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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG QUERVERWEIS ZU ZUGEHÖRIGEN ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung steht in Bezug zu
einer früheren
vorläufigen
Anmeldung 60/006,478, die beim US Patent- und Markenamt am 13.11.1995
mit dem Titel „AUTOMATIC
VOLTAGE DETECTION IN MULTIPLE VOLTAGE APPLICATIONS" eingereicht wurde.
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein die Erkennung eines Spannungspegels einer Eingangsspannungsquelle
zur Verwendung in Systemen, wie beispielsweise batteriebetriebenen
Personal Computer (PCs), die verschiedene Spannungsquellen aus einer
Energieversorgung bereitstellen, und die vorliegende Erfindung erkennt
insbesondere den Spannungspegel einer Eingangsspannungsquelle, der
einem Controller-Chip innerhalb eines Computersystems zugeführt wird,
wobei die vorliegende Erfindung einen geeigneten Spannungspegel basierend
auf der detektierten Eingangsspannung zur Verwendung durch elektrische
Schaltungen bereitstellt, um funktionale Operationen auszuführen.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Die meisten der heutigen Computer
oder PCs arbeiten mit einem Spannungspegel von 5,0 Volt +/-10%,
der von der Energieversorgungseinheit des PCs bereitgestellt wird.
Es gibt jedoch einen wachsenden Trend in der Computerindustrie hin
zu einem Betrieb von PCs mit anderen als den 5 V Pegeln, wie beispielsweise
3,3 V. Designer von elektronischen Komponenten, nämlich integrierten
Schaltungen (ICs) für
PCs müssen
Komponenten so entwerfen, dass sie bei irgendeinem der vielen Spannungspegel arbeiten,
um die verschiedenen PC oder Systementwurfsanforderungen zu erfüllen. Um
den Energieverbrauch zu reduzieren, was ein sehr wünschenswertes
Ziel insbesondere bei tragbaren Computern, wie Notebooks, Laptops
oder Palmtop PCs ist, hat die Computerindustrie beispielsweise zu
Entwürfen
gefunden, die mit geringeren Spannungen arbeiten, nämlich 3,3
Volt (V) +/-10% Noch bleibt die Verwendung von 5 V als Spannungspegel
einer Energieversorgungsquelle ein Erfordernis aufgrund der verschiedenen
System- und Vorrichtungsbeschränkungen.
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In letzter Zeit mit Anwachsen der
Popularität tragbarer
Computer wurden elektronische Komponenten und Vorrichtungen, die
bei geringeren Spannungen arbeiten und weniger Energie verbrauchen, für Designer
solcher tragbaren Computer sehr wünschenswert. Dies hat zu einem
Bedürfnis
nach elektronischen Komponenten geführt, die bei 3 bis 3,6 Volt
arbeiten oder dem Äquivalent
von 3 Batteriezellen, die für
die Konsumenten bekannt und leicht verfügbar sind.
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Tragbare PC-Systeme bieten ein großes Maß an Flexibilität im Hinblick
auf die Erweiterung mit Merkmalen, wie beispielsweise zusätzlicher
Speicher, Modem, etc., die in Form einer PC-Karte gekauft und in den PC, entweder
zum Zeitpunkt der Herstellung oder später, eingebaut werden kann, wenn
eine Karte separat von dem Konsument gekauft wurde (Diese PC-Karten
werden manchmal als Plug-in-Karten bezeichnet). Diese PC-Karten
umfassen elektronische Komponenten, wie ICs, und sie sind nun ausgelegt,
um bei 3,3 oder 5 V zu arbeiten, da sie ICs und andere elektronische
Komponenten aufweisen, die solche Spannungspegel als deren Quelle
des Energieversorgungseingangs benötigen. Die ersten nicht flüchtigen
Speichervorrichtungen (Flash-EEPROM-Vorrichtungen) wurden entworfen, um
mit zwei unterschiedlichen Spannungspegeln zu arbeiten, nämlich 5
V und 12 V, aufgrund der Beschränkungen
der ersten Flash-EEPROM-Vorrichtungen beim Betrieb mit nur zwei
dieser Versorgungsspannungen.
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Ein Blockdiagramm hoher Ebene einer
der ersten PCs, die „Solid
State"-Karten (Halbleiter-Karten)
benutzten, ist in 1 gezeigt.
In 1 ist eine Reihe
von Flash-EEPROM-ICs mit einer Controllervorrichtung 12 verbunden,
die mit einem Host (nicht gezeigt) über die Hostschnittstelle 14 kommuniziert. Die
Flash-EEPROMs 10 und der Controller 12 sitzen allgemein
auf einer Halbleiter-PC-Karte, die in einen PC eingesteckt wird
und kommunizieren mit dem Host über
die Schnittstelle 14. Der Controller empfängt einen
5 V Spannungspegel von der Energieversorgungseinheit des PC-Systems,
während
die Flash-EEPROMs 5 V und 12 V von dem Controller 12 empfangen,
wobei beide in Quellen 13 in 1 gezeigt
sind. Die 12 V Quelle wird von dem Controller 12 erzeugt.
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In jüngeren Designs erfordert jedoch
das Flash-EEPROM-Design
eine einzelne 5 V Versorgungsspannung. 2 zeigt ein Blockdiagramm hoher Ebene
einer solchen PC-Karte, die in einer PC-Umgebung eingesetzt wird,
die solche Flash-EEPROMs umfasst. Diese Karte arbeitet nur in einem
5 V PC-System.
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In jüngster Zeit wurden Flash-EEPROMs entworfen,
die mit 3,3 V arbeiten. 3 zeigt
ein PC-System, das solche 3,3 V Flash-EEPROMs benutzt. Dennoch erfordert
ein solches System, das in 3 gezeigt
ist, 3,3 V, die den Flash-EEPROM-Vorrichtungen
als Eingangsspannungsquelle bereitgestellt wird, und das deshalb
mit einer 5 V Quelle nicht arbeiten kann. In gleicher Weise ist
das 5 V System von 2 nur
mit einer 5 V Versorgungsquelle betreibbar, die den Flash-EEPROM-Vorrichtungen bereitgestellt
wird. Weiter ist es wünschenswert,
ein System zu entwerfen, das entweder einen 3,3 v oder einen 5 V
Betrieb unterstützt,
d. h., dass beide Spannungen einer PC-Karte zugeführt werden können, die
mit beiden Spannungen effektiv arbeitet. Darüber hinaus spezifiziert das
PCMCIA, das eines von einer Vielzahl von industriedefinierten Host-Schnittstellenstandards
ist und von weiten Kreisen der PC-Industrie definiert und eingehalten
wird, bestimmte Erfordernisse bezüglich der Kommunikation über die PCMCIA-Schnittstelle
und umfasst als Teil dieser Anforderungen eine PCMCIA-PC-Karte,
die entweder bei 3,3 V oder 5 V betreibbar ist.
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Um den Anforderungen des PCMCIA-Standards
zu folgen, haben PC-Karten-Hersteller jüngst ihre Karten so ausgelegt,
dass sie entweder bei einer einzelnen 5 V Versorgungsspannung oder
bei zwei 5 V und 3,3 V Versorgungsspannungen arbeiten. Mit beiden
Arten von Karten ergibt sich jedoch ein Risiko der Beschädigung der
PC-Karten, die nur für
3,3 V Betrieb entworfen wurden und der Gefahr ausgesetzt sind, in
PC-Einschubaufnahmen eingesteckt zu werden, die 5 V bereitstellen.
Dieses Problem wurde durch eine jüngere PCMCIA-Standard-Anforderung erfüllt, die
nach einer physischen Verschlüsselung der
PC-Karten verlangt, um alleine in einem bestimmten PC-Steckplatz
zu passen. Auf diese Weise wird eine PC-Karte, die 3,3 V erfordert,
so entworfen, dass sie speziell in einen PC PCMCIA-Einsteckplatz passt,
der nur 3,3 V Versorgungsspannung bereitstellt und die deshalb nicht
in einen PC PCMCIA-Einsteckplatz passt, der eine 5 V Versorgungsspannung bereitstellt.
Dies verhindert eine mögliche
Beschädigung
für Vorrichtungen,
die auf PC-Karten sitzen, die nur mit 3,3 V arbeiten.
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In jüngerer Zeit wurde der PCMCIA-Standard überarbeitet,
um weiter zu fordern, dass Karten, die zum Betrieb mit 5 V entworfen
wurden (diese Karten umfassen Flash-EEPROPMs, die mit 5 V betrieben
werden können),
während
sie mit einem Schlüssel
für 5 V-Karten
entworfen wurden, auch in einen 3,3 V verschlüsselten Steckplatz eingesteckt
werden können.
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In diesem Fall wird die 5 V Spannungsquelle in
3,3 V umgewandelt. 4 zeigt
ein solches PC-System, bei dem 3,3 V Flash-EEPROM-Vorrichtungen
auf einer Karte sitzen, die nur in einem PC-System arbeitet, das
5 V-Ausgänge
aufgrund der physisch verschlüsselten
Struktur der Karte bereitstellt. Die 5 V Versorgungsspannung, die
das System liefert, wird in 3,3 V über einen Abwärtsspannungsregler 16 zur
Verwendung durch die Flash-EEPROM-Vorrichtungen 10 umgesetzt.
Falls aber eine PC-Karte mit 5 V EEPROM-Vorrichtungen und deshalb
mit der Anforderung nach 5 V Spannungspegeln in den gleichen Steckplatz
gesteckt wird, gibt es keine Notwendigkeit, den Spannungsregler 16 zu
benutzen. Tatsächlich
wird die PC-Karte wahrscheinlich nicht arbeiten, falls die 5 V-Quelle
in 3,3 V umgewandelt wurde. Deshalb wächst das Bedürfnis zur
Erkennung von Spannungspegeln, die von der Energieversorgung eines
PC-Systems geliefert werden, um festzulegen, ob die Benutzung eines
Spannungsreglers notwendig ist. Es ist ferner wünschenswert, eine erste und
eine zweite Spannungsquelle elektronischer Schaltungen, wie Flash-EEPROM-Vorrichtungen, wählbar bereitzustellen,
um Schaden für
solche Schaltungen zu verhindern, die sich aus der Anwendung der
falschen Spannung ergeben.
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US
5,329,491 offenbart eine Karte mit nicht flüchtigem
Speicher, die einen Energieversorgungseingang zum Empfang einer
Vorrichtungs-Energieversorgungsspannung für die Speicherkarte und eine Vielzahl
von Speicher aufweist, die in einem Array angeordnet sind. Jeder
der Vielzahl der Speicher empfängt
die Vorrichtungs-Energieversorgungsspannung von dem Energieversorgungseingang.
Jeder der Vielzahl von Speichern empfängt ein Anzeigesignal für die Vorrichtungs-Energieversorgungsspannung,
das den Spannungspegel der Vorrichtungs-Energieversorgungsspannung
anzeigt und die Schaltung innerhalb jeder der Vielzahl von Speicher konfiguriert,
um entsprechend diesem Spannungspegel der Vorrichtungs-Energieversorgungsspannung zu
arbeiten.
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Ferner offenbart
US 5,121,007 eine Abspann-Schaltung,
die in integrierten Schaltungen hoher Dichte zur Erzeugung einer
internen Spannung aus einer externen Spannung vorgesehen ist.
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Folglich besteht ein Bedürfnis für die Erfassung
bzw. Erkennung von Spannungspegeln, die von einer Energieversorgungs quelle(n)
innerhalb von PC-Systemen bereitgestellt werden, und in der Lage sind,
eine Vielzahl von Spannungspegeln an PC-Karten zu liefern, die Flash-EEPROM-Vorrichtungen
verwenden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb eine prinzipielle
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert
ist, eine Spannungserkennungsvorrichtung vorzusehen, um einen Betrieb
elektronischer Schaltungen innerhalb eines Computersystems zu ermöglichen,
wobei mehrere Spannungspegel verfügbar sind, indem der Spannungspegel
automatisch erkannt wird, der von dem Computersystem bereitgestellt
wird und um den Spannungspegel zur Benutzung durch die elektronischen
Schaltungen geeignet einzustellen.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein System des hier beschriebenen Typs
anzugeben, um den Spannungspegel einer Energieversorgungsquelle,
die von dem Computersystem bereitgestellt wird, zu erfassen und
festzulegen, ob der Spannungspegel für nicht flüchtige Speichervorrichtungen,
wie beispielsweise in dem System eingesetzte Flash-EEPROM-Vorrichtungen,
geeignet ist, und um den erfassten Spannungspegel bereitzustellen,
falls er zur Benutzung durch die Flash-EEPROM-Vorrichtungen geeignet
ist, oder falls nicht, den Spannungspegel auf jenen umzusetzen,
der zur Benutzung durch die Flash-EEPROM-Vorrichtungen geeignet
ist.
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Es ist noch eine andere Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein System des vorgeschriebenen Typs zu
schaffen, das eine Spannungsreglerschaltung benützt, um die Systemspannungs quelle
vor deren Verbindung mit den Flash-EEPROM-Vorrichtungen zu teilen.
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Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein System zur Ausführung der Erfassung des Systemspannungspegels
bereitzustellen, indem eine Spannungserkennungsschaltung eingesetzt
wird.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erf
indung, ein System des hier beschriebenen Typs anzugeben, um den
geeigneten Spannungspegel zu bestimmen, der den Flash-EEPROM-Vorrichtungen bereitgestellt
wird, indem ein geteilter Systemspannungspegel den Flash-EEPROM-Vorrichtungen
zugeführt
wird, während
sie funktionale Operationen durchlaufen und bei einem nicht erfolgreichen
Resultat solcher funktionaler Operationen wird der Systemspannungspegel
den Flash-EEPROM-Vorrichtungen zugeführt, um damit die Notwendigkeit
für eine
Spannungserfassungsschaltung zu beseitigen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Erfassungs- bzw. Erkennungsschaltung zur Bestimmung vorzusehen,
ob der von einem PC-System gelieferte Spannungspegel 3,3 V oder
5 V ist und um nach einer solchen Bestimmung den Systemspannungspegel
einer Halbleiter-Karte zuzuführen,
die innerhalb des PC-Systems eingebaut ist, falls der Systemspannungspegel
3,3 V ist, und falls der Systemspannungspegel 5 V ist, diese Spannung auf
3,3 V umzusetzen und die umgesetzte Spannung der Halbleiter-Karte
zuzuführen.
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Kurz zusammengefasst umfasst eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Spannungserkennungsschal tung, die
innerhalb einer PC-Karte mit Flash-EEPROM-Vorrichtungen und einer Controllervorrichtung
vorgesehen ist, wobei die Spannungserkennungsschaltung ferner einen variablen
Spannungsdetektor zur Bestimmung des Systemspannungspegels aufweist,
der von einer Energieversorgung innerhalb des PC-Geräts
vorgesehen ist und entsprechend es einer Spannungsreglerschaltung
ermöglicht,
den Systemspannungspegel auf einen Pegel zuteilen, der für den Betrieb
der Flash-EEPROM-Vorrichtungen
geeignet ist und um diesen Betriebs-Spannungspegel den Flash-EEPROM-Vorrichtungen
zuzuführen.
Nach der Bestimmung des Systemspannungspegels, der von der Energieversorgung
geliefert wird, als geeignet zum Betrieb der Flash-EEPROM-Vorrichtungen wird
die Spannungsreglerschaltung gesperrt und der Systemspannungspegel
den Flash-EEPROM-Vorrichtungen bereitgestellt.
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Diese und andere Aufgaben und Vorteile
der vorliegenden Erfindung ergeben sich ohne Zweifel für den Durchschnittsfachmann
nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsformen,
die in den verschiedenen Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
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IN DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
ein Blockdiagramm hoher Abstraktionsebene eines bekannten PC-Systems,
bei dem Flash-EEPROM-Vorrichtungen, die bei 5 V und 12 V arbeiten,
verwendet werden.
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2 zeigt
ein weiteres Blockdiagramm hoher Abstraktionsebene eines bekannten
PC-Systems, das Flash-EEPROM-Vorrichtungen
benutzt, die nur bei 5 V arbeiten.
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3 zeigt
noch ein anderes Blockdiagramm hoher Abstraktionsebene eines bekannten PC-Systems,
das Flash-EEPROM-Vorrichtungen einsetzt,
die nur bei 3,3 V betrieben werden.
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4 zeigt
ein Blockdiagramm eines PC-Systems, das ein bekanntes PC-System
mit einer Spannungstransformationsreglerschaltung zum Umwandeln
von 5 V auf 3,3 V zur Benutzung durch die Flash-EEPROM-Vorrichtungen
verwendet.
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5 zeigt
eine PC-Karte, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung innerhalb eines Controller-ICs verwendet, die einen Transformations-
bzw. Abspann-Spannungsregler, einen
variablen Spannungsdetektor und einen Spannungsauswähler umfasst.
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6 zeigt
eine detaillierte Zeichnung des in 5 gezeigten
variablen Spannungsdetektors.
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7 zeigt
eine detaillierte Zeichnung des Spannungsreglers und der Spannungsauswahlschaltung
von 5, die in einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezug nehmend auf die Zeichnung zeigt 5 ein Blockdiagramm eines
PC-Systems, das eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
einsetzt, bei der eine Controllervorrichtung 20 mit einer
Host-PCMCIA-Schnittstelle 22 und einer Spannungsauswahlschaltung 32 mit
einer Reihe von Flash-EEPROM- Vorrichtungen 24 verbunden
ist. Der Controller 20 ist ein IC, das üblicherweise auf einer PC-Karte
(nicht gezeigt) sitzt. Die Spannungsauswahlschaltung 32 und
die Flash-EEPROM-Vorrichtungen 24 sitzen ebenfalls auf
der PC-Karte. Die PC-Karte kann in einem PC 25, der eine PCMCIA-Schnittstelle
unterstützt,
eingesteckt sein. Während
des Betriebs des PCs und während
die PC-Karte darin
eingesteckt bleibt, kommuniziert die PC-Karte mit dem Host (oder
der CPU) über
die Host-PCMCIA-Schnittstelle 22, um Daten und Befehlsinformationen
zwischen ihnen zu übertragen.
Das Protokoll, das zur Kommunikation zwischen PC 25 und der PC-Karte eingesetzt
wird, ist üblicherweise
durch den PCMCIA-Standard
definiert, der von großen
Teilen der Industrie angenommen wurde.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie in 5 gezeigt,
arbeiten die Flash-EEPROM-Vorrichtungen 24 nur
bei 3,3 V. Der Spannungspegel der Spannungsquelle 26, die von
dem PC 25 über
die PCMCIA-Schnittstelle 22 der PC-Karte bereitgestellt
wird, kann bei entweder 3,3 V oder 5 V liegen. Es ist entscheidend
für die
vorliegende Erfindung, dass eine PC-Karte arbeitet, wenn sie entweder
in einen 3,3 V oder einen 5 V PC PCMCIA-Steckplatz eingesteckt ist,
um so die richtige Funktionalität
aufrecht zu erhalten.
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Innerhalb des Controllers 20 sitzt
ein variabler Spannungsdetektor 28, dem die Eingangsspannung 36 von
dem PC 25 über
die Schnittstelle 22 bereitgestellt wird. In Abhängigkeit
davon lässt
der Spannungsdetektor 28 ein 3,3 V Auswahlsignal 50 an den
Transformations-Spannungsregler 30 durch, der ebenfalls
innerhalb des Controllers 20 sitzt. Der Spannungsdetektor 28 spricht
auf das Freigabesignal 34 an, das von der PC-Karte erzeugt
wird, allerdings außerhalb
des Controllers 20. Das Freigabesignal 34 wird über eine
allgemein bekannte Widerstands-Kapazitäts-(oder RC) Schaltung erzeugt, wenn
das PC-System eingeschaltet
wird. Anfänglich ist
es auf einem logischen Zustand „0" und nach einer bestimmten Zeitverzögerung,
die im großen
Maße durch
den Widerstand und den Kapazitätswert
der RC-Schaltung festgelegt wird, nimmt es den logischen Zustand „1" an. Der Spannungsregler 30 ist
mit der Spannungsausfallschaltung 32 über Signal 52 und
Rückführungssignal 54 verbunden.
Die Spannungsauswahlschaltung 32 sitzt innerhalb der PC-Karte
und außerhalb
des Controllers 20. Die Spannungsauswahlschaltung 32 liefert
ihrerseits Energie oder einen Spannungswelleneingang an die Flash-EEPROM-Vorrichtungen 24 über das
Versorgungseingangssignal 23. Die Flash-EEPROM-Vorrichtungen 24 sitzen
außerhalb
aber noch auf der gleichen PC-Karte des Controllers 20 und
der Spannungsauswahlschaltung 32.
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Der Spannungsdetektor 28 gibt
den Spannungsregler 30 frei oder sperrt ihn, abhängig von dem
Spannungspegel der Eingangsspannung 36 durch das 3,3 V
Auswahlsignal 50, wie nachfolgend im Detail kurz erläutert wird.
Die Spannungsauswahlschaltung 32 wählt abhängig von den Signalen 52 und 54 den
anzuwendenden Spannungspegel aus und liefert diesen an die Flash-EEPROM-Vorrichtungen 24 über die
Versorgungseingangssignale 23.
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Bis hierher betrachtete die Diskussion
der 5 die Art und Weise,
in der der Controller, der PC und die Flash-EEPROMs mit Bezug auf
die energiebetreffenden Signale miteinander verbunden sind. Während diese
Verbindungen untereinander für
die vorliegende Erfindung wichtig sind, sollte es für den Durch schnittsfachmann
nahe liegen, dass der Grund für
die Energieverbindung darin besteht, die Übertragung von Daten zwischen
dem PC 25 über
den Controller 20 und zu den Flash-EEPROM-Vorrichtungen 24 zu
ermöglichen.
Dieser Pfad ist allgemein durch 51 in 5 gezeigt,
wo der PC 25 über
die Host-PCMCIA-Schnittstelle 22 Daten
oder Benutzerinformation sowie Befehlsinformation über den
Datenbus 56 zu einem Datenprozessor 58 überträgt. Abhängig davon
verarbeitet der Prozessor 58 die Daten durch Ausführen von
Funktionen, wie beispielsweise Formatieren, Fehlerkorrekturcodierung
und Befehlsdecodierungsoperationen, um danach die verarbeiteten
Daten über
den Flash-Datenbus 60 zu den
Flash-EEPROM-Vorrichtungen 24 zu übertragen. Jeder der Busse 56 und 60 umfasst
mehrere Signalleitungen zur Übertragung
mehrerer Informationsleitungen in paralleler Weise, wie dies allgemein in
der Industrie üblich
ist, um die Informationsübertragung
zu beschleunigen.
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6 zeigt
weitere Details der Schaltung, die innerhalb der Spannungserkennung 28 enthalten sind.
Die Eingangssp 36 wird als Eingang dem Spannungserkenner 28 über die
Host-PCMCIA-Schnittstelle 22 (in 5) bereitgestellt, und das
Freigabesignal 34 wird innerhalb des Controllers 20 erzeugt, wie
zuvor beschrieben. Bezug nehmend auf 6 ist der
Widerstand R1 38 über
einen seiner Anschlüsse mit
der Eingangsspannung 36 und über dessen zweiten Anschluss
mit dem Widerstand R2 40 verbunden, durch den der Knoten 46 gebildet
wird. Der Widerstand R2 40 ist ebenfalls über dessen zweiten Anschluss
mit dem Source-Anschluss des N2-Transistors 42 verbunden,
der über
dessen Drain-Anschluss mit Masse (0 V) verbunden ist. Der Gate-Anschluss des Transistors
N2 42 ist mit dem Freigabesignal 34 verbunden. Der Transistor
P1 44, der ein PMOS-Transistor ist, ist mit seinem Gate-Anschluss am
Knoten 46 angeschlossen. Transistor P1 44 ist über seinen
Source-Anschluss mit der Eingangsspannung 36 verbunden.
Der Drain-Anschluss des Transistors P1 44 bildet einen Knoten 64 und
ist mit dem ersten Anschluss des Widerstands R3 62 verbunden.
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Der Knoten 64 ist ferner
mit den Gate-Anschlüssen
des Transistors P2 36 und des Transistors N1 68 verbunden. Die Transistoren
P2 66 und N1 68 wirken gemeinsam als invertierender Schalter/Schaltung.
Wenn aktiviert, invertiert diese Invertierschaltung den Zustand
des Knotens 64, der dann als Knoten 74 erscheint.
Wenn der Knoten 64 auf dem logischen Zustand „1" ist, wird somit
der Knoten 74 im logischen Zustand „0" sein, und wenn der Knoten 64 in einem
logischen Zustand „0" ist, wird der Knoten 74 in
einem Zustand „1" sein. Der Drain-Anschluss
des Transistors 68 ist mit Masse verbunden und dessen Source-Anschluss ist mit
dem Drain-Anschluss des Transistors P2 66 verbunden, um einen Knoten 64 zu bilden.
Der Source-Anschluss des Transistors P2 66 ist mit der Eingangsspannung 36 verbunden.
Der Knoten 74 ist ferner mit dem ersten Anschluss des Widerstands
R4 70 verbunden, und der zweite Anschluss des Widerstands R4 70
ist über
einen Rückkopplungsweg
mit dem Knoten 46 verbunden. Über Widerstand R4 70 verbessert
dieser Rückkoppelungspfad
den logischen Zustand des Knotens 46, so dass Fluktuationen
bzw. Änderungen
während
der Abtastung des Knotens 74 über den Speicher 72 verhindert
werden.
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Knoten 74 stellt zusätzlich einen
Eingang zu dem Dateneingangsanschluss des Speichers 72 bereit.
Der Speicher 72 ist hauptsächlich eine Abtast- und Halteschaltung,
die, wenn ein Freigabesignal 34 (das als Eingangssignal
dem Freigabeeingang des Speichers 72 geliefert wird) in
einem logischen Zustand „1" ist, das Ausgangssignal
des Speichers 72 den Zustand seines Eingangs oder Knotens 74 widerspiegelt;
dies wird allgemein als „Abtasten" bezeichnet. Wenn
das Freigabesignal 34 in einem logischen Zustand „0" ist, bleibt das
Ausgangssignal des Speichers 72 auf dem letzten Wert des
Dateneingangs während
der Abtastung; dies wird als „Halten" bezeichnet. Das
Ausgangssigna1 des Speichers 72 erzeugt ein 3,3 V-Auswahlsignal 50.
Wie gleich klar werden wird, zeigt ein logischer Zustand „1", der von dem 3,3
V Auswahlsignal 50 getragen wird, an, dass die Eingangsspannung 36 eine
3,3 V +/-10% Spannungsquelle ist, und ein logischer Zustand „0" zeigt an, dass die
Eingangsspannung 36 eine 5 V +/-10% Spannungsquelle ist.
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Es ist für den Durchschnittsfachmann
klar, dass Transistor N2 42 und Transistor N1 68 NMOS-Typ Transistoren
sind, während
Transistor P1 44 und Transistor P2 66 PMOS-Typ Transistoren sind.
Spannungserfasser 28 profitiert von den PMOS Transistoreigenschaften,
um den Wert der Versorgungsspannung zu erfassen, wie sich gleich
zeigen wird. Die Widerstandswerte der Widerstände R1 und R2, 38 und 40, werden
so gewählt,
dass das Verhältnis
ihrer Werte die Spannung festlegt, die an dem Gate-Anschluss des Transistors
P1 anliegt. Diese Spannung ist höher,
wenn die Systemversorgungsspannung und deshalb die Eingangsspannung 36 5
V ist im Gegensatz zu 3,3 V. Das Verhältnis der Widerstände R1 und
R2 wird demgemäß derart
ausgewählt,
dass der Transistor P1 44 in einen „ein" Modus gebracht wird, wenn die Versorgungsspannung
oder die Eingangsspannung 36 5 V +/-10% beträgt, und
in einen „aus" Modus, wenn die
Versorgungsspannung bei 3,3 V +/-10% liegt. Der Transistor P2 36
und der Transistor N1 68 werden eingeschaltet, um einen Spannungspegel
zu triggern, der dann festgelegt wird, wenn der Transistor P1 44
nur wenig in dem „aus" oder nur wenig in
dem „ein" Modus ist, um zu gewährleisten,
dass jegliche Veränderung
der Versorgungsspannung nicht dazu führt, dass der Speicher 72 ein
fehlerhaftes Ergebnis über
das 3,3 V-Auswahlsignal 50 erzeugt. Anders ausgedrückt wird
das Verhältnis
des Transistors P1 44 zu dem Widerstand R3 62 so gewählt, dass,
wenn der Transistor P1 33 gerade „ein" ist, der Knoten 64 einen logischen
Zustand „1" annimmt, und wenn
der Transistor P1 44 in dem „aus" Zustand ist, der
Knoten 64 in einem logischen Zustand „0" sein wird.
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Beim Initialisieren oder Einschalten
des PC-Systems ist die Energieversorgung des PC-Systems (nicht gezeigt)
allgemein in einem instabilen Zustand, und von dem System erzeugte
Signale oder Spannungspegel sind unbekannt. Während dieses instabilen Zustands
ist der Spannungserfasser, wie in Fig. 6 gezeigt,
aktiv und das Freigabesignal 34 ist ebenfalls freigegeben
(oder aktiv) und in einem logischen Zustand „1" in der bevorzugten „ Ausführungsform. Der Transistor
N2 42 ist „ein
, was gewährleistet,
dass die Widerstandsteilerschaltung, die R1 und R2, 38 und
40, aufweist, aktiv ist. Während
des Einschaltens des Systems tastet der Speicher 72 ab
und erfasst damit den Zustand der Eingangsspannung 36 über dem
Transistor P2 66 und dem Transistor N1 68, da
das Freigabesignal 34 aktiv ist oder auf einem logischen
Zustand „1".
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Während
das Freigabesignal 34 aktiv ist, ist der Transistor N2
42 im „ein" Modus, und der Knoten 46 liefert
den geeigneten Spannungspegel basierend auf dem vorbestimmten Verhältnis der
Widerstände R1
und R2 (wie zuvor diskutiert), um entweder den Transistor P1 44 „ein" oder „aus" zu schalten. Das heißt, falls
die Versorgungsspannung oder die Eingangsspannung 36 5
V +/-10% beträgt,
wird der Transistor P1 44 in den „ein" Modus gesetzt und das 3,3 V Auswahlsignal 50 wird
in einem logischen Zustand „0" sein. Falls die
Eingangsspannung 3,3 V +/-10% beträgt, wird der Transistor P1
44 im „aus" Modus sein und das
3,3 V Auswahlsignal 50 wird in einem logischen Zustand „1" sein.
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Nachdem die Energieversorgung stabilisiert ist
und der Zustand der Eingangsspannung 36 (die von der Energieversorgung
kommt) von dem Speicher 72 aufgenommen wurde, wird das
Freigabesignal 34 durch den Controller 20 (in 5) deaktiviert (in diesem
Fall bedeutet das, dass das Freigabesignal auf einen niederen Spannungspegel
gesteuert wird). Das Freigabesignal 34, das in seinem deaktivierten
Zustand ist, hält
den aufgenommenen oder abgetasteten Spannungspegel, der von dem
Ausgang des Transistors P2 66 und den Transistor N1 68 am Knoten 74 geliefert
wird. Der Spannungspegel am Knoten 74 ist der erfasste
Spannungspegel des Zustands der Eingangsspannung 36 (oder
der Systemversorgungsspannung). Deshalb wird der erfasste Spannungspegel,
der am Knoten 74 bereitgestellt wird, innerhalb des Speichers 72 aufgenommen,
wobei ein logischer Zustand „0" am Ausgang 50 eine
5 V Versorgungsspannung und ein logischer Zustand „1" eine 3,3 V Versorgungsspannung
darstellt.
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Es sei nun Bezug genommen auf die 7 der Zeichnung. Eine detaillierte
schematische Darstellung des Spannungsreglers 30 und der
Spannungsauswahllogik 32 ist gezeigt. Der Spannungsregler
umfasst den Transistor P3 76, der an seinem Gate-Anschluss ein Eingangssignal von der
invertierten Version des 3,3 V Auswahlsignals 50 über den
Inverter 78 empfängt.
Der Transistor P3 76 empfängt zusätzlich ein
Eingangssignal an seinem Source-Anschluss von der Eingangsspannung 36.
Der Inverter 78 spricht auf das 3,3 V Auswahlsignal 50 an
und dessen Ausgang ist sowohl mit dem Gate-Anschluss des Transistors
P3 76 und mit einem ersten Eingang des NOR-Gatters 80 mit
zwei Eingängen
verbunden. Mit dem zweiten Eingang des NOR-Gatters 80 ist
ein Regulator PD-Signal 82 verbunden. Das Regulator PD-Signal 82 wird
innerhalb des Controllers 20 erzeugt entweder, wenn ein
Abschaltbefehl von dem PC 25 über
die Schnittstelle 22 und den Datenbus 76 an den
Datenprozessor 58 abgesetzt wird, oder wenn der Controller 20 entscheidet,
aufgrund einer fehlenden Verarbeitungsaktivität die Energie herunterzufahren,
um Systemenergie zu sparen. NOR-Gatter 80 wiederum liefert
ein Eingangssignal an den Freigabeeingang des Operationsverstärkers 86 und
an den Gate-Anschluss des Transistors N3 84, und der Drain-Anschluss
des Transistors N3 84 ist mit Masse verbunden. Der Source-Anschluss
des Transistors N3 84 ist mit einem der Anschlüsse des Widerstands R5 88 verbunden,
und der zweite Anschluss des Widerstands R5 88 ist mit einem der
Anschlüsse
des Widerstands R4 90 am Knoten 92 verbunden, der ein Eingangssignal
an den positiven Eingang des Operationsverstärkers 86 liefert.
Der negative Eingangsanschluss des Operationsverstärkers ist
mit dem Drain-Anschluss des Transistors P3 76 am Knoten 94 verbunden.
Der zweite Anschluss des Widerstands R4 90 ist mit der Eingangsspannung 36 verbunden.
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Wie früher ausgeführt ist der Spannungsregler 30 mit
der Spannungsauswahlschaltung 32 gekoppelt. Die Spannungsauswahlschaltung 32 umfasst
einen Bipolartransistor 96 und einen Kondensator 98.
Die Spannungsauswahlschaltung 32 empfängt eine Eingangsspannung 36,
die mit dem Kollektoranschluss des Bipo lartransistors 96 verbunden
ist. Der Basisanschluss des Bipolartransistors 96 ist mit dem
Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 86 verbunden.
Der Emitteranschluss des Bipolartransistors 96 verbindet
einen der Anschlüsse
des Kondensators 98 und erzeugt das Versorgungseingangssignal 23.
Der zweite Anschluss des Kondensators 98 ist mit Masse
verbunden.
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Während
des Betriebs eines PC-Systems, das die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einsetzt, bei der 5 V über die
Eingangsspannung 36 geliefert wird, wird der Transistor P3
76 in einen „aus" Modus gehen, da
das 3,3 V Auswahlsignal 50 in einem logischen Zustand „0" sein wird, das dafür sorgt,
dass der Ausgang des Inverters 78 in einem logischen Zustand „1" ist. Da das Regulator
PD-Signal 82 ebenfalls in logischem Zustand „0" ist, wird der Ausgang
des NOR-Gatters 80 in einem logischen Zustand „1" sein, um damit den
Transistor N3 84 und den Operationsverstärker 86 freizugeben. Die
Freigabe des Transistors N3 84 schaltet die Widerstandsteilerschaltung
mit dem Widerstand R4 90 und dem Widerstand R5 88. Basierend auf
den geeigneten Verhältnissen
der Widerstandswerte, die jedem dieser Widerstände zugeordnet sind, werden die
5 V, die an der Eingangsspannung 36 erscheinen, geteilt,
um am Knoten 92 3,3 V zu liefern. Der Ausgang des Operationsverstärkers 86,
der 52 ist, steuert den Gate-Anschluss des Bipolartransistors 96, um
einen abwärts
gewandelten Spannungspegel an die Flash-EEPROM-Vorrichtungen über den
Transistor 96 und das Versorgungseingangssignal 23 zu
liefern. In diesem Fall beträgt
der abwärts
gewandelte Spannungspegel 3,3 V +/-10%, während die Eingangsspannung 36 auf
einem 5 V Spannungspegel bleibt. Der Rückführungsweg 94 gewährleistet,
dass das Versorgungseingangssignal 23 bei 3,3 V bleibt, und
der Kondensator 98 reduziert das Rauschen und die Störimpulse
im Versorgungssignal 23. Wenn 5 V von einem PC-System,
das eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung benutzt und bei dem 3,3 V Flash-EEPROM-Vorrichtungen
eingesetzt werden, geliefert wird, wird in dieser Weise die Eingangsspannung 36,
die bei 5 V liegt, abwärts auf 3,3 V geteilt und den
Flash-EEPROM-Vorrichtungen 24 (in 5) über
den Spannungsregler 30 und die Spannungsauswahlschaltung 32 (in 7 gezeigt) geliefert.
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Wenn die Eingangsspannung 36 3,3
V trägt, ist
das 3,3 V Auswahlsignal 50 in einem logischen Zustand „1", was das Ausgangssignal
des NOR-Gatters 80 in den logischen Zustand „0" steuert, so dass sowohl
der Operationsverstärker 85 als
auch der Bipolartransistor 96 damit gesperrt werden. Der
Transistor N3 84 ist zusätzlich
in einem „aus" Modus, was die Widerstandteilerschaltung
mit dem Widerstand R4 90 und den Widerstand R5 88 in den gesperrten Zustand
bringt. Somit wird der Operationsverstärker 86 in dem „aus" Modus sein, so dass
sein Freigabeeingangsanschluss in einem logischen Zustand „0" sein wird. Da der
letztgenannte Widerstandsteiler gesperrt ist, wird keine Teilung
der Eingangsspannung 36 durchgeführt. Wird der Operationsverstärker 86 „aus" geschaltet, wird
verhindert, dass der Bipolartransistor 96 die Eingangsspannung 36 über das
Versorgungssignal 23 weiterleitet. Vielmehr wird die Eingangsspannung 36 auf
den Transistor P3 76 geführt, der
im „ein" Modus ist, bedingt
durch den Zustand des 3,3 V Auswahlsignals 50, das in einem
logischen Zustand „1" ist. Die Eingangsspannung 36,
die 3,3 V tragen wird, wird über
den Transistor P3 76 zum Knoten 94 und zum Pfad 54 geführt, um
ein Versorgungseingangssignal 23 zu erzeugen. Das Versorgungseingangssignal 23 arbeitet,
um den Flash-EEPROM-Vorrichtungen 3,3 V zu liefern. Mit gesperrtem Operationsverstärker 86,
Widerstandteiler und Bipolartransistor 96 während des
3,3 V Betriebs unterstützt
in diesem Hinblick die bevorzugte Ausführungsform eine Energieeffizienz,
und tatsächlich spart
sie am Gesamtenergieverbrauch des PC-Systems.
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Eine alternative Ausführungsform
nimmt Vorteil von der Unfähigkeit
der Flash-EEPROM-Vorrichtungen, Lese-, Schreib- und Löschoperationen
wirksam auszuführen,
wenn sie mit einer Eingansversorgungsspannung versorgt werden, für die sie
hinsichtlich ihres Betriebes nicht ausgelegt sind. Dies wird dadurch
getan, dass das Flash-EEPROM seiner maximalen spezifischen Betriebsspannung
ausgesetzt wird. Beim Einschalten des Systems und beim Neustarten
des Systems gibt der Controller 20 in 5 den Spannungsregler 30 frei,
indem das Regulator PD-Signal 82 in den logischen Zustand „0" gesetzt wird und
indem ermöglicht
wird, dass der Ausgang der Spannungsauswahlschaltung 3,
des Versorgungseingangssignals 23 die Versorgungsspannung für die Flash-EEPROM-Vorrichtungen
sein kann. Das 5 V Auswahlsignal 50 wird auf high gebracht,
um damit den 5 V Betrieb auszuwählen.
Der Controller 20 startet dann Lösch-, Schreib- und Leseoperationen auf
Daten zu und von den Flash-EEPROM-Vorrichtungen. In diesem Betriebszustand,
falls die Energieversorgung von dem PC-System 5 V +/-10% beträgt, liefert
der Spannungsregler 30 den geeigneten Spannungspegel, d.
h. 3,3 V +/-10%, an die Flash-EEPROM-Vorrichtungen.
Wenn der Controller 20 versucht, die funktionalen Operationen
auszuführen,
wie Lesen, Schreiben oder Löschen
von Daten, die in den Flash-EEPROM-Vorrichtungen bei maximaler Auslegung
gespeichert sind, sollten die Flash-EEPROM-Vorrichtungen richtig funktionieren.
Deshalb gibt der Controller 20 den Spannungsregler 30 immer frei
und wählt über die
Spannungsauswahlschaltung 32 das Versorgungseingangssignal 23 als
Energieversorgung oder Spannungsquelle für die Flash-EEPROM-Vorrichtungen 24 aus.
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Wenn die Energieversorgung des PC-Systems
bei 3,3 V +/--10%
liegt, wird das Ausgangssignal des Spannungsreglers 30 und
der Auswahlschaltung 32, wie durch Signal 23 geliefert,
niedriger sein als die Betriebsspannung der Flash-EEPROM-Vorrichtungen (oder
3,3 v +/-10%). Wenn der Controller 20 versucht, funktionale
Operationen, wie Lesen, Schreiben oder Löschen von in den Flash-EEPROM-Vorrichtungen 24 bei
maximaler Auslegung gespeicherte Daten, auszuführen, werden diese Operationen
nicht erfolgreich sein und der Controller 20 wird die Spannungsteilerfunktion
des Spannungsreglers abwählen
und es dem von dem PC-System an die Eingangsspannung 36 (3,3
V +/--10%) gelieferten
Spannungspegel ermöglichen,
den Flash-EEPROM-Vorrichtungen 24 zugeführt zu werden.
Der Controller 20 nimmt dann den Test der funktionalen Operation
auf, um Lesen, Schreiben und/oder Löschen von Daten in dem Flash-EEPROM
zu testen, bis diese Operationen erfolgreiche Ergebnisse zurückliefern.
Auf diese Weise legt der Controller 20 fest, dass die von
dem System gelieferte Spannung 3,3 V +/-10% ist und dass deshalb
keine Spannungsabstufung durch den Spannungsregler 30 notwendig ist.
Es sollte angemerkt werden, dass die Leistung dieser alternativen
Ausführungsform
stark von der Betriebsspezifikation und Leistung der Flash-EEPROM-Vorrichtungen
abhängt.
Das heißt,
falls diese Vorrichtungen erfolgreich in einem breiten Bereich von
Eingangsspannungen arbeiten, bei denen es eine Überlappung beispielsweise von
Betriebsspannungen von 5 V auf 3,3 V gibt, kann dieser Weg nicht optimal
sein. Andererseits, falls die Betriebsspannungen der benützten Flash-EEPROM-Vorrichtungen sich
nicht überlappen,
ist diese Lösung
sehr gut durchführbar.
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Obgleich die vorliegende Erfindung
in Bezug auf spezifische Ausführungsformen
beschrieben wurde, versteht sich, dass sich dem Durchschnittsfachmann Änderungen
und Modifikationen davon ohne weiteres ergeben.