专利名称：使用恒定总电流的数据通信的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数据通信系统和一种传输数据的方法。
美国专利第6,005,895号中公开了在多个信号导体上发送数据。传统上，已经使用差动对信号导体来发送数据，以减少噪声敏感度和干扰。在经由一差动对发送二进制数据的过程中，电流从该对导体的一个导体或者另一个导体拉出，这取决于必须发送的二进制值。因此，该对导体中一个导体的电流变化伴随有该对导体中另一个导体的电流相反变化，因而电流总和保持恒定。所以，发送所产生的辐射场弱于由于电流的未补偿变化而引起的场。
美国专利第6,005,895号还使用具有恒定总电流的发送，但是不将信号导体作为对使用。基本原理在于可以获得不同电流的集合，使用分配给不同信号导体的这些电流的不同排列来编码不同的符号。在接收过程中对于每个信号导体来说，检测与通过所有其他信号导体的每一电流的差。所有检测结果的集合用于解码发送的符号。结果，总电流保持恒定，但是能够比将信号导体作为对处理的情况发送更大数量的比特。美国专利第6,005,895号还允许一些电流是相同的。由于不能够测量这些电流之间的唯一差，从而减少了可用符号的数量。
美国专利第6,005,895号的通信系统利用一个电流源集合实现，这些电流源全部都提供相同的电流并且每个电流源能够耦合至不同的一个信号导体。通过选择电流源中的哪个耦合至信号导体中的哪个对信号进行编码。
美国专利第6,005,895号的通信系统所具有的缺点是，需要大量不同的电平以便提供大的编码容量。为了能够区分这种电流，这些电流必须包括相当大的电流，这将增加电源功耗。而且，需要大量的比较以解码符号。
本发明的其中一个目的是在通信系统中提供大量的不同符号，要求较少的功耗来区分不同的符号，同时保持编码的平衡。
本发明的其中一个目的是减少区分不同符号所需的电流电平的范围。
本发明的其中再一个目的是减少这种系统中的电源起伏。
本发明的其中再一个目的是进一步减少这种系统中的功耗。
本发明的其中再一个目的是实现一种简单的通信协议用于发送多比特数据项而无需使用用于多比特数据项的编码容量，每个数据项具有通过组合多个信号导体上的电流而编码的符号。
在权利要求1中阐述了根据本发明的通信系统。在该系统中，通过给信号导体分配选自正和负方向电流中的电流组合，在三个或更多信号导体上编码符号，所述电流即到电源相反极的电流，和优选一个或更多的附加电流电平，诸如优选零电流。使用来自一个符号集的通信符号，其中每个符号对应于通过信号导体的电流的至少一个不同组合。优选地，相同幅度的电流I、-I和通过信号导体的零电流的组合用于编码符号以简化检测。通常，不同的组合对应于具有相同总电流的正电流、负电流和零电流的集合的不同排列，诸如例如在四个信号导体上电流(I，I，-I，-I)和(I，-I，0，0)组合的排列。但是，可以使用更多的电平，例如I1、I2、0、-I1、-I2。
选择所述组合以便用于编码不同数据的所有组合导致通过信号导体的相同的电流总和，优选地产生电流零总和。该组合并不局限于所有信号导体是不同对的一部分的组合，这里所述对的一个导体中的电流总是当另一个导体电流下降时而上升。当一个导体中的电流上升时，不同导体或者信号导体组合中电流可能下降，这取决于编码的数据项，同时保持电流总和恒定。
所述系统的接收机部分测量有关流过信号导体的电流大小和方向的信息，以便区分至少三个电流电平，并使用关于已经对于不同信号导体被区分的电平的信息，根据电流的组合来解码数据。
在一个实施例中，所述通信系统包括电源极性之间的内部电流通道，控制该内部电流通道以从各个极拉出在与总电流变化方向相反的方向变化的内部电流到信号导体，或者拉出到各个极性。因此，如果首先发送符号，这将拉出正电流I通过n(例如n＝2)个信号导体和拉出负电流-I通过n个其他导体，第二符号跟随该符号，这将拉出电流I通过m(例如m＝1)个导体和拉出电流-I通过m个其他导体，那么内部电流在从第一符号到第二符号变化时的变化为(n-m)*I。结果，从电源的每个极性拉出的总电流保持恒定，减少了电源起伏问题。
优选地，可切换该通信系统到低功率模式中，在该模式中不发送任何有关的符号，并且基本上将内部电流减小到零。这节约了功率。而且优选地，比在正常发送中的改变更为缓慢地将内部电流减少到零。这减少了电源起伏噪声。优选地，例如根据RC时间逐步地减少内部电流，该时间长于发送过程中正常的符号持续时间。
在通常使用中，所述类型的符号集不会导致数目精确是2的幂的大量不同的可能符号。优选地，只有2的幂个可能符号用于编码不同的多比特数据项，以便在具有相同电流总和的组合总数量下所使用符号的数量是2的幂以下最接近它的。剩余(空闲)符号可以用于支持通信协议。例如，可以使用一个符号作为空闲符号，以指示不发送任何数据(和不应该将发送的空闲符号作为数据处理)。优选地，使用对应于来自电源两个极的零电流的空闲符号。这允许来自另一个设备连接到导体的驱动器开始驱动电流到导体，而不会有信号竞争的危险，使得能够实现安全双向接口。另外优选地，当发送一系列这种空闲符号时，系统切换回到低功率模式。在切回过程中，内部补偿电流被减少到零。因此，在低功率模式不消耗任何电流。当然，在低功率发送过程中使用的零电源电流符号还可以用于在正常操作中(不是作为空闲)编码数据，但是这需要更复杂的解码。
其他空闲符号可以用于其他协议目的，诸如指示前一符号的重复，以便确保发送的符号总是变化以允许时钟恢复。另一个空闲符号可以用作开始和/或停止符号，以发信号通知(signal)独立于数据内容的从空闲符号到正常发送的转变，并允许时钟恢复电路在传输数据之前保持稳定。
使用附图所示的示意性实施例将示例本发明的这些和其他目的和优点。在图中
图1示出了数据通信系统的第一实施例；图2示出了数据通信系统的第二实施例；图3示出了数据通信系统的第三实施例；图4示出了数据通信系统的接收部分；图5示出了接收电路中使用的门限电平；图6示出了旁路电流电路；
图7示出了用于示例一个协议的信号。
在图1中示出了数据通信系统1。四个信号导体电线或线路3形成了多-线发送信道2。在信道2的接收一侧连接接收机部分28。在信道2的信号发生一侧，每条导线3连接到第一组多个电流源4的各个正电流源4，和第二组多个电流源5的各个负电流源5。所述第一组多个电流源4安排用于在朝导线3的方向提供预先规定的恒定正单位电流，而所述第二组多个电流源5安排用于从导线3拉出单位电流方向。所述第一组多个电流源4从在使用中连接到电势Vs的第一电源端子6馈送。同样地，所述第二组多个电流源5从在使用中连接到电势Vd的第二电源端予7馈送。电势差Vs-Vd是正的。
一对旁路电流源8、9与电流源4、5并行地耦合在第一和第二电源端子6、7之间。耦合控制电路10以控制第一和第二组多个电流源4、5和旁路电流源8、9的每一个输入。控制电路10具有接收用于发送的数据符号的输入25。
控制电路10安排用于在输入25上输入代码信号的控制下，建立在导线3的组合中流动电流各自的模式。而且，控制电路10具有接收信号以指示所述驱动器是否应该变为空闲(仅仅驱动空闲符号)或激活，以及是否在输入可获得有效数据项的输入。信号线3上的电流各自的模式对应于输入25上的各自数据项。
控制电路10安排用于建立线路3中电流的连续模式，这取决于在输入25所接收的数据，以便流过导线3电流的总和对于所有模式基本上相同，并优选为零。借此，获得平衡的发送信道2，这最小化了Delta-I或EMI噪声，即由电流变化引起的接近发送信道的电磁辐射。即，当控制电路10接通或断开更多正电流源4发送符号时，它还接通或断开相同数量的负电流源5。控制电路可以例如使用查询表(未示出)实现，该表为输入25的每个数据项值提供用于电流源4、5、8、9的控制信号的各自模式。
所述第一组多个电流源4提供的电流总和本身以及所述第二组多个电流源5提供的电流总和本身，不需要必须在时间上保持恒定。只有这两个总和的和是恒定的。作为第一实例，符号(1102)表示线路3中的两条线路无电流的电流模式(符号1)，线路3中的再一条提供有负电流(符号0)，线路3的又一条提供有正电流(符号2)。在这种情况下，第一电流源4仅仅给一条导线3提供正电流。作为第二实例，符号(0202)还表示具有零总和电流的电流模式，但是所述第一组多个电流源4向两条导线3中的两条提供正电流，与第一实例相比该电流是第一实例中电流的两倍。
因此，符号(0112)、(1111)、(0022)以及这些符号的排列能够用于发送符号，例如满足上述限制条件的(1021)、(1201)和(2101)。
将会理解这不同于差分编码。当两个符号在一个位置不同时，它们在固定的其他位置不会自动地不同，该位置与其他位置形成一对。这意味着可以比纯粹的差分编码获得较大的符号集，因为反向差并不局限于信号导线对。在差分编码中，如果特定选择的组合不同于该集合子集的其他组合之处在于通过信号导线中第一条的电流，那么该子集的全部组合具有通过信号导线中相同的互补的一条的相同电流。在本发明的电路中，该选择的组合集和至少包含不同于该集合子集组合的一个组合，该不同在于通过信号导线中第一条的电流，从而该子集的组合不同于符号之处在于通过信号导线中第二条的电流，该子集的组合不会全部共享单独一条具有相同电流的信号导线。
旁路电流源8、9用于实现减小电源起伏，该起伏是电源线上的噪声影响，这是由于这些接头的阻抗，例如焊线电感，由通过电源接头的电流波动而引起的。通过保持从第一和第二电源端子6、7拉出的电流恒定，使用旁路电流源8、9抵消由信号电流源4、5引起的变化，而获得电源起伏的减小。旁路电流源8、9用作内部电流宿，其根据电流源4、5拉出的电流吸收电流，从而总电源电流保持恒定，而不管线路3上的电流模式如何。
在由符号(1102)表示的第一实例的情况下，正电流源4之一为线路3之一提供电流，而其他三个正电流源4不提供电流。控制电路10激活第一旁路电流源8以传送正电流。从第一电源端子6拉出的总电流是从正电流源4所拉出电流量的两倍。
在第一实例的情形转变到第二实例(0202)情形的过程中，正电流源4一起提供的电流量翻倍，以及通过控制电路10去激活第一旁路电流源8，从而保持从第一电源端子6拉出的电流恒定。在没有任何电流流过导线3的情况下，控制电路10不仅激活第一旁路电流源8，还激活第二旁路电流源9以补偿经由正电流源4流动电流的缺乏。
在数据发送过程中，在各自导线3上提供电流模式。然后控制电路10可在发送模式下工作。如果没有任何数据要发送，控制电路10在工作在空闲模式发送“IDLE”电流模式(1111)，其特征在于零净电流。在该模式中，基本上没有任何电流流过任何导线3。如上所述，在空闲模式中，旁路电流源8、9通常传送加倍强度的电流。如果该空闲模式持续的时间大于预定的时间周期，控制电路10则优选使得旁路电流源8、9的电流值逐步地减小其电流到零。减小上述电流降低了发送系统的能耗。控制电路10可以例如响应于指示没有任何有效数据项可用的信号，优选地在输出一系列的一个或更多停止符号(优选与重复符号交替)之后，通过旁路电流源8、9开始减小能耗，以使接收机28能够完成处理。控制电路10可以在接收一个指示有效数据的信号时，优选在发送一系列的一个或更多开始符号(以及可选地发送重复符号)之后，开始增加功耗，以使接收机28能够为该数据作准备。但是，为了控制正常模式和低功率模式之间的切换，控制电路10还可以具有专用的控制输入(未示出)，或者控制电路10可以包含检测器(未示出)用于检测在大于预定时间周期的时间间隔上不存在有效数据项，检测器发信号通知模式之间的切换。
当再一次必须发送数据时，控制电路10必须离开空闲模式。在离开该空闲模式之前，控制电路现在使得旁路电流源8、9逐步地增加其组合电流到电流源4、5中单独一个所拉出单位电流的两倍。这种增加优选地比在正常发送过程中电流的变化更为缓慢地执行，例如采取至少两个并且优选采取多于八个正常符号持续时间将电流从它功率节约电平增加到所需电平的90％。当返回到功率节约模式时，优选地以一种缓慢的方式类似地减小内部电流。
图6示出了可以用于实现在空闲模式中模拟逐步减少流过旁路电流源8、9电流的电流源电路的实例。在该实例中，旁路电流源通过第一和第二PMOS晶体管40、41实现，它们具有串连的主电流通道。第一PMOS晶体管40的栅极连接到电容器42的第一端子6。第一PMOS晶体管40的栅极连续经由电阻元件44和NMOS晶体管45的主电流通道耦合至偏置电压Vb源。第三晶体管43的主电流通道耦合在第一端子6和节点之间，该节点位于电阻44和NMOS晶体管45之间。控制电路10控制NMOS晶体管45和第三PMOS晶体管43的栅极以及第二PMOS晶体管41的栅极。
在工作中，控制电路10控制第二PMOS晶体管41，该晶体管用作控制发送哪一个信号的接通/断开(ON/OFF)开关。在发送模式过程中，第一PMOS晶体管的栅极与Vb连接，从而保证了恒定的电流。
从发送模式切换到低功率模式(当发送IDL符号时)，控制电路10使NMOS晶体管45不导通并使第三PMOS晶体管43导通，从而第一PMOS晶体管40的栅电势随电阻元件44和电容器42所确定的RC时间增加，直到通过第一PMOS晶体管40的电流减小到零。
该能量节约模式一直持续到控制电路10再次进入发送模式并且截止第三PMOS晶体管43，同时导通NMOS晶体管45。第一PMOS晶体管40栅极的电势减小直到它达到Vb，使得PMOS晶体管41能够用作上述的开关。当然，能量节约电路并不限制于图6所示的实现，其他实施例也是可能的。
在一个实施例中，可以省略旁路电流源8、9。在该实施例中，旁路电流流过正电流源4和负电流源5之间的短路，所述电流源都连接到同一导线3。这是通过控制电路10实现的，控制电路10同时地激活相应的第一和第二电流源4、5。在这种结构中，旁路电流经由与导线3的连接流过正电流源4和负电流源5之间的连接。该实施例需要更少的电流源，同时还保持了减小电源起伏噪声的效果，但是当然，如果需要逐步地接通和断开，那么必须包括用于逐步接通和断开的具有至少两对电流源4、5的电路。
尽管没有示出，但是将会明白图1的电流源可以安排作为电流镜像电路的输出，其反映了公共的基本电流并附加地提供有用于接通和断开电流的开关。
使用用于此目的的电流源4、5所具有的优点是，旁路电流源8、9和电流源4、5之间的不匹配对于电源起伏没有影响。但是，从两侧给线路3提供电流可能轻微地增加线路3上的噪声。
在图2中示出了根据本发明的数据通信系统1的第二实施例。第一电源端子6与两个正电流源4连接，每个电流源经由受控的五状态开关12与发送信道2的四条导线3相连接。同样地，第二电源端子7连接到两个负电流源5，每个负电流源经由受控的五状态开关13与发送信道2的四条导线3相连接。(实际上，可以省略从每个开关12、13到每条导线3的一个连接)。五状态开关12、13中的四个状态将相应的电流源4、5与相应的导线3相连，而第五状态相互连接电流源4、5以形成旁路连接。控制电路10控制开关12、13。
在使用过程中，控制电路10通过耦合各自的导线3与各自的正和负电流源4、5从而在导线3上产生电流模式。这是通过选择五状态开关12、13的正确状态而实现的。在发送模式中，该系统允许两个正电流和两个负电流的最大值提供给导线3。再次，在发送像符号(1111)和(1102)的过程中，这些符号使用小于来自各自电源最大电流的电流，内部吸收不提供给导线3的额外电流。为此目的，可以使用开关12、13的第五位置，或者正和负电流源4、5之间的短路，这种情形当控制电路10选择相应开关12、13的相等状态时发生。这使得开关的第五状态不必要了。
如在第一实施例中，当发送机连续发送IDLE符号(1111)时，控制电路10使得来自电流源4、5的电流逐步地减少到零。
图3示出了根据本发明的数据通信系统1的第三实施例。就第一实施例而论，受控的正和负电流源4、5由阻抗29和受控开关12、13所代替，并与电源连接6、7和线路3之间的阻抗串联放置。同理，受控旁路电流源8、9由阻抗30和受控开关14、15所代替。
如果控制电路10使得相应开关12、13可导电，该第一和第二电源端子6、7提供在每个单独的导线3中经由导线3的终端(termination)阻抗29产生期望电流的电势。再次可以由图3所示的旁路网络14、15、30或者经由各自开关12、13的短路产生旁路电流。通过闭合开关14和15可以产生双倍强度的旁路电流。可以连接到导线3的阻抗29的阻抗值Z0优选基本上等于线路3的传输线阻抗，但是其他选择也是可能的。
导线3中的正电流由VD(第一电源端子6的电势)和接收机28(参考图4将描述)中的虚接地VG节点的电势差和这些节点之间的电阻所确定。同样的推理适用于导线3中负电流的情况，该电流由VS(第二电源端子7的电势)和虚接地VG的电势差所确定。旁路网络中的阻抗30的阻抗值基本上等于阻抗Z0和接收机28内阻总和的两倍，以实现基本上与流过导线3中的电流相同的旁路电流强度。
当在IDLE模式中期望逐步断开时，控制电路10应该在IDLE模式中逐步改变晶体管14、15的栅极电压，以将流过这些晶体管的电流减小到零。
图4更详细示出了数据通信系统1的接收部分28的实施例。发送信道2的每条导线3经由具有阻抗值Z0的终端阻抗16连接到虚接地23(当流过导线3的电流总和为零时，虚接地23和实际接地之间不需要耦合，但是当然可以提供耦合，例如可以使用低阻抗耦合或者泄漏阻抗(未示出)以补偿许小偏差；当使用流过导线3的非零电流总和时，优选为低阻抗耦合)每条导线3连接到两个比较器20、21的第一输入端子(为了简明起见只示出了一条线路3)。比较器20、21的第二输入端子26、27连接到参考电压V1和V2。比较器20、21的输出端子被馈给查询表22，该查询表耦合到存储单元35(典型为寄存器)，它进而又耦合到其他电路36。
每条线路3上的信号电流可以采取三个电平正单位电流、负单位电流和零电流。通过第一和第二比较器20、21测量线路3的电压以检测导线上的三-电平信号电流。如图5中所示例，第一比较器20比较该电压和第一参考电压V1，该参考电压位于在正电流信号情况下获得的正电压VD和当无任何电流施加到线路3时的无源电压V0中间。同样地，第二比较器21比较该电压和第二参考电压V2，该参考电压在负电流信号情况下获得的负电压VS和无源电压V0(其本身通常在VD和VS中间)中间。
通过每条线路3使用两个比较器20、21来恢复每条线路3的三-电平电压信号。查询表22使用来自比较器的信号产生数据信号，该数据信号对应于原始已经发送的输入信号。该数据信号存储在存储单元35中并进一步通过其他电路36进行处理。
从线路3上的数据信号恢复时钟信号。每次当不同线路上的电流组合改变时，检测新的时钟周期。可以直接将改变检测信号用作时钟信号，但优选使用PLL将该时钟信号锁定到该改变检测信号上。通过实例的方式，示出了时钟恢复电路，它包括用于比较器输出的延迟单元31和XOR门32、多输入门OR 33和PLL 34。每个比较器的输出直接地经由各自延迟单元31耦合到各自的XOR门32。XOR门的输出耦合到多输入OR门33，该门具有耦合到PLL 34的输出。
如果比较器20、21的输出信号在时间上恒定，XOR 32的输入信号相等，XOR 32的输出保持零。如果比较器20、21的输出信号随时间改变，XOR 32的输入信号暂时不同，这是因为延迟单元31给XOR 32提供了延迟的信号，从而将检测信号馈给多输入门OR 33和PLL 34。PLL 34产生锁定到这些检测信号相位和频率的时钟信号。该时钟信号提供给存储单元35和其它电路36以进行时钟操作，该时钟操作在其他电路36中使用从线路3解码的数据。当然，如果中央时钟可用，可以省略时钟恢复电路。
正如参考图1所说明的，四条导线3安排用于允许三种电流状态，即负电流(符号0)、无电流(符号1)和正电流(符号2)。假设零净电流通过发送信道2，则允许对应于特定电流模式的十九个符号，即(2101)、(2011)、(1102)、(1012)、(1210)、(1120)、(2020)、(0121)、(1201)、(2002)、(1021)、(0022)、(0211)、(0202)、(2110)、(0220)、(0112)、(2200)和(1111)。从总共19个符号中，使用16个符号编码来自输入25上输入信号的四比特信号，而剩余的3个空闲代码用作协议中的IDLE符号(1111)、STP(开始/停止)符号和RPT(重复)符号。任何一种电流模式都可以用作后者。
图7示例了所述协议。图7所示为在导线3上连续发送的符号IDL、STP、RPT、DAT以及电流值，即对应于这些符号的I1、I2、I3和I4。符号DAT对应于示意性的四比特数据输入信号。进一步，由正和负电流源4、5所递送的总电流分别示为I+和I_。由于发送信道2中的净电流总是零，因此正电流源4可以作为最大值传送电流给两条线路3。最后，图7还示出了吸收电流IS。
在初期发送图7中的IDLE符号，而没有任何线路3载有电流。该系统处于低功率模式，其中也不拉出任何吸收电流。如参考图6所说明的，当控制单元检测到必须发送数据时，该吸收电流随着转变曲线46而逐渐地增加。因此，所述系统从空闲模式期间的功率节约状态转变到发送模式。一旦该吸收电流基本上增加到两单位电流的水平，所述系统就进入发送模式。在发送模式中，根据将发送的符号而将电流提供给线路3，但是总的电源电流保持恒定，这是因为首先，控制电路10控制旁路吸收电流源或者短路电路。最后，当控制电路10检测到暂时不必发送任何其他数据时，该系统再次进入空闲模式并且吸收电流逐渐减小。
正如已经所指示的，符号(1111)用作协议空闲符号IDL，该符号用作不发送或者空闲模式的指示符。引入对应于另一个剩余空闲符号的特殊的协议重复符号RPT，如果连续的四比特输入信号相同时使用它。发送重复符号则指示在接收机中将重复先前传送的符号。结果，接下来的符号将会总是不同，这使得在接收机侧容易从数据流中恢复时钟。
第三剩余的空闲符号是协议停止符号STP，发送该符号则指示在发送IDLE符号之后将开始发送，或者在发送IDLE符号之前已经完成发送。优选地，在发送数据之前发送一系列交替的STP和RPT符号，以允许在接收机部分28使时钟恢复稳定。在发送之后进入IDLE之前，优选发送电流模式的一系列STP/RTP对，以使得接收机部分28能够完成处理所接收的数据。但是，还有可能立即停止发送非空闲符号。
包含以上全部的总线系统是4比特二进制到4比特三进制(内部IC四芯线总线I2Q)。I2Q是双向总线和/或芯片到芯片信令协议，开始通过增强恒电流和减轻功率消耗设计该总线用于速度、最佳的EMC性能。从以上已经讨论的五种基本原理可以推导出(a)最大性能需要最小化近端和远端反射系数。所以，近端和远端阻抗必须严格匹配线路阻抗。
(b)传送信号的总量是恒定的。数据表示是差分和平衡编码的组合。因此，在IC之间传送电流的总和是零，这导致了最小化的接地和外围设备电源起伏。
(c)对于合理的功率消耗和足够的噪声容限，信号摆幅应该与接收机性能一致的小。接收机性能所需的最小摆幅应该是所使用输入晶体管的VT电压加上所需的噪声容限作为最小值。结果，该信令协议独立于正电源。
(d)集成的小参考(频带)电压VTT将会用于固定到通常为外围设备电源电压的一半，因此独立于外围设备电源电压。
(e)利用差分信号和平衡编码，使用两个备用代码以允许在接收机侧同步时钟恢复电路。该时钟通过重复代码RTP和开始/停止代码STP来包含。
尽管利用电流源驱动，项(a)要求分路(shunt)终端。项(b)通过最小化EM辐射确保在IC之间发送的数据安全。将不会产生数据相关的外围设备电源消耗。而且，能够将该总线置于有效地最小化功率消耗的空闲模式。当所述时钟嵌入到数据时，允许异步模式。项(c)和(d)排除了正信号电源，让VTT作为电流较少的终端电势。与(a)组合这将允许接地和输出电源之间的信号摆幅与(c)一致。作为附加的好处，这简化了CMOS差分接收机，因为它们需要简单的N和P型晶体管，该晶体管的VT~S用作与VTT比较的门限电平。当通过一个重复代码将时钟嵌入数据时，项(e)允许异步接口设计。
I2Q的优点在于即使在最大性能时，由于对其进行编码通过该协议也不可能产生外围设备电源和接地电流中的变化。由于这个原因，I2Q能够有利地用于其他DC平衡数据组，诸如4B/6B和差分(1B/2B)编码。而且，应该注意的是，空闲模式大大简化了热插系统。
以下讨论用于I2Q环境下的差分信令的输入、输出和终端规范。通常，在操作中该信令位于0和2.5伏之间，同时保持恒定的电源电流。除了用于I2Q接口的标称2.5伏电源之外的其他电源也是可能的。
I2Q是平衡编码的差分电流驱动的而不是基于电压的信令协议。定义标称最低电平；VOL(接地)，中间电平；VTT1.25V，以及标称高电平；VOH是2.5V。
由于驱动器阻抗必须与线路和终端阻抗相匹配，这就要求标称2.5V的外围设备电源(VDDQ)。I2Q包括三种基本的类型驱动器、接收机和终端连接器。实际的I2Q系统必须具有至少一种类型，尽管有可能并且实际上所有三种类型非常实际的是位于独立的节点(以允许总线结构)。对于点对点连接来说，这些类型可以包含在单个节点中。
将I2Q驱动器的每条单独线路定义为三种状态之一-无电压，即电流驱动最大输出电压将是VTT(1.25V)-VT-中间电压，即电流驱动输出电压将是VTT(1.25V)-高电压，即电流驱动最小输出电压将是VTT(1.25V)+VT在空闲模式中，在驱动器输出端的信号将是{1、1、1、1}。在这种情况下，通过四个输出驱动器的总电流能够斜线上升、斜线下降或者保持恒定，而不影响输出信号。
I2Q接收机将被定义为以下三种状态之一-输入电压将小于或等于VTT(1.25V)-VT＝“0”-输入电压将大约为VTT(1.25V) ＝“1”-输入电压将大于或等于VTT(1.25V)+VT＝“2”在空闲模式中，全部四个输入是{1、1、1、1}。
对于I2Q终端存在两个优选的选项。在第一选项中终端包含在驱动器或接收机内。对于点对点接口来说这是优选的选项。在第二选项中，终端与驱动器和接收机相分离。对于在双向总线原理中使用时这是优选的选项。在任何一种情况下，在激活模式中并假设代码的均匀分布，每条线路的终端的平均功率消耗将被限制于1/3[(VDDQ-VTT)2/Z0+0+(VTT-VSSQ)2/Z0]在空闲模式中，将数据，即输出电压设置为{1、1、1、1}以及在接收机一侧没有任何功率耗散。在驱动器一侧，能够使电流是零以及将电压设置为VTT，如图7所示。
在50和62Ω(56Ω±10％)之间的奇校验模式传输线阻抗的上下文中规定了I2Q电流和阻抗。为了标准化的利益，实现者应该优选符合该范围。对于较低或较高的线路阻抗来说，这里所规定的电流应该依比例决定以满足接收机的电压要求条件。当终端与驱动器、接收机一起集成用于点对点的应用时，需要满足特征线路阻抗要求并且与接口的其他线路进行匹配。I2Q接口的四条单独线路(或多条线路)之间的串扰对于通过选择恰当的发送线路拓扑产生的每个代码来说优选小于10％。为了最佳的性能，应该选择I2Q接口每条线路的长度即传播延迟相等。
I2Q只要求一个外围设备电源。优选地，在每个驱动器和接收机侧产生VTT作为二进制电平的电压参考。通过双向接口，能够使用单个电压参考。对于性能要求，I2Q系统在驱动器和终端连接器设备中都保持平衡的电流。
I2Q包括两类接收机，I类和II类。I类接收机进行比较并且不具有传播路径校正。注意到在绝大多数情况下，每个I2Q接口的最大比特率限制在1Gbit/秒/线。II类接收机进行比较以及具有传播路径校正。应该注意到在这种情况下，每个I2Q接口的最小比特率至少是1Gbit/秒/线。
I2Q包括两类驱动器，A类和B类。A类驱动器旨在用于点对点操作，因此通过驱动器所看的负载标称是Z0。对于这些双向应用，驱动器、接收机和终端包含在所述设备中。B类驱动器旨在用于多点总线操作；通过驱动器所看的负载是Z0/2。对于这些双向应用，驱动器、接收机包含在所述设备中并且在外部安排终端。驱动器的电流应该适于负载要求。通过开关电流源的电路拓扑，在外围设备电源电流上所产生的di/dt低频干扰不应该超出标称电源电流的10％。该标称的电源电流可以大约是180毫安或者替换地为大约90毫安。
对于A类驱动器，典型的转变时间将大于等于0.3纳秒。4次转变之间的时滞应该小于0.1纳秒。注意到对于接地的50和62欧姆之间的平衡负载来说，输出电压应该保持在与VTT有关的规定界限内。在这种情况下，一个终端将是内部的，即，对于B类驱动器将需要相同的总电流。对于B类驱动器，典型的转变时间将会远远小于0.3纳秒。四个转变之间的时滞应该小于0.05纳秒。注意到对于接地的25和31欧姆之间的平衡负载来说，输出电压应该保持在与VTT有关的规定界限内。
基本的I2Q接口包括基本的4比特/线的单个信道。期望使用一个或更多独立的4比特I2Q信道将会给时钟时滞性能提供最佳数据，而4比特的粒度还允许容易的总线缩放。能够将用于接口的I2Q规范总结为以下规则1、如以下表1所给出的，将4个二进制比特的值编码到平衡的4B4T代码中。
2、所述总线是双向的一个代理驱动，全部其他代理接收(“驱动”代码IDL)。
3、当在断电或者接收模式中，不驱动该总线(空闲，代码IDL)。
4、通过代之以发送重复码(RPT)来消除重复I2Q总线(非IDL)码。
5、接收代理从所述I2Q信号边缘再生数据采样时钟。
6、通过发送至少8个停止/重复码(STP、RPT等等)开始交易。
7、通过发送至少8个停止码(STP、RPT等等)停止交易。
8、在操作中，补偿I2Q IO驱动器电源电流调制。
9、只有一个总线代理具有总线控制并且在任何时间是总线主控器。
10、其他代理能够接管总线控制并通过令牌传递成为主控器。
11、在接管之前新的总线主控器必须等待至少一个总线IDL周期。
12、一个默认(重置)的主控器模块为所有接收机提供频率参考时钟。
13、当并行工作时更多的I2Q总线独立地操作。
14、可以根据应用填充更高层协议(暂时)。
表1用于4个二进制比特到平衡的4B4T格式的编码表
本发明并不局限于上述实施例。许多替换的实施例都是可能的。例如，可以使用大于或小于四条线路3来发送数据，同时总是保持通过这些线路的电流总和恒定并优选为零。例如，使用6条线路，在这种方式中有141个不同的符号可用((222000)、(221100)、(211110)和(111111)的排列)，使用5条线路，有51个符号可用((22100)、(21110)和(11111)的排列)。代替零总电流，可以使用非零总电流，但是如果在这种情况下在低功率模式中使用线路3上的零总电流，优选地使用从具有零总电流的线路3上的电流模式，到当进入发送模式时具有非零总电流模式的逐渐转变。当然，接收机28应该将两种电流模式都作为空闲符号对待。代替在每条线路3上零电流、一个方向中的单位电流以及在相反方向中的单位电流之间的切换，可以使用更大数量电流电平之间的切换。当然，这可能减小抵制错误的健壮性，因为接收机必须区别更多的电平。而且，不偏离本发明，IDLE符号也可以用作重复符号，或者在正常发送以及启动过程中不同的电流模式可以用作重复符号。但是，这使解码复杂化了。
可选地，在必须发送数据之前控制电路10具有到信号的“发送控制”输入，即在准备发送中必须逐渐地增加来自旁路电流源8、9的电流。但是当然，还可以从在输入25所接收的信号中推导这样的一种信号。在后一种情况下，可能必须缓冲一些数据，同时增加来自旁路电流源8、9的电流，或者使用握手信号来指示何时可以传送新的数据。输入25可以是串行数据输入，但是可代替地，对于输入可以并行地使用多条信号线。时钟信号可以用来对来自输入25的数据进行计时。优选地，在输入25的符号和线路3上所发送的符号之间存在一一对应关系，但是不偏离本发明，可以使用更复杂的方案，例如使用卷积码仅仅或者部分地编码在连续符号之间的改变。
而且，尽管通过实例的方式已经示出了大量的电路实现，但是将会理解的是，可以使用其他电路，而不偏离本发明。例如，代替用于每条线路的单个驱动器晶体管，可以使用更复杂的驱动电路。
而且，尽管已经就单个发送机-接收机对示例了本发明，但是将会明白的是，实际上可以将多个发送机并行地连接到线路3。在这种情况下，每个发送机可以当其他发送机正发送IDLE符号时开始发送。可以使用任何的已知技术来确保不同时激活发送机，例如某种形式的集中控制，或者使用仲裁电路进行仲裁或者根据线路3上的信号进行仲裁。在这种情况下，优选地提供不经由信号导体2的旁路电流通道，以避免一个发送机的旁路通道短路来自其他发送机的电流。
在一个实例中，使用在线路2的每一侧上耦合到线路2的接收机和发送机的两个组合，可以实现双向系统。在这种情况下，优选只有一组导线阻抗30用于两个接收机。
将会明白线路3可以连接不同的集成电路以在这些集成电路或者该线路3之间进行通信，其中该集成电路包含分别连接到线路3的发送机和接收机，该发送机和接收机都包括在同一集成电路芯片中以用于芯片内部的通信。
假定对于本领域的普通技术人员而言这些实施例将是显而易见的，并且认为这些实施例落入以下权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种数据通信系统，包括至少三个信号导体；第一和第二电源端子，用于分别给信号导体提供相互相反方向的电流；驱动器电路，耦合在电源端子和信号导体之间，该驱动器电路被安排用于建立通过各自信号导体的电流组合，驱动器电路根据将要发送的信息，从组合的可选集中选择连续的组合，在该集合中可以使用到任何信号导体的至少三个不同的电流电平，包括从第一电源到信号导体的电流的电流电平和从该信号导体到第二电源的电流的电流电平，通过信号导体的电流总和对于该集合中的每个组合基本上具有相同的值，以及该导体中的至少一个与该导体中另一个不仅仅以差分对关系工作。
2.根据权利要求1所述的数据通信系统，其中所述驱动器电路包括内部可切换电流通道，用于从第一电源端子向第二电源端子拉电流，该驱动器电路根据所建立的组合激活内部可切换电流通道，以便第一和第二净电流当在不同组合之间进行切换时每一个基本上保持相同，第一和第二净电流分别从所述第一和第二电源端子到信号导体加上内部可切换电流通道。
3.根据权利要求2所述的数据通信系统，其中如此安排所述内部电流通道，以便来自内部电流通道的任何电流都不能流向任何一个信号导体。
4.根据权利要求2所述的数据通信系统，所述驱动器电路可在发送模式和低功率模式中操作，当通过每个信号导体发送具有零电流的电流组合时，该驱动器电路从所述发送模式到低功率模式来回地切换，该驱动器电路使得内部可切换电流通道在所述低功率模式中不导通。
5.根据权利要求4所述的数据通信系统，其中所述驱动器电路被安排为使得内部可切换电流通道以一个速度不导通，以便通过内部可切换电流源的电流大小以低于在发送模式中用于不同组合切换过程中的速率的速率减小到零。
6.根据权利要求1所述的数据通信系统，包括第一电源端子和各自信号导体之间的第一组多个电流源，和第二电源端子和各自信号导体之间的第二组多个电流源，所述驱动器电路通过控制哪一个电流源向信号导体提供单位电流来控制模式的选择。
7.根据权利要求1所述的数据通信系统，当一个或更多信号导体没有拉出任何净电流时，所述驱动器电路被安排用于可选择地使第一和第二组多个电流源的一部分电流源相互短路，从而来自两个电源端子的总电流保持基本上恒定。
8.根据权利要求1所述的数据通信系统，包括接收机电路，被安排用于根据检测是否通过信号导体的电流偏离零以及在哪一个方向，解码来自通过信号导体的电流的信息。
9.根据权利要求1所述的数据通信系统，其中在各自多比特数据项的控制下选择每个组合，可选择组合的数量是2的幂，而且到各自信号导体的具有与可选择组合相同的电流总和的其它电流组合用于信令协议，该协议支持编码所述多比特数据项的符号的发送。
10.根据权利要求1所述的数据通信系统，被安排用于根据协议进行操作，在该协议中电流组合的第一个组合用作指示缺少数据的空闲符号，在该第一组合中没有任何电流流过电源电流。
11.根据权利要求10所述的数据通信系统，其中所述协议涉及发送与数据内容无关的空闲符号之间的交替组合系列和数据相关的符号。
12.根据权利要求1所述的数据通信系统，被安排用于根据协议进行操作，其中该协议涉及发送组合中至少部分数据无关一个组合作为重复符号，以指示先前信息的重复。
13.一种经由至少三个信号导体传送数据的方法，所述方法包括-使用分别来自第一和第二电源端子的相互相反极性的电流，以建立各自信号导体上的电流的连续组合，根据将要发送的信息选择该组合，以便通过信号导体的电流总和对于每个组合基本上具有相同的值以及该导体中的至少一个在产生时与该导体中的另一个导体不仅仅以差分对关系工作，在可选择组合的集合中使用到任何信号导体的电流的至少三个不同电平，包括从第一电源到信号导体的电流的电流电平和从信号导体到第二电源的电流的电流电平。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在全部组合中所述总和是零。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将到所有信号导体的电流是零的组合用作空闲符号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在发送数据相关的组合之前，发送一系列空闲符号，接着改变组合。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，在各自多比特数据项的控制下选择每个组合，可选择组合的数量是2的幂，而且到或来自各自信号导体具有与可选择组合相同的电流总和的其它电流组合用于信令协议，该协议支持表示所述多比特数据项的符号的发送。
全文摘要
一种数据通信系统包括至少三个信号导体以及第一和第二电源端子，用于分别给信号导体提供相互相反方向的电流。驱动器电路用于根据可选择组合的集合建立通过各自信号导体的电流组合，包括具有来自第一电源端子和到第二电源端子的电流的组合，从而通过信号导体的电流总和对于每个组合基本上具有相同的值，以及该导体中的至少一个在操作中与该导体中的另一个导体不仅仅以差分对关系工作，所述驱动器电路根据将要发送的信息确定建立来自该集合的哪一个组合。
文档编号H04L25/02GK1745535SQ200480003059
公开日2006年3月8日 申请日期2004年1月27日 优先权日2003年1月29日
发明者J·A·A·登奥登 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司