratenfrequenz von 10 MHz auf. Die charakteristische Datenratenfrequenz für einen 100Base-TX-Datenstrom, der sich mit 125 Mbps auf einem verdrillten Leitungspaar bewegt, ist normalerweise 62,5 MHz.
Um gute Betriebseigenschaften und niedrige EMI zu erzielen, sollten Frequenzkomponenten, die etwas oberhalb der charakteristischen Datenratenfrequenz der ausgehenden Daten von jedem Sender liegen, in den ausgehenden Daten gedämpft werden, bevor sie zum verdrillten Leitungspaar geliefert werden. Die erforderliche Dämpfung wird mit (a) dem vorstehend erwähnten Tiefpassfilter, das in den ersten Sender integriert ist, und (b) einem zusätzlichen Tiefpassfilter, das im Datenweg der ausgehenden Daten vom zweiten Sender angeordnet ist, erzielt.
Im bevorzugten Fall, in dem die charakteristische Datenratenfrequenz von ausgehenden Daten, die sich mit der zweiten Datenrate bewegen, die charakteristische Datenratenfrequenz von ausgehenden Daten, die sich mit der ersten Datenrate bewegen, übersteigt, sollten ausgehende Daten vom zweiten Sender mit einer größeren Frequenzbandbreite tiefpassgefiltert werden als ausgehende Daten vom ersten Sender. Insbesondere weist das Filter im ersten Sender eine Tiefpass-Grenzfrequenz in dem Bereich auf, der sich zwischen den zwei charakteristischen Datenratenfrequenzen erstreckt. Das zusätzliche Filter weist dann eine Tiefpass-Grenzfrequenz auf, die größer als die oder gleich der höheren charakteristischen Datenratenfrequenz ist, d. h. jene der ausgehenden Daten, die vom zweiten Sender geliefert werden.
Wenn die Schnittstellenvorrichtung und Filterkennlinien auf die vorangehende Weise angeordnet sind, laufen ausgehende Daten, die vom zweiten Sender mit der höheren Datenrate geliefert werden, nicht durch das Filter des ersten Senders und werden somit nicht durch die niedrigere Grenzfrequenz des Filters im ersten Sender schädlich beeinflusst. Andererseits kann sich das zusätzliche Filter auch im Datenweg für ausgehende Daten vom ersten Sender befinden. Das zusätzliche Filter kann sich beispielsweise in der Sekundärwicklung des Transformators befinden. Wenn dies der Fall ist, werden ausgehende Daten, die vom ersten Sender mit der niedrigeren Datenrate geliefert werden, durch das Filter im ersten Sender tiefpassgefiltert und, insoweit als es um die Filterung geht, laufen sie im Wesentlichen nur durch das zusätzliche Filter, da sein Frequenzgrenzwert jenen des Filters des ersten Senders übersteigt. In jedem Fall ist das Nettoergebnis, dass nur ein einzelner Sendetransformator erforderlich ist, um ausgehende Daten zu verarbeiten, die sich mit beiden Datenraten bewegen.
Ein Zahlenbeispiel ist beim Verstehen dieses Teils der Erfindung hilfreich. Man betrachte den Fall, in dem die zwei Datenübertragungsraten die Kabelraten von 10 Mbps und 125 Mbps des 10Base-T- und des 100Base-TX-Protokolls sind, so dass die charakteristischen Datenratenfrequenzen 10 MHz bzw. 62,5 MHz sind. wie vorstehend erwähnt, fällt die Frequenz von 62,5 MHz in den Bereich oberhalb 30 MHz, in dem die FCC der EMI Vorschriften auferlegt.
Der erste Sender tiefpassfiltert seine ausgehenden Daten auf Frequenzkomponenten oberhalb einer Grenzfrequenz zwischen 10 und 62,5 MHz. Die Grenzfrequenz des Filters im ersten Sender liegt gewöhnlich zwischen 10 und 20 MHz, so dass die Sendevorrichtung der Erfindung das 10Base-T-Protokoll erfüllen kann. Das zusätzliche Filter dämpft Frequenzkomponenten oberhalb einer Grenzfrequenz, die größer ist als 62,5 MHz. Dies hat keine signifikante Filterwirkung auf ausgehende 10Base-T-Daten vom ersten Sender, da die 10Base-T-Daten bereits mit der niedrigeren Grenzfrequenz tiefpassgefiltert sind. Vorausgesetzt, dass die ausgehenden Daten vom zweiten Sender geeignet codiert sind, um die FCC-Grenzen für elektromagnetische Strahlung von unbeabsichtigten Strahlern mit Frequenzen oberhalb 30 MHz zu erfüllen, ermöglicht die Tiefpassfilterung des zusätzlichen Filters, dass die vorliegende Sendevorrichtung das 100Base-TX-Protokoll erfüllt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine elektronische Vorrichtung zum Empfangen von Daten einen Empfangsisolationstransformator, eine Verbindungseinheit, einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger. Der Isolationstransformator weist eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung auf. Die Verbindungseinheit ist mit der Primärwicklung des Empfangsisolationstransformators elektronisch gekoppelt. Die Verbindungseinheit ist auch mit einem Paar von Leitungen eines eingehenden verdrillten Leitungspaars verbindbar, um das verdrillte Leitungspaar elektronisch mit der Primärwicklung zu koppeln.
Der erste Empfänger empfängt differentiell eingehende Daten von der Sekundärwicklung des Empfangstransformators zum größten Teil mit einer ersten Datenübertragungsrate. Der zweite Empfänger empfängt differentiell eingehende Daten von der Sekundärwicklung zum größten Teil mit einer zweiten Datenübertragungsrate. Wie im erstgenannten Aspekt der Erfindung ist die zweite Datenrate von der ersten Datenrate verschieden, gewöhnlich größer als diese.
Eingehende Daten von der Sekundärwicklung des Empfangstransformators werden entlang Datenübertragungswegen geliefert, die sich von der Sekundärwicklung weiter, wo einer der Empfänger die eingehenden Daten physikalisch empfängt, bis dorthin, wo der andere Empfänger die eingehenden Daten physikalisch empfängt, erstrecken. Die Datenübertragungswege weisen eine charakteristische Impedanz auf, die während eines normalen Vorrichtungsbetriebs zum größten Teil konstant ist. Typischerweise werden eingehende Daten von der Sekundärwicklung differentiell auf einem Paar von elektrischen Leitern geliefert, die ununterbrechbar mit beiden Empfängern und mit der Sekundärwicklung gekoppelt sind. Durch elektronisches Koppeln der Empfänger auf diese Kaskadenweise ist nur ein einzelner Empfangstransformator erforderlich, um die Empfänger und die zugehörige elektronische Anlage von der elektronischen Anlage zu isolieren, die anderswo mit dem verdrillten Leitungspaar elektronisch gekoppelt ist.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Vorrichtungen der ersten zwei Aspekte kombiniert, um eine elektronische Vorrichtung zu bilden, die in der Lage ist, Daten mit den zwei Datenübertragungsraten sowohl zu senden als auch zu empfangen. Der erste Sender und der erste Empfänger werden zu einem ersten Sendeempfänger. Der zweite Sender und der zweite Empfänger werden zu einem zweiten Sendeempfänger. Die vorstehend beschriebenen Verbindungseinheiten zum Datensenden und -empfang werden zu einer einzelnen Verbindungseinheit, die mit sowohl dem ausgehenden als auch dem eingehenden verdrillten Leitungspaar verbindbar ist.
Die Vorrichtung der Erfindung in jedem der drei Aspekte umfasst normalerweise eine Schaltung, die feststellt, ob Daten mit der niedrigeren oder höheren Datenrate übertragen werden sollen. Die Ratenschaltung erzeugt ein Datenratensignal, das die ausgewählte Rate anzeigt. Das Datenratensignal bewirkt, dass Daten automatisch durch einen entsprechenden Datenübertragungsweg in der Vorrichtung geleitet werden. Ein Benutzer kann folglich ein verdrilltes Leitungspaar mit der Verbindungseinheit verbinden, ohne in Abhängigkeit davon, ob die Vorrichtung mit einer Anlage verbunden ist, die Daten mit der niedrigeren Rate, mit der höheren Rate oder mit beiden Raten verarbeitet, irgendeine spezielle Handlung unternehmen zu müssen.
Datenübertragungskabel neben jenen vom Typ mit verdrilltem Paar können bei der Erfindung verwendet werden. Solche Kabel, die eine Information durch andere Mechanismen als elektrische Signale übertragen können, können in Kombination mit oder als Austausch gegen die verdrillten Leitungspaare verwendet werden. Eine geeignete Schaltung koppelt diese allgemeinen Datenübertragungskabel mit den Sende- und Empfangstransformatoren.
Ein typisches erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel bringt die Verwendung von einem oder mehreren optischen Kabeln mit sich. Ein optischer Sender, der mit einem optischen Kabel verbindbar ist, kann beispielsweise mit dem Sendetransformator gekoppelt werden, ohne die Verbindungseinheit und das ausgehende verdrillte Leitungspaar zu verwenden. Ebenso kann ein optischer Empfänger, der mit einem optischen Kabel verbindbar ist, mit dem optischen Empfänger gekoppelt werden, ohne die Verbindungseinheit und das eingehende verdrillte Leitungspaar zu verwenden. Der optische Sender und Empfänger bilden einen optischen Sendeempfänger, der elektrische Energie in optische Energie umwandelt und umgekehrt. Alternativ kann der optische Sendeempfänger mit den verdrillten Leitungspaaren gekoppelt werden, so dass Daten über sowohl verdrillte Leitungspaare als auch optische Kabel übertragen werden können.
Typischerweise überträgt die vorliegende Vorrichtung Daten mit der niedrigeren Rate gemäß dem 10Base-T-Protokoll. Daten werden mit der höheren Rate gemäß dem 100Base-TX-Protokoll übertragen. Die Vorrichtung der Erfindung erfüllt dadurch den IEEE Standard 802.3 für sowohl die 10Base-T- als auch die 100Base-TX-Datenübertragung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm einer MAU mit verdrilltem Paar gemäß dem Stand der Technik.
2a und 2b (gemeinsam "2") bilden zusammen ein Blockdiagramm einer Schnittstellen-Sendeempfängervorrichtung, die das 10Base-T- und 100Base-TX-Datenübertragungsprotokoll für verdrillte Leitungspaare gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfüllt.
3 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformfilterung des 10Base-T-Senders in der Schnittstellenvorrichtung von 2 darstellt.
4 ist ein Blockdiagramm/Schaltplan eines Ausführungsbeispiels eines Teils des Datensendeweges für die Schnittstellenvorrichtung in 2.
5 ist ein Blockdiagramm/Schaltplan eines Ausführungsbeispiels eines Teils des Datenempfangsweges für die Schnittstellenvorrichtung in 2.
6 ist ein Blockdiagramm einer optischen Sendeempfängervorrichtung, die mit der Schnittstellen-Sendeempfängervorrichtung von 2 verwendbar ist.
7 ist ein Blockdiagramm eines Teils einer Schnittstellen-Sendeempfängervorrichtung, die das 10Base-T- und das 100Base-TX-Datenübertragungsprotokoll für optische Kabel gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfüllt.
Gleiche Bezugssymbole werden in den Zeichnungen und in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele verwendet, um denselben Gegenstand oder sehr ähnliche Gegenstände darzustellen. Eingangs- und Ausgangsanschlüsse werden dort, wo sie in den Zeichnungen gezeigt sind, durch dunkle vertikale Rechtecke angegeben.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In der folgenden Beschreibung bedeutet ein Paar von differentiellen Signalen zwei Signale, deren Spannungs- oder Stromwellenformen zum größten Teil zueinander komplementär (oder invers) sind. Die einzelnen Signale eines Paars von differentiellen Signalen werden durch Bezugssymbole gekennzeichnet, die mit der Bezeichnung "+" bzw. "–" enden – z. B. S+ und S–. Die zusammengesetzte Bezeichnung "±" wird verwendet, um beide differentiellen Signale unter Verwendung eines einzigen Bezugssymbols anzugeben – z. B. S±. Dieselbe Übereinkunft wird bei paarweisen Elementen, durch die differentielle Signale laufen, verwendet.
Mit Bezug auf 2 stellt sie eine Schnittstellen-Sendeempfängervorrichtung dar, die einen einzigen Kabelverbindungsstecker und ein einziges Paar von Isolationsmagneten zum Verarbeiten von Daten, die sich auf verdrillten Leitungspaaren mit einer von zwei wesentlich unterschiedlichen Datenübertragungsraten gemäß den Lehren der Erfindung bewegen, verwendet. Insbesondere erfüllt die Schnittstellen-Sendeempfängervorrichtung das 10Base-T- und das 100Base-TX-Protokoll des IEEE Standards 802.3 beim Umschalten zwischen der 10Base-T-Kabeldatenrate von 10 Mbps und der 100Base-TX-Kabeldatenrate von 125 Mbps, effektiv 100 Mbps.
Die Schnittstellenvorrichtung von 2 ist in eine Informationsverarbeitungsanlage wie z. B. einen Personalcomputer, einen Arbeitsplatzrechner, einen Dateiserver, eine Brücke, einen Verstärker oder eine DTE in einem LAN integriert. Die Schnittstellenvorrichtung befindet sich typischerweise auf einer Ethernet-Adapterkarte (oder -platine) zusammen mit einer geeigneten Medienzugriffs-Steuereinheit. Die Vorrichtung kann jedoch eine eigenständige Einheit sein, die mit einer Medienzugriffs-Steuereinheit in Verbindung steht, die sich anderswo befindet.
Die Schnittstellenvorrichtung überträgt – d. h. sendet und empfängt – Daten zwischen (a) der Informationsverarbeitungsanlage, in der sich die Vorrichtung befindet oder mit der die Vorrichtung direkt verbunden ist, welche nachstehend als "Heimanlage" bezeichnet wird, und (b) einem Paar von verdrillten Leitungspaaren, die an ihren entfernten Enden mit einer anderen derartigen Informationsverarbeitungsanlage verbunden sind, welche nachstehend als "entfernte Anlage" bezeichnet wird. Das Datensenden geschieht, wenn Daten von der Heimanlage durch die Schnittstellenvorrichtung und eines der verdrillten Leitungspaare zur entfernten Anlage gesandt werden. Der Datenempfang geschieht, wenn Daten von der entfernten Anlage durch das andere verdrillte Leitungspaar und die Schnittstellenvorrichtung zur Heimanlage gesandt werden.
Eine der Komponenten der Vorrichtung von 2 ist eine integrierte Schaltung ("IC") 30 der Signalverarbeitungs-/10Base-T-Sendeempfänger-Bitübertragungsschicht, die aus einem 10Base-T-Filtersendeempfänger 32, einer 10Base-T-Zustandsmaschine 34, einer 100Base-TX-Zustandsmaschine 36, einer Verbindungsverhandlungseinrichtung 38 und einem medienunabhängigen Schnittstellenmultiplexer 40 besteht. Der Sendeempfänger 32 und die Zustandsmaschine 34 senden, empfangen und verarbeiten zusammen Daten gemäß dem 10Base-T-Protokoll. Der Sendeempfänger 32 ist in einen 10Base-T-Sender 32T und einen 10Base-T-Empfänger 32R aufgeteilt. Die Zustandsmaschine 34 ist mit einer 10Base-T-Sendezustandsmaschine 34T und einer 10Base-T-Empfangszustandsmaschine 34R ausgebildet.
Die Zustandsmaschine 36 und eine separate 100Base-TX-Sendeempfänger-Bitübertragungsschicht-IC 42 senden, empfangen und verarbeiten zusammen Daten gemäß dem 100Base-TX-Protokoll. Die Zustandsmaschine 36 ist mit einer 100Base-TX-Sendezustandsmaschine 36T und einer 100Base-TX-Empfangszustandsmaschine 36R ausgebildet. Die Sendeempfänger-IC 42 ist in einen 100Base-TX-Sender 42T und einen 100Base-TX-Empfänger 42R aufgeteilt. Die Schnittstellenvorrichtung von 2 enthält ferner einen Sendeisolationstransformator 44T, einen Empfangsisolationstransformator 44R, ein Sendetiefpassfilter 45T, ein Empfangstiefpassfilter 45R, eine Sende-Gleichtaktdrosselspule 46T, eine Empfangs-Gleichtaktdrosselspule 46R, eine RJ-45-Steckbuchse 48, einen Inverter 5C, eine Ausgangssteuerung 52, Schalter 54+ und 54– und verschiedene Widerstände und Kondensatoren (nachstehend weiter erörtert), die alle mit den ICs 30 und 42 auf einer Ethernetkarte (nicht gezeigt) montiert sind. Die Ethernetkarte ist vorzugsweise als mehrlagige Leiterplatte implementiert.
Ausgehende Daten von der Schnittstellenvorrichtung werden auf einem ausgehenden verdrillten Leitungspaar 56T, das aus einem Paar von verdrillten elektrischen Leitungen besteht, zur entfernten Anlage gesandt. Ebenso empfängt die Schnittstellenvorrichtung eingehende Daten von der entfernten Anlage auf einem eingehenden verdrillten Leitungspaar 56R, das aus einem Paar von verdrillten elektrischen Leitungen besteht. Die Kabel 56T und 56R sind mit Kupferdrähten versehen. Jedes der Kabel 56T und 56R weist eine charakteristische Impedanz von ungefähr 100 Ohm auf.
Verdrillte Leitungspaare 56T und 56R sind gewöhnlich im Mantel eines größeren Kabels (nicht dargestellt) eingeschlossen, das in einem Stecker 57 endet, der in den RJ-45-Verbindungsstecker 48 einsetzbar ist, um die Kabel 56T und 56R mit der Schnittstellenvorrichtung zu verbinden. Das größere Kabel ist typischerweise ein unabgeschirmtes verdrilltes Leitungspaar der Kategorie 5 oder ein abgeschirmtes verdrilltes Leitungspaar vom Typ 1. Im unabgeschirmten Fall der Kategorie 5 enthält das größere Kabel vier verdrillte Kupferleitungspaare, von denen zwei die Kabel 56T und 56R bilden.
Die Schnittstellenvorrichtung arbeitet zwischen einer niedrigen Versorgungsspannung V_LL und einer hohen Versorgungsspannung V_HH (in 2 nicht gezeigt), die von jeweiligen Spannungs-/Stromversorgungen geliefert werden. V_LL und V_HH sind vorzugsweise 0 Volt (Erdungsreferenz) und 5 Volt, so dass die Versorgungsspannung V_HH–V_LL 5 Volt beträgt.
Die Verbindungsverhandlungseinrichtung 38 erzeugt periodisch ein Bündel von Verbindungsimpulsen, die eine Information übertragen, die die Datenverarbeitungsfähigkeit der Heimanlage identifiziert -- d. h. ob die Heimanlage in der 10Base-T-Betriebsart oder der 100Base-TX-Betriebsart arbeitet oder in beiden Betriebsarten arbeiten kann, und ob die Heimanlage simultan Daten senden und empfangen kann (Vollduplex) oder nur eines von Senden und Empfangen auf einmal durchführen kann (Halbduplex). Jedes Bündel von Verbindungsimpulsen wird entlang des ausgehenden Kabels 56T zur entfernten Anlage übertragen. Insbesondere laufen die Verbindungsimpulse entlang einer Leitung (nicht angegeben) zum 10Base-T-Sender 32T, wo sie in die differentielle Form umgewandelt werden und entlang des nachstehend beschriebenen 10Base-T-Datenweges zum ausgehenden Kabel 56T geliefert werden.
Eine Verbindungsverhandlungseinrichtung in der entfernten Anlage erzeugt ebenso periodisch ein Bündel von Verbindungsimpulsen, die eine Information übertragen, die die Datenverarbeitungsfähigkeit der entfernten Anlage identifiziert. Diese Verbindungsimpulse werden differentiell entlang des eingehenden Kabels 56R zur Vorrichtung von 2 übertragen. Die differentiellen Verbindungsimpulse von der entfernten Anlage werden dann entlang des nachstehend beschriebenen eingehenden Datenweges zum 10Base-T-Empfänger 32R geliefert, wo sie in die unsymmetrische Form umgewandelt werden und entlang einer Leitung (nicht dargestellt) zur Verbindungsverhandlungseinrichtung 38 geliefert werden.
Die Verbindungsverhandlungseinrichtung 38 und die Verbindungsverhandlungseinrichtung in der entfernten Anlage folgen einem vorgeschriebenem Format beim Einrichten einer Datenübertragungsverbindung zwischen der Heim- und der entfernten Anlage. Wenn jede Verbindungsverhandlungseinrichtung dasselbe Bündel von Verbindungsimpulsen in drei aufeinanderfolgenden Verbindungsimpulsbündel-Intervallen empfängt, setzt die Verhandlungseinrichtung ein Bestätigungsbit in ihren Verbindungsimpulsen. Die Datenübertragungsverbindung wird hergestellt, nachdem jede Verhandlungseinrichtung drei zusätzliche aufeinanderfolgende Verbindungsimpulsbündel mit dem gesetzten Bestätigungsbit empfängt.
Die Verbindungsverhandlungseinrichtungen stellen anschließend eine Datenverbindung her, über die die Datenübertragung mit dem höchsten gemeinsamen Nenner der Datenübertragungsfähigkeiten der Heim- und der entfernten Anlage durchgeführt wird. Das heißt, Daten werden zwischen der Heim- und der entfernten Anlage mit der 100Base-TX-Datenrate in Vollduplex übertragen, wenn beide Anlagensätze 100Base-TX- und Vollduplexfähigkeiten aufweisen. Ansonsten geschieht die Datenübertragung mit der nächsthöchsten Datenübertragungsfähigkeit, die der Heim- und der entfernten Anlage gemeinsam ist. Die Datenverbindungs-Verhandlungsprozedur wird als NWay Autodetect bezeichnet und ist in "IEEE Link Task Force Autodetect, Specification for NWay Autodetect", Version 1.0, National Semiconductor, 10. April 1994, weiter beschrieben, dessen Inhalt durch den Hinweis hierin aufgenommen wird.
Die Verbindungsverhandlungseinrichtung 38 liefert ein Datenratensignal DR mit einem hohen Pegel, wenn Daten mit der 10Base-T-Rate übertragen werden sollen. Das Ratensignal DR wird mit einem niedrigen Wert geliefert, wenn Daten mit der 100Base-TX-Rate übertragen werden sollen.
Während der Datenübertragung erzeugt die Heimanlage ein binäres NRZ- (ohne Rückkehr nach Null) Datensignal TXI, das zur Übertragung auf dem ausgehenden Kabel 56T in die differentielle Form umgewandelt werden soll. Das Datensignal TXI und das Ratensignal DR werden zum Multiplexer 40 geliefert. Der Multiplexer 40 hat vier Leitungen für das Signal TXI zur Verfügung. Für die 10Base-T-Übertragung ist das Signal TXI entweder eine Tetrade – d. h. vier Bits parallel – die mit 2,5 Mbps auf jeder der vier Leitungen eingeht, um eine summierte Rate von 10 Mbps zu erzeugen, oder ein Ein-Bit-Signal, das mit 10 Mbps auf der Leitung eingeht, die ansonsten das niedrigstwertige Bit ("LSB") der Tetrade überträgt. Für die 100Base-TX-Übertragung ist das Signal TXI eine Vier-Bit-Tetrade, die mit 25 Mbps auf jeder der vier Leitungen eingeht, um eine summierte Rate von 100 Mbps zu erzeugen.
Wenn das Ratensignal DR hoch ist, was auf die Auswahl der 10Base-T-Datenübertragungsrate hindeutet, leitet der Multiplexer 40 das Datensignal TXI zur 10Base-T-Sendezustandsmaschine 34T in Form eines NRZ-Datensignals TXJ1. In Abhängigkeit vom Zustand des Signals TXI ist das Datensignal TXJ1 entweder eine Tetrade oder ein Ein-Bit-Signal. Wenn das Signal DR niedrig ist, was auf die Auswahl der 100Base-TX-Datenübertragungsrate hindeutet, liefert der Multiplexer 40 das Signal TXI zur 100Base-TX-Sendezustandsmaschine 36T in Form eines NRZ-Tetraden-Datensignals TXJ2.
Für die 10Base-T-Datenübertragung wendet die 10Base-T-Zustandsmaschine 34T eine Manchester-Codierung auf das Datensignal TXJ1 an, um einen Manchester-codierten ausgehenden Ein-Bit-Datenstrom TXK1 zu erzeugen, der sich mit 10 Mbps bewegt. Dies umfasst das Serialisieren des Signals TXJ1, wenn es eine Vier-Bit-Tetrade ist. Die Manchester-Codierung verringert die EMI.
Der Datenstrom TXK1 wird zum 10Base-T-Sender 32T geliefert. Aufgrund der Manchester-Codierung besteht der TXK1-Datenstrom aus im Allgemeinen rechteckigen Impulsen von 100 ns mit 5 MHz und im Allgemeinen rechteckigen Impulsen von 50 ns mit 10 MHz. Da 10 MHz die höchste Impulsfrequenz im TXK1-Datenstrom ist, weisen die 10Base-T-Daten, die schließlich zum ausgehenden Kabel 56T geliefert werden, eine charakteristische Datenratenfrequenz von 10 MHz auf.
Der Sender 32T enthält ein digitales Tiefpass-Wellenformfilter (in 2 nicht separat gezeigt), das den TXK1-Datenstrom filtert, um Frequenzkomponenten oberhalb einer Grenzfrequenz zwischen 10 MHz und 20 MHz – d. h. zwischen der charakteristischen Datenratenfrequenz und der zweiten Oberwelle der charakteristischen Datenratenfrequenz – zu dämpfen. Dabei werden die rechteckigen TXK1-Impulswellenformen in abgerundete Formen umgewandelt, die der Spannungsschablone entsprechen, die durch das 10Base-T-Protokoll festgelegt wird. Die Grenzfrequenz des digitalen Filters beträgt typischerweise 15 MHz.
Das Filtern wird auf eine solche Weise durchgeführt, dass die Wellenformen für die Teile des Manchester-codierten TXK1-Datenstroms, die mit Impulsen von 50 ns gebildet werden, zum größten Teil als Sinuswellen mit 10 MHz geformt werden. Die steigenden und fallenden Flanken der Wellenformen für die Teile des TXK1-Datenstroms, die aus Impulsen von 100 ns bestehen, sind mit im Wesentlichen derselben Sinuswellenform versehen wie die Impulse von 50 ns. Eine Vorverzerrung wird auf die TXK1-Impulse mit 100 ns aufgebracht, um den Intersymboljitter zu verringern. Der Sender 32T wandelt auch den TXK1-Datenstrom in ein differentielles spannungserzeugtes Format mit einem differentiellen Spitzen-Spitzen-Hub von ungefähr 5 Volt um.
Der Sender 32T weist ein Paar von Datenausgangsanschlüssen mit drei Zuständen auf, die als Anschlüsse TXO1+ und TXO1– bezeichnet werden, von denen er jeweils die differentiellen ausgehenden Datensignale TXO1+ und TXO1– liefert. Wenn das Datenratensignal DR hoch ist, so dass der 10Base-T-Betrieb ausgewählt ist, bilden die Datensignale TXO1± die gefilterten Versionen des vorstehend beschriebenen Manchester-codierten TXK1-Datenstroms. Das heißt, der Datenstrom TXO1± bewegt sich mit 10 Mbps mit Vorverzerrung und einem Spitzen-Spitzen-Hub von 5 Volt über die Anschlüsse TXO1±. Jedes der Signale TXO1± weist einen individuellen Spitzen-Spitzen-Hub von ungefähr 2,5 Volt auf. 3 stellt Wellenformen dar, die in Zeit und Form vereinfacht sind und die die Filterung darstellen, die vom Sender 32T beim Umwandeln des TXK1-Datenstroms in die differentiellen Signale TXO1± für den Fall von hohem DR durchgeführt wird.
Die Anschlüsse TXO1+ und TXO1– des Senders 32T sind jeweils über gleichwertige Quellenabschlusswiderstände RA+ und RA– mit ausgehenden elektrischen Leitern 58+ und 58– gekoppelt. Die Leiter 58± sind kurz, gewöhnlich weniger als 1 cm lang, so dass der Antennen- (Strahlungs-) Effekt auf die EMI klein ist. Die Widerstände RA± dämpfen die Datensignale TXO1±.
Wie nachstehend weiter beschrieben, sind die Leiter 58± mit dem Sendetransformator 44T auf eine Weise verbunden, die ermöglicht, dass der Transformator 44T in einer 1 : 2-Spannungshochsetz-Betriebsart bezüglich der resultierenden gedämpften differentiellen Datensignale auf den Leitern 58± arbeitet. Aufgrund der 1 : 2-Hochsetzverbindungen wird die charakteristische Impedanz von 100 Ohm des ausgehenden Kabels 56T durch den Transformator 44T als reflektierte Impedanz von 25 Ohm auf den Leitern 58± gesehen. Die Widerstände RA± werden so gewählt, dass sie derartige Werte aufweisen, dass die gesamte Ansteuerquellenimpedanz – d. h. die Kombination von Widerständen RA± und die Ausgangsimpedanz des Senders 32T – dieser reflektierten Impedanz von 25 Ohm entspricht. Dabei halbieren etwa die Widerstände RA± den differentiellen Spitzen-Spitzen-Hub von 5 Volt der Signale TXO1±. Die vorverzerrten Datensignale mit 10 Mbps auf den Leitern 58± weisen somit während des 10Base-T-Betriebs einen differentiellen Spitzen-Spitzen-Hub von ungefähr 2,5 Volt auf.
Die Anschlüsse TXO1± gehen in einen Zustand mit hoher Impedanz über, wenn das Ratensignal DR niedrig ist. Dies trennt die Widerstände RA± und folglich die Leiter 58± elektrisch vom Sender 32T während des 100Base-TX-Betriebs.
Für die 100Base-TX-Datenübertragung führt die 100Base-TX-Zustandsmaschine 36T eine 4B/5B-Symbolumwandlung an Vier-Bit-NRZ-Tetraden-Daten TXJ2 durch, die mit einer summierten Datenrate von 100 Mbps eingehen. Die 4B/5B-Umwandlung integriert Steuersignale in die TXJ2-Daten, um Fünf-Bit-Symbole zu erzeugen, die sich mit einer summierten Datenrate von 125 Mbps bewegen. Die Steuersignale zeigen den Beginn der Übertragung, das Ende der Übertragung und Leerlauf an.
Die Zustandsmaschine 36T verwürfelt die Fünf-Bit-Symboldaten unter Verwendung einer geeigneten Zufallszahlenfunktion. Die Maschine 36T serialisiert die verwürfelten Fünf-Bit-Symboldaten, um einen binären Ein-Bit-NRZ-Datenstrom zu erzeugen, der sich mit 125 Mbps bewegt. Dies entspricht einer maximalen Impulsfrequenz von 62,5 MHz. Schließlich wandelt die Maschine 36T die verwürfelten seriellen Daten in ein differentielles Format um, um differentielle Datensignale TXK2+ und TXK2– zu erzeugen, die sich mit 125 Mbps bewegen.
Der 100Base-TX-Sender 42T wendet eine MLT-3-Codierung auf die binären NRZ-Datensignale TXK2± an, um ein Paar von trinären differentiellen Datensignalen zu erzeugen, die sich mit 125 Mbps bewegen. Da Impulse mit halber Höhe in den verwürfelten MLT-3-Daten eine minimale Impulsbreite aufweisen können, die einer Frequenz von 62,5 MHz entspricht, weisen die 100Base-TX-Daten, die schließlich zum ausgehenden Kabel 56T geliefert werden, eine charakteristische Datenratenfrequenz von 62,5 MHz auf. Trotzdem besteht der Nettoeffekt der MLT-3-Codierung darin, die maximale Grundfrequenz von Signalübergängen mit voller Höhe auf 31,25 MHz zu begrenzen – d. h. die Hälfte von 62,5 MHz. Die Kombination der Verwürfelung und MLT-3-Codierung verbreitert das Frequenzspektrum und verschiebt die Spektralenergie nach unten (d. h. zu niedrigeren Frequenzen), um die Standards zu erfüllen, die von der FCC für elektromagnetische Strahlung von unbeabsichtigten Strahlern mit Frequenzen oberhalb 30 MHz vorgeschrieben sind.
Der Sender 42T wandelt dann die verwürfelten differentiellen MLT-3-Daten in ein Paar von differentiellen stromerzeugten Datensignalen IXO2+ und IXO2– um. Der Sender 42T weist ein Paar von Datenausgangsanschlüssen mit drei Zuständen auf, die als Anschlüsse TXO2+ und TXO2– bezeichnet werden, von denen er jeweils differentielle ausgehende Ströme IXO2+ und IXO2– liefert. Die Anschlüsse TXO2+ und TXO2– sind jeweils über Knoten B+ und B– mit abgehenden elektrischen Leitern 60+ und 60– gekoppelt. Widerstände RB± sehen einen entsprechenden Widerstand zur charakteristischen Impedanz des eingehenden Kabels 56R von 100 Ohm während des 100Base-TX-Betriebs vor. Wie bei den Leitern 58± sind die Leiter 60± kurz, normalerweise geringer als 1 cm, so dass der Antenneneffekt auf die EMI wieder klein ist. Die differentiellen ausgehenden Datensignale TXO2+ und TXO2– liegen auf den Leitern 60+ und 60– vor. Die Beziehung zwischen den Strömen IXO2± und den Datensignalen TXO2± wird nachstehend weiter erörtert.
Der Inverter 50 invertiert das Ratensignal DR, um ein invertiertes Datenratensignal DR zu erzeugen. Die Ausgangssteuerung 52, die als Reaktion auf das Signal DR arbeitet, liefert ein Steuersignal CO zum Sender 42T. Ein Paar von gleichwertigen Widerständen RB+ und RB– schließen jeweils die Leiter 60+ und 60– ab. Die Widerstände RB± sehen einen entsprechenden Widerstand zur charakteristischen Impedanz des eingehenden Kabels 56R von 100 Ohm während des 100Base-TX-Betriebs vor. Der Widerstand RB+ ist mit einem Schalter 54+ zwischen dem Knoten B+ und der V_LL-Versorgung in Reihe geschaltet. Der Widerstand RB– ist ebenso mit dem Schalter 54– zwischen dem Knoten B– und der V_LL-Versorgung in Reihe geschaltet. Die Schalter 54± reagieren beide auf das Signal DR.
Während des 100Base-TX-Betriebs bewirkt der niedrige Wert des Signals DR, dass das Signal DR hoch ist. Die Schalter 54± schließen sich dadurch, um die Anschlüsse TXO2± durch die Abschlusswiderstände RB± mit der V_LL-Versorgung zu koppeln. Das Steuersignal CO bewirkt, dass die Ströme IXO2± mit vorgeschriebenen hohen Strompegeln geliefert werden. Die resultierenden Spannungen, die über den Widerständen RB± durch die Ströme IXO2± entwickelt werden, bewirken, dass die ausgehenden Datensignale TXO2± mit einem Spitzen-Spitzen-Hub von ungefähr 2 Volt über den Leitern 60± erzeugt werden. Die Signale TXO2± bewegen sich mit 125 Mbps mit einer verwürfelten MLT-3-Codierung.
Die durch den Strom IXO2± erzeugten Signale werden während des 10Base-T-Betriebs im Wesentlichen auf Null verringert, wenn das Ratensignal DR hoch ist. Dies trennt den Sender 42T elektrisch von den Leitern 60±. Außerdem öffnen sich die Schalter 54±, um den elektrischen Abschluss zu entfernen, der von den Widerständen RB± bereitgestellt wird, wodurch ermöglicht wird, dass die Widerstände RA± die erforderliche Impedanz zum Abgleich auf die charakteristische Impedanz des eingehenden Kabels 56R vorsehen.
Der Sendetransformator 44T isoliert das abgehende Kabel 56T von der Schaltung, die die Signale TXO1± und TXO2± erzeugt. Der Transformator 44T weist eine Primärwicklung 44TP und eine Sekundärwicklung 44TS auf. Die Leiter 58+ und 60+ sind über einen Knoten A mit dem positiven (mit Punkt) Ende der Primärwicklung 44TP verbunden. Die Leiter 58– und 60– sind jeweils mit dem Mittelabgriff und dem negativen (ohne Punkt) Ende der Wicklung 44TP verbunden. Die Datensignale am positiven Ende, am Mittelabgriff und am negativen Ende der Wicklung 44TP sind jeweils als Signale TXP+, TXPC und TXP– in 2 angegeben.
Das positive und das negative Ende der Sekundärwicklung 44TS liefern jeweils differentielle ausgehende Datensignale TXQ+ und TXQ–. Der Mittelabgriff der Wicklung 44TS ist über einen Widerstand RU, einen Knoten C und einen gemeinsamen Kondensator CV mit der V_LL-Versorgung gekoppelt. Der Widerstand RU sieht einen Gleichtaktabschluss vor. Der Kondensator CV liefert eine Spannungsisolation zwischen der Heim- und der entfernten Anlage, um Benutzer vor einer hohen Spannung zu schützen. Für diesen Zweck weist der Kondensator CV typischerweise eine Durchbruchspannung von 1,5 kV auf. Der Kondensator CV kann als diskretes Element implementiert werden. Alternativ kann der Kondensator CV als eingebauter Teil der mehrlagigen Ethernetkarte, die die Schaltungsbauteile trägt, implementiert werden.
Während der 10Base-T-Datenübertragung sind die Leiter 60± effektiv unterbrochen. Die Signale TXO1± laufen dadurch durch die Widerstände RA± und auf die Leiter 58±, so dass sie zu den Signalen TXP+ und TXPC werden, die jeweils in ausgehende Signale TXQ± transformiert werden, die sich mit 10 Mbps bewegen. Da der Leiter 58– mit dem Mittelabgriff der Primärwicklung 44TP verbunden ist, funktioniert der Transformator 44T als 1 : 2-Hochsetzvorrichtung, die den differentiellen Spitzen-Spitzen-Hub der Signale TXP+ und TXPC von ungefähr 2,5 Volt in einen differentiellen Spitzen-Spitzen-Hub von ungefähr 5 Volt für die Signale TXQ± umwandelt.
Während der 100Base-TX-Datenübertragung sind die Leiter 58± effektiv unterbrochen. Die Signale TXO2± laufen entlang der Leiter 60±, so dass sie zu den ausgehenden Signalen TXP± werden, die jeweils in ausgehende Signale TXQ± umgewandelt werden, die sich mit 125 Mbps mit dem differentiellen Spitzen-Spitzen-Hub der Signale TXO2± von ungefähr 2,0 Volt bewegen. Beim Überbrücken der Primärwicklung 44TP werden die Widerstände RB± so gewählt, dass sie Werte aufweisen, die ermöglichen, dass die charakteristische Impedanz der Leiter 60± der charakteristischen Impedanz des Kabels 56T von 100 Ohm entspricht.
Parasitäre Kapazitäten CA+ und CA–, die einen ungefähr gleichen Wert aufweisen, gehören jeweils zu den Ausgangsanschlüssen TXO1+ und TXO1– des Senders 32T. Während des 100Base-TX-Betriebs müssen die Kapazitäten CA± berücksichtigt werden. Da die Anschlüsse TXO1± während des 100Base-TX-Betriebs effektiv von den Leitern 58± getrennt sind, werden der Widerstand RA+ und der Kondensator CA+ zwischen der V_LL-Versorgung und dem Leiter 58+ am positiven Ende der Primärwicklung 44TP wirksam in Reihe geschaltet. Folglich werden ein Widerstand RC und ein (realer) Kondensator CC zwischen die V_LL-Versorgung und den Leiter 60– am negativen Ende der Wicklung 44TP eingefügt. Indem der Widerstand RC und der Kondensator CC so gewählt werden, dass sie dieselben jeweiligen Werte wie der Widerstand RA+ und der Kondensator CA+ aufweisen, wird die Vorrichtung während der 100Base-TX-Datenübertragung abgeglichen. Dies verringert eine unerwünschte Gleichtakt-Differential-Umwandlungsverstärkung.
Das Sendetiefpassfilter 45T filtert die Signale TXQ+ und TXQ–, um jeweils differentielle ausgehende Datensignale TXS+ und TXS– zu erzeugen. Insbesondere dämpft das Filter 45T Frequenzkomponenten oberhalb einer Grenzfrequenz in der Nähe von 125 MHz. Diese liegt oberhalb der charakteristischen Datenratenfrequenz der 100Base-TX-Daten von 62,5 MHz, welche zum abgehenden Kabel 56T geliefert werden. Bei der Umwandlung der Signale TXO2± (oder IXO2±) in die Signale TXS± während der 100Base-TX-Übertragung dämpft das Tiefpassfilter 45T Frequenzkomponenten oberhalb ungefähr 125 MHz.
Das Tiefpassfilter 45T befindet sich im Datenweg für die Signale TXO1±. Die Signale TXO1± werden jedoch vom 10Base-T-Sender 32T mit Frequenzkomponenten oberhalb 20 MHz, typischerweise oberhalb 15 MHz, die bereits aufgrund der Tiefpassfilterung des im Sender 32T enthaltenen digitalen Wellenformers gedämpft sind, geliefert. Da die Grenzfrequenz des Filters 45T beträchtlich höher ist als jene des digitalen Wellenformers, wirkt sich die Tiefpassfilterwirkung des Filters 45T nicht signifikant auf die Umwandlung der Signale TXO1± in die Signale TXS± aus.
Die vorliegende Vorrichtung ist so ausgelegt, dass der 100Base-TX-Datenweg nicht durch das digitale Wellenformungsfilter im Sender 32T verläuft. Die Tatsache, dass der Sender 32T eine beträchtlich kleinere Bandbreite aufweist als das Filter 45T, ist folglich für die 100Base-TX-Übertragung unwesentlich. Dies wird bedeutenderweise mit einem einzelnen Sendeisolationstransformator und ohne die Verwendung von Signalumschalten im Betrieb in den Datenübertragungswegen bewerkstelligt.
Die Sende-Gleichtaktdrosselspule 46T wandelt die Signale TXS+ und TXS– jeweils in ausgehende differentielle Datensignale TX+ und TX– um. Die Drosselspule 46T dämpft die Gleichtakt-Differential-Umwandlungsverstärkung. Die Signale TX± laufen durch den RJ-45-Verbindungsstecker 48 und den Stecker 57, wo sie zu den zwei verdrillten Leitungen des Kabels 56T zur Übertragung zur entfernten Anlage geliefert werden.
4 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Teils des Datensendeweges dar. Insbesondere stellt 4 Details für den Sendewegabschnitt, der sich von den Sendern 32T und 42T zum abgehenden Kabel 56T erstreckt, dar.
Beginnend mit dem Inverter 50, besteht er vorzugsweise aus einem NPN-Transistor QD, einem Eingangswiderstand RI, einem Ausgangswiderstand RH, einem weiteren Widerstand RL und einem Kondensator CD. Die Ausgangssteuerung 52 ist mit einem NPN-Transistor QR, einem Eingangswiderstand RR und einem Bezugswiderstand RRH ausgebildet. Der Schalter 54+ besteht aus einem NPN-Transistor QS+ und einem Eingangswiderstand RS+. Der Schalter 54– ist ebenso mit einem NPN-Transistor QS– und einem Eingangswiderstand RS– ausgebildet. Die Transistoren QD, QR und QS± sind vorzugsweise mit einer Transistormatrix wie z. B. der MPQ2222 Vierfach-Transistormatrix-IC, die von National Semiconductor hergestellt wird, implementiert.
Der 10Base-T-Sender 32T besteht aus einem digitalen Wellenformungsfilter 62 und einem Ausgangspuffer 64 mit drei Zuständen. Das Wellenformungsfilter 62 filtert den TXK1-Datenstrom auf die vorstehend beschriebene Weise, um gefilterte differentielle Datensignale TXL1+ und TXL1– mit Vorverzerrung und einem differentiellen Spitzen-Spitzen-Hub von ungefähr 5 Volt zu erzeugen. Die Wellenformen TXL1± erfüllen die Spezifikationen für vorverzerrte Wellenformen des 10Base-T-Protokolls. Das Filter 62 ist vorzugsweise auf die Weise implementiert, die in Segaram, US-Patentanmeldung Ser.-Nr. 08/133 405, eingereicht am 7. Oktober 1993, beschrieben ist, deren Inhalt durch den Hinweis hierin aufgenommen wird.
Der Ausgangspuffer 64 wird durch das Datenratensignal DR gesteuert. Wenn das Signal DR hoch ist, verstärkt der Puffer 64 die Signale TXL1±, um Datensignale TXO1± an den Anschlüssen TXO1± zu erzeugen. Für diesen Zweck wird der Puffer 64 vorzugsweise mit ungefähr 2,5 Volt relativ zu V_LL vorgespannt. Wenn das Signal DR niedrig ist, bringt der Puffer 64 die Anschlüsse TXO1± in einen Zustand mit hoher Impedanz.
Der 100Base-TX-Sender 42T enthält einen Eingangspuffer 66, einen Codierer 67 und einen programmierbaren Ausgangsstromtreiber 68. Der Eingangspuffer 66 verstärkt die Signale TXK2±, um binäre differentielle Datensignale TXL2+ und TXL2– zu erzeugen. Der Codierer 67 erzeugt trinäre differentielle Datensignale TXM2+ und TXM2– durch Anwenden von MLT-3-Codierungen auf die Datensignale TXL2±. Der Ausgangsstromtreiber 68 wandelt die differentiellen Signale TXM2± in stromerzeugte Signale IXO2± um und liefert Ströme IXO2± zu den Anschlüssen TXO2±.
Als nächstes betrachte man den Datenempfang. Wenn man sich wieder 2 zuwendet, weist der Empfangsisolationstransformator 44R eine Primärwicklung 44RP und eine Sekundärwicklung 44RS auf. Differentielle Datensignale RX+ und RX– werden von den zwei verdrillten Leitungen des eingehenden Kabels 56R zu den Enden der Primärwicklung 44RP entweder mit der 10Base-T-Datenrate von 10 Mbps oder der 100Base-TX-Kabeldatenrate von 125 Mbps geliefert. Der Mittelabgriff der Wicklung 44RP ist über einen Widerstand RW, einen Knoten C und einen Kondensator CV mit der V_LL-Versorgung gekoppelt. Wie beim Widerstand RU sieht der Widerstand RW einen Gleichtaktabschluss vor.
Der Transformator 44R wandelt die differentiellen eingehenden Datensignale RX+ und RX– jeweils in differentielle Datensignale RXF+ und RXF– um, die von den Enden der Sekundärwicklung 44RS mit im Wesentlichen demselben Spannungshub wie jenem der Signale RX± geliefert werden. Dabei isoliert der Transformator 44R das eingehende Kabel 56R von der Datenempfangsschaltung, die die Signale RXF± verarbeitet. Das Empfangstiefpassfilter 45R erzeugt differentielle Datensignale RXG+ und RXG– durch jeweils Filtern der Datensignale RXF+ und RXF–, um Frequenzkomponenten oberhalb einer Grenzfrequenz in der Nähe von 125 MHz zu dämpfen.
Die Enden der Sekundärwicklung 44RS sind über das Filter 45R und die Empfangs-Gleichtaktdrosselspule 46R jeweils mit den elektrischen Leitern 70+ und 70– elektronisch gekoppelt. Die Drosselspule 46R wandelt die Signale RXG+ und RXG– jeweils in differentielle eingehende Datensignale RXH+ und RXH– um, die auf den Leitern 70+ und 70– geliefert werden. Dabei dämpft die Drosselspule 46R die Gleichtakt-Differential-Umwandlungsverstärkung. Die Leiter 70± weisen eine charakteristische Impedanz von 100 Ohm auf – d. h. dieselbe wie jene des Kabels 56R.
Der 10Base-T-Empfänger 32R und der 100Base-TX-Empfänger 42R weisen verschiedene Gleichspannungs-Eingangsvorspannungspegel auf. Um eine Gleichspannungs-Eingangsdiskrepanz zwischen den Empfängern 32R und 42R zu vermeiden, werden die eingehenden Signale RXH± mit dem Empfänger 32R wechselspannungsgekoppelt. Insbesondere werden die Leiter 70+ und 70– an den Knoten D+ und D– abgegriffen, von wo aus sie über gleichwertige Gleichspannungs-Sperrkondensatoren CR+ und CR– mit einem Paar von Dateneingangsanschlüssen, die als Anschlüsse RXI1+ und RXI1– bezeichnet sind, des Empfängers 32R gekoppelt sind. Die Kondensatoren CR+ und CR– sperren jeweils jegliche Gleichspannungskomponenten, die in den Signalen RXH+ und RXH– vorliegen, um differentielle eingehende Datensignale RXI1+ und RXI1– an den Anschlüssen RXI1+ und RXI1– zu erzeugen. Die Signale RXI1± weisen folglich im Wesentlichen denselben Wechselspannungshub auf wie die Signale RXH±. Um den Antenneneffekt niedrig zu halten, sind die elektrischen Leitungen 71+ und 71–, die die Kondensatoren CR± mit den Anschlüssen RXI1± verbinden, weniger als 1 cm lang.
Die Signale RX± und somit die Signale RXI1± werden während des 10Base-T-Datenempfangs Manchester-codiert. Der Empfänger 32R wandelt die Signale RXI1± in einen einzelnen Manchester-codierten Datenstrom RXM1 um, der sich mit 10 Mbps bewegt. Die 10Base-T-Empfangszustandsmaschine 34R decodiert den RXM1-Datenstrom und wandelt ihn in ein NRZ- Datensignal RXN1 um. In Abhängigkeit vom gewünschten Format erzeugt die Zustandsmaschine 34R ein Signal RXN1 als Tetrade auf vier Leitungen oder als Ein-Bit-Signal auf der Leitung, die ansonsten das LSB der Vier-Bit-Tetrade überträgt.
Die Leiter 70± sind ferner auf eine Kaskaden- – d. h. ununterbrechbare – Weise mit dem Empfänger 42R gekoppelt. Insbesondere sind die Leiter 70+ und 70– jeweils über ein Paar von Spannungsteilern mit einem Paar von Dateneingangsanschlüssen, die als Anschlüsse RXI2+ und RXI2– bezeichnet sind, des Empfängers 42R gekoppelt. Während des 100Base-X-Empfangs sind die Spannungshübe der Signale RXH± für den Empfänger 42R etwas hoch. Die Spannungsteiler dämpfen die Signale RXH+ und RXH–, um jeweils die Anschlüsse RXI2+ und RXI2– mit differentiellen Datensignalen RXI2+ und RXI2– mit Spannungshüben zu versehen, die eine gute adaptive Entzerrung bereitstellen.
Die Spannungsteiler sind jeweils mit gleichwertigen Abschlusswiderständen RD+ und RD– und gleichwertigen Abschlusswiderständen RE+ und RE–, die mit den Widerständen RD+ und RD– durch Teilerknoten E+ und E– verbunden sind, von welchen die Signale RXI2+ und RXI2– zum Empfänger 42R geliefert werden, ausgebildet. Die Widerstände RD± sind mit den Leitern 70± verbunden. Elektrische Leitungen 72+ und 72–, die die Knoten E± mit den Anschlüssen RXI2± verbinden, sind weniger als 1 cm lang, um den Antenneneffekt niedrig zu halten. Die Widerstände RE± sind an einem Knoten F miteinander verbunden. In Kombination bilden die Widerstände RD± und RE± ein Netzwerk, das die Leitungen 70± mit einer Impedanz von ungefähr 100 Ohm zum Abgleich auf die charakteristische Impedanz des Kabels 56R von 100 Ohm abschließt.
Ein Gleichspannungs-Sperrkondensator CF und ein weiterer Widerstand RF sind zwischen den Knoten F und die V_LL- Versorgung geschaltet. Der Kondensator CF verhindert, dass der Eingangs-Gleichvorspannungspegel an den Anschlüssen TXO2± durch die V_LL-Versorgung beeinflusst wird. Der widerstand RF verringert den Gleichtaktstrom und verringert dadurch die Gleichtakt-Differential-Umwandlungsverstärkung.
Die Signale RX± und folglich die Signale RXI2± werden während des 100Base-TX-Datenempfangs mit einer verwürfelten MLT-3-Codierung codiert. Der 100Base-TX-Empfänger 42R stellt fest, ob die Signale RXI2± bestimmte minimale Eingangsrauschsperren-Spannungsschwellen erfüllen, und wenn sie diese erfüllen, verstärkt er die Signale RXI2± entsprechend. Außerdem decodiert der Empfänger 42R die verstärkten MLT-3-Daten, um ein Paar von binären differentiellen NRZ-Datensignalen RXM2+ und RXM2– zu erzeugen, die sich mit 125 Mbps bewegen.
Die 100Base-TX-Empfangszustandsmaschine 36R wandelt verwürfelte differentielle NRZ-Datensignale RXM2± in eine unsymmetrische Form um. Die Zustandsmaschine 36R setzt dann den unsymmetrischen Datenstrom seriell-parallel um, um Fünf-Bit-Symbole zu erzeugen, die sich mit einer summierten Datenrate von 125 Mbps bewegen. Die Maschine 36R entmischt die Fünf-Bit-NRZ-Symboldaten, um die von der entfernten Anlage verarbeitete ursprüngliche Information wiederzugewinnen.
Schließlich führt die Zustandsmaschine 36R eine 5B/4B-Symbolumwandlung an den entmischten Fünf-Bit-Symboldaten durch, um ein Vier-Bit-Tetraden-Datensignal RXN2 zu erzeugen. Die 5B/4B-Umwandlung entfernt Steuersignale, die in den Datenstrom RX± eingebettet sind, für die Übertragung auf dem verdrillten Leitungspaar. während der 5B/4B-Umwandlung wird die summierte Datenrate auf 100 Mbps verringert. Jedes Bit der Tetrade RXN2 bewegt sich mit 25 Mbps.
Der Multiplexer 40 erzeugt ein NRZ-Datensignal RXO zum Liefern zur Heimanlage. Der Multiplexer 40 hat vier Leitungen für das Signal RXO zur Verfügung. Wenn das Ratenerfassungssignal DR hoch ist, was auf die Auswahl der 10Base-T-Datenrate hinweist, läuft das Signal RXN1 durch den Multiplexer 40, so dass es zum Signal RXO auf allen vier Leitungen als Tetrade mit 2,5 Mbps pro Leitung oder auf einer Leitung als Ein-Bit-Signal mit 10 Mbps wird. Wenn das Signal DR niedrig ist, was auf die Auswahl der 100Base-TX-Datenrate hinweist, läuft das Signal RXN2 durch den Multiplexer 40, so dass es zum Signal RXO als Tetrade auf den vier Leitungen mit 25 Mbps pro Leitung wird.
Durch Beliefern der Empfänger 32R und 42R mit empfangenen Daten durch die Kaskade, die aus den Leitern 70±, den Kondensatoren CR± und den Spannungsteilern besteht, ist die charakteristische Impedanz der Leiter 70± während des normalen Vorrichtungsbetriebs weitgehend konstant. Keine Betriebsschaltelemente müssen im Datenempfangsweg angeordnet werden. Dies vermeidet Unstetigkeiten in der charakteristischen Impedanz der Leiter 70± und vermeidet dadurch die EMI und Reflexionen, die sich aus solchen Unstetigkeiten ergeben würden.
Die mit den Abschlusswiderständen RD± und RE± implementierten Spannungsteiler ermöglichen, dass eingehende Signale RXI2± mit gewünschten Spannungspegeln während des 100Base-TX-Betriebs geliefert werden, ohne sich auf die eingehenden Signale RXI1± während des 10Base-T-Betriebs schädlich auszuwirken. Wie bei dem Datensendeweg muss nur ein einzelner Isolationstransformator im Datenempfangsweg verwendet werden.
5 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Teils des Datenempfangsweges dar. Insbesondere stellt 5 Details für den Empfangswegabschnitt, der sich vom eingehenden Kabel 56R zu den Empfängern 32R und 42R erstreckt, dar.
Wie in 5 angegeben, ist der 10Base-T-Empfänger 32R vorzugsweise mit einem Eingangspuffer 73, einem Vergleicher 74 und einem Ausgangspuffer 76 ausgebildet. Der Eingangspuffer 73 weist eine hohe Eingangsimpedanz auf und verstärkt eingehende Signale RXI±, um differentielle Datensignale RXJ1+ und RXJ1– zu erzeugen. Der Vergleicher 74 stellt fest, ob die Datensignale RXJ1± die erforderlichen minimalen Spannungsanforderungen erfüllen, und liefert entsprechende differentielle Datensignale RXK1+ und RXK1–. Der Ausgangspuffer 76 verstärkt die Signale RXK1±, um Datensignale RXM1± zur weiteren Signalverarbeitung gemäß dem 10Base-T-Protokoll zu erzeugen.
Der 100Base-TX-Empfänger 42R ist mit einem Eingangspuffer 78, einem Vergleicher 80, einem Decodierer 81 und einem Ausgangspuffer 82 ausgebildet. Der Eingangspuffer 78 weist eine hohe Impedanz auf und verstärkt eingehende Signale RXI2±, die MLT-3-codiert sind, um differentielle Datensignale RXJ2+ und RXJ2– zu erzeugen. Der Vergleicher 80 erzeugt differentielle Datensignale RXK2+ und RXK2– durch Quantisieren der Signale RXJ2±. Der Decodierer 81 decodiert MLT-3-Signale RXJ2±, um binäre differentielle NRZ-Datensignale RXL2+ und RXL2– zu erzeugen. Der Puffer 82 verstärkt die Signale RXL2±, um Signale RXM2± zur weiteren Signalverarbeitung gemäß dem 100Base-TX-Protokoll zu erzeugen.
Die Widerstände und Kondensatoren, die in der Schnittstellen-Sendeempfängervorrichtung von 2, 4 und 5 verwendet werden, weisen vorzugsweise die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte auf:
Die Eingangsvorspannungspegel der Empfänger 32R und 42R sind 3,75 bzw. 2,75 Volt. Die Leiter 70± sind Mikrostreifenleitungen.
Die Sendeempfänger-IC 42 besteht vorzugsweise aus der DP83223 Twister IC, die von National Semiconductor hergestellt wird. Siehe "DP83223 TWISTER Twisted Pair FDDI Transceiver Device", vorläufiges Datenblatt, National Semiconductor, Juli 1993, Seiten 1–10, dessen Inhalt durch den Hinweis hierin aufgenommen wird. Der Sendetransformator 44T, das Sendefilter 45T und die Drosselspule 46T können mit einer einzelnen Einheit, wie z. B. dem Schnittstellenmodul BEL 0556-3899-04 oder dem Schnittstellenmodul BEL 5556-3899-05 implementiert werden. Dasselbe gilt für den Empfangstransformator 44R, das Empfangsfilter 45R und die Drosselspule 46R.
Die Schnittstellenvorrichtung von 2, 4 und 5 umfasst vorzugsweise eine Fähigkeit zur Verarbeitung von Daten, die über faseroptische Kabel gemäß dem Standard ANSI X3T9.5, der üblicherweise als FDDI (Fiber Distributed Data Interface) bezeichnet wird, übertragbar sind. Der FDDI-Standard schreibt eine Datenübertragungsrate von 100 Mbps vor. Bestimmte Steuersignale werden jedoch in den FDDI-Datenstrom integriert, bevor er zu einem optischen Kabel geliefert wird. Folglich ist die FDDI-Kabel-Datenübertragungsrate 125 Mbps. Die FDDI-Datenstrom-Spezifikationen sind tatsächlich ein Teil des vorgeschlagenen 100Base-TX-Protokolls.
FDDI-Daten verwenden die 100Base-TX-Sende- und -Empfangsdatenwege in der Vorrichtung von 2, 4 und 5. Die FDDI-Verarbeitung ist jedoch von der normalen 100Base-TX-Verarbeitung eines verdrillten Paars geringfügig verschieden. Anstelle der Datenverwürfelung und MLT-3-Codierung wird an den FDDI-Daten eine NRZI- (ohne Rückkehr nach Null/Invertieren bei Eins) Codierung verwendet, um die EMI zu verringern und die FCC-Standards für elektromagnetische Emission für Frequenzen oberhalb 30 MHz zu erfüllen.
Insbesondere wendet die 100Base-TX-Sendezustandsmaschine 42T typischerweise eine NRZI-Codierung auf den ausgehenden NRZ-FDDI-Datenstrom mit 100 Mbps nach dem Durchführen der 4B/5B-Symbolumwandlung an, die die summierte Datenrate auf 125 Mbps erhöht. Alternativ kann der 100Base-TX-Sender 42T die NRZI-Codierung durchführen. In beiden Fällen führt der Sender 42T nicht die MLT-3-Codierung durch. Ebenso decodiert die 100Base-TX-Empfangszustandsmaschine 42R typischerweise die eingehenden NRZI-codierten FDDI-Daten mit 125 Mbps, um NRZ-Daten mit 125 Mbps zu erzeugen, bevor die 5B/4B-Symbolumwandlung durchgeführt wird, die die summierte Datenrate auf 100 Mbps verringert. Der Empfänger 42R kann alternativ die NRZI-Daten decodieren, um die NRZ-Daten zu erzeugen.
6 stellt ein Beispiel dessen dar, wie die Schnittstellenvorrichtung von 2, 4 und 5 erweitert wird, um die FDDI-Fähigkeit zu nutzen. Die entfernten Enden von verdrillten Kupferleitungspaaren 56T und 56R in der Vorrichtung von 2, 4 und 5 enden in einem Stecker 83, der in einen RJ-45-Verbindungsstecker 84 einsetzbar ist, der sich an der Kante einer Umsetzerplatine (nicht dargestellt) befindet. Der RJ-45-Verbindungsstecker ist mit einem optischen Sendeempfänger 86 verbunden, der sich auf der Umsetzerplatine befindet. Der optische Sendeempfänger 86 ist ferner mit einem abgehenden optischen Kabel 88T und einem eingehenden optischen Kabel 88R verbunden.
Der optische Sendeempfänger 86 enthält einen optischen Senderteil (nicht separat dargestellt) und einen optischen Empfängerteil (auch nicht separat dargestellt). während des Datensendens wandelt der optische Senderteil die differentiellen Signale TX± vom Kabel 56T in ein optisches Signal um, das über das ausgehende optische Kabel 88T zur entfernten Anlage übertragen wird. Das Entgegengesetzte geschieht während des Datenempfangs. Der optische Empfängerteil wandelt ein optisches Signal, das von der entfernten Anlage auf dem eingehenden optischen Kabel 88R empfangen wird, in differentielle Signale RX± um, die zum Kabel 56R geliefert werden.
Auf die vorangehende Weise sendet und empfängt die zusammengesetzte Schnittstellenvorrichtung von 2, 4, 5 und 6 FDDI-Daten, die sich entlang der optischen Kabel 88T und 88R mit der 100Base-TX-Kabelrate von 125 Mbps bewegen. Die zusammengesetzte Schnittstellenvorrichtung kann auch Daten verarbeiten, die sich gemäß dem 10Base-T-Protokoll mit 10 Mbps bewegen.
7 stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel dessen dar, wie der optische Sendeempfänger 86 in einer erfindungsgemäßen Schnittstellen-Sendeempfängervorrichtung verwendet wird. In dem Ausführungsbeispiel von 7 sind die verdrillten Leitungspaare 56T und 56R zusammen mit den RJ-45-Verbindungssteckern 48 und 84 beseitigt. Der optische Sendeempfänger 86 ist dann direkt mit Transformatoranordnungen 44T/45T/46T und 44R/45R/46R verbunden.
Insbesondere besteht der optische Sendeempfänger 86 in 7 aus einem optischen Sender 86T und einem optischen Empfänger 86R. Der optische Sender 86T wandelt elektrische Datensignale TX± von der Sendedrosselspule 46T in optische Daten um, die auf dem optischen Kabel 88T übertragen werden. Der optische Empfänger 86R wandelt optische Daten auf dem optischen Kabel 88R in elektrische Datensignale RX± um, die zum Empfangstransformator 44R geliefert werden. Der optische Sendeempfänger 86 ist auf derselben Ethernet-Karte angeordnet wie die anderen Komponenten. Ein geeigneter Verbindungsstecker wird verwendet, um zu ermöglichen, dass die optischen Kabel 88T und 88R leicht mit dem Sendeempfänger 86 verbunden und von diesem getrennt werden.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, dient diese Beschreibung nur dem Zweck der Erläuterung und soll nicht als Begrenzung des Schutzbereichs der nachstehend beanspruchten Erfindung aufgefasst werden. Mindestens eine der zwei Datenübertragungsraten könnte sich beispielsweise von den 10Base-T- und 100Base-TX-Datenübertragungsraten unterscheiden. Die vorliegende Schnittstellenvorrichtung könnte ein Teil einer größeren Schnittstellenvorrichtung sein, die Daten verarbeitet, die sich mit einer beliebigen von drei oder mehr verschiedenen Datenübertragungsraten und Protokollen bewegen.
Der 10Base-T-Sender 32T könnte gegen einen 10Base-T-Sender ausgetauscht werden, der ausgehende Daten mit zweimal dem vorstehend angegebenen Ausgangsspannungspegel erzeugt. In diesem Fall wäre der Leiter 58– vielmehr mit dem negativen Ende der Primärwicklung 44TP als mit dem Mittelabgriff gekoppelt.
Wenn die eingehenden Signale, die die empfangenen Daten mit der niedrigeren (anstatt höheren) Datenrate darstellen, eine Dämpfung benötigen, könnte der Datenempfangsweg vom Empfangstransformator 44R zum 100Base-TX-Empfänger 42 und dann auf eine ununterbrechbare Kaskadenweise zum 10Base-T-Empfänger 32 verlaufen. Sperrkondensatoren CR± könnten zu den Eingängen des 100Base-TX-Empfängers 42R hinab verlagert werden. Mit einer geeigneten Umordnung der Eingangsgleichvorspannungs-Netzwerke in den Empfängern 32R und 42R könnten die Kondensatoren CR± sogar beseitigt werden.
Bestimmte der Komponenten 50, 52 und 54± könnten in die Bitübertragungsschicht-ICs 30 und 42 integriert werden. Die Ausgangssteuerung 52 könnte beispielsweise in den 100Base-TX-Sendeempfänger 42T verlagert werden, so dass sie ein Teil der IC 42 wird. Der Kondensator CV könnte in zwei Kondensatoren aufgeteilt werden.
Die Verbindungsverhandlungseinrichtung 38 könnte gegen eine Schaltung ausgetauscht werden, die einfach feststellt, ob Daten mit 10 oder 100 Mbps übertragen werden, und ein Datenratensignal mit einem entsprechenden Wert erzeugt. Anstelle der Filterung der 100Base-TX-Daten mit dem Tiefpassfilter 45T, das sich in der Sekundärwicklung des Sendetransformators 44T befindet, könnten Frequenzkomponenten oberhalb der charakteristischen Datenratenfrequenz der 100Base-TX-Kabeldaten von 62,5 MHz mit einem geeigneten Tiefpassfilter, das sich anderswo im 100Base-TX-Datenweg befindet, gedämpft werden.

Claims

Vorrichtung mit: einem Isoliertransformator (44T) mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung; einem ersten Sender (62, 64), der eine Tiefpasskennlinie aufweist und digitale Daten zur Primärwicklung mit einer ersten Datenübertragungsrate innerhalb des Tiefpassbereichs der Kennlinie differentiell übertragen kann; einem zweiten Sender (66–68), der digitale Daten zur Primärwicklung zum größten Teil mit einer zweiten Datenübertragungsrate oberhalb der ersten Datenübertragungsrate differentiell übertragen kann; und einer Verbindungseinheit (48) zum Liefern von ausgehenden Daten von der Sekundärwicklung zu einem Datenübertragungskabel; gekennzeichnet durch: ein Paar von ersten Impedanzelementen (RA+, RA–), die so angeordnet sind, dass ausgehende digitale Daten vom ersten Sender differentiell über die ersten Impedanzelemente jeweils zu einem Paar von ersten elektrischen Leitern, die mit der Primärwicklung gekoppelt sind, übertragen werden; ein Paar von zweiten elektrischen Leitern (60+, 60–), die so angeordnet sind, dass ausgehende digitale Daten vom zweiten Sender differentiell auf dem Paar von zweiten elektrischen Leitern zur Primärwicklung übertragen werden; ein Paar von zweiten Impedanzelementen (RB+, RB–), wobei jedes zweite Impedanzelement zwischen eine Quelle für eine gemeinsame Bezugsspannung und einen entsprechenden der zweiten elektrischen Leiter gekoppelt ist; eine Ratenschaltung (38), die feststellt, ob ausgehende digitale Daten mit der ersten Datenübertragungsrate oder der zweiten Datenübertragungsrate übertragen werden sollen, und ein entsprechendes Datenratensignal erzeugt; und ein Paar von Schaltern (Q5+, Q5–), die jeweils den zweiten Impedanzelementen entsprechen, wobei jeder Schalter mit dem entsprechenden zweiten Impedanzelement zwischen der Quelle für die gemeinsame Bezugsspannung und dem entsprechenden zweiten elektrischen Leiter in Reihe geschaltet ist, wobei die Schalter angeordnet sind, um sich zu öffnen, wenn das Datenratensignal anzeigt, dass ausgehende Daten mit der ersten Datenrate übertragen werden sollen, und sich zu schließen, wenn das Datenratensignal anzeigt, dass ausgehende Daten mit der zweiten Datenrate übertragen werden sollen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und mit: einer ersten Übertragungszustandsmaschine (34T) zum Durchführen von Zustandsfunktionen an digitalen Eingangsdaten, um digitale Daten mit der ersten Datenrate für den ersten Sender zu erzeugen; und einer zweiten Übertragungszustandsmaschine (36T) zum Durchführen von Zustandsfunktionen an digitalen Eingangsdaten, um digitale Daten mit der zweiten Datenrate für den zweiten Sender zu erzeugen; und einer Auswahlschaltung (4), die selektiv digitale Eingangsdaten entweder zur ersten Zustandsmaschine oder zur zweiten Zustandsmaschine leitet.
Vorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch und mit: einem zweiten Isoliertransformator (44R) mit einer weiteren Primärwicklung und einer weiteren Sekundärwicklung, wobei die Verbindungseinheit mit der weiteren Primärwicklung gekoppelt ist und mit einem zweiten Datenübertragungskabel verbindbar ist, um das zweite Kabel mit der weiteren Primärwicklung zu koppeln; einem ersten Empfänger (32R), der zum Empfangen von differentiell eingehenden Daten von der weiteren Sekundärwicklung mit der ersten Datenübertragungsrate angeordnet ist; und einem zweiten Empfänger (42R), der zum Empfangen von differentiell eingehenden Daten von der weiteren Sekundärwicklung mit der zweiten Datenübertragungsrate angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 und mit: einer ersten Empfangszustandsmaschine (34R) zum Durchführen von Zustandsfunktionen an vom ersten Empfänger mit der ersten Datenübertragungsrate empfangenen Daten; einer zweiten Empfangszustandsmaschine (36R) zum Durchführen von Zustandsfunktionen an vom zweiten Empfänger mit der zweiten Datenübertragungsrate empfangenen Daten; und einer Auswahlschaltung (40), die selektiv Daten entweder von der ersten Empfangszustandsmaschine oder von der zweiten Empfangszustandsmaschine durchleitet.