專利名稱：利用不同傳輸速率的通信總線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子裝置，包含-站；-互聯(lián)這些站用于交換滿足于信號(hào)協(xié)議的消息的一個(gè)總線，該消息包含有連續(xù)時(shí)分多址的一個(gè)標(biāo)題信號(hào)，一個(gè)內(nèi)容信號(hào)和表示消息完成的一個(gè)信號(hào)，該總線包含第一和第二部分，和-互聯(lián)該第一和第二部分的一個(gè)橋站。
本發(fā)明還涉及用于這樣一個(gè)電子裝置中的一個(gè)橋站。
這樣的電裝置是從市場(chǎng)上買得到的I2C總線系統(tǒng)中得到的，所說(shuō)的總線系統(tǒng)描述在由菲利浦半導(dǎo)體于1994年出版的、頁(yè)數(shù)為1141-1159中的“數(shù)據(jù)手冊(cè)IC20基于8比特微處理器的80C51”。
該I2C總線使用兩根信號(hào)導(dǎo)線攜帶時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線(SCL)和攜帶數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線(SDA)。該總線可由包含有時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線和數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線的一個(gè)部分組成，或者由幾部分組成，每部分包含其自己的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線和數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線，這些部分由橋電路互聯(lián)，橋電路在這些部分之間連接該時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。已知的橋站主要用于擴(kuò)展I2C總線的最大長(zhǎng)度。
根據(jù)信號(hào)協(xié)議，經(jīng)由I2C總線傳送的消息要求這些站參與各種操作。當(dāng)一個(gè)站想開始消息傳送時(shí)，它首先得判定總線是否空閑，根據(jù)信號(hào)協(xié)議，它是這種情況即如果沒(méi)有其它消息傳送已開始或者如果早先已經(jīng)開始的所有消息傳送已被所謂的“停止條件”終止，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)處在表示有效數(shù)據(jù)的電平時(shí)，這涉及數(shù)據(jù)信號(hào)中的邏輯電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)總線空閑時(shí)站才可以開始發(fā)送。在這種情況中所有其它站得監(jiān)視該總線所謂的“開始條件”(當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)處于表示有效數(shù)據(jù)的電平時(shí)這也涉及數(shù)據(jù)信號(hào)中的邏輯電平轉(zhuǎn)換)的傳輸和這樣一個(gè)開始條件之后在預(yù)定位置發(fā)送的一個(gè)地址以便確定它們是否被請(qǐng)求參與消息傳送。
這就強(qiáng)加了經(jīng)由I2C總線傳輸?shù)乃俾氏拗?。如果傳輸速率如此之快使得任一站太慢而不能監(jiān)視該傳輸時(shí)，差錯(cuò)可能緊跟而來(lái)因?yàn)檫@樣一個(gè)站可能錯(cuò)過(guò)開始或停止條件，或者錯(cuò)誤地檢測(cè)開始或停止條件，導(dǎo)致它錯(cuò)誤地試圖傳輸或制止傳輸。
許多集成電路可利用，能在達(dá)到作為連接I2C總線的站的某一速率上起作用。在理論上設(shè)計(jì)能夠以高于這些集成電路的速率傳送消息的附加集成電路是可能的，但是當(dāng)它們與常規(guī)I2C總線上的現(xiàn)存集成電路組合時(shí)，這種附加電路不能使用更高速率的。這是因?yàn)樵诟咚俾蕚魉推陂g即使實(shí)際參與特定消息傳送的站能夠以該更高速率傳送那個(gè)特定消息，但由于錯(cuò)過(guò)或錯(cuò)誤開始和停止條件造成的差錯(cuò)可以在慢站中緊跟著出現(xiàn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是增加速率，以此種速率，可以根據(jù)前序在通信總線系統(tǒng)中進(jìn)行消息傳輸而不會(huì)發(fā)生差錯(cuò)。
根據(jù)本發(fā)明的電裝置，其特征在于借助于標(biāo)題信號(hào)在以這樣一個(gè)相對(duì)高時(shí)鐘速率給出一個(gè)發(fā)送指示之后，安排至少一個(gè)站以比標(biāo)題信號(hào)相對(duì)更高的時(shí)鐘速率發(fā)送內(nèi)容信號(hào)。能夠以相對(duì)較高的速率接收具有內(nèi)容信號(hào)的消息的該至少一個(gè)站和一個(gè)子站經(jīng)由該第一部分被連接到該總線，該橋站被安排在該第一和第二部分之間通過(guò)該標(biāo)題信號(hào)，根據(jù)檢測(cè)所述指示在總線的第二部分，用獨(dú)立于該內(nèi)容信號(hào)的一個(gè)替代信號(hào)代替內(nèi)容信號(hào)并且根據(jù)指示消息完成的信號(hào)在該第一和第二部分之間恢復(fù)通過(guò)信號(hào)，該標(biāo)題信號(hào)，替代信號(hào)和恢復(fù)之后通過(guò)的信號(hào)以比相對(duì)高時(shí)鐘速率相對(duì)較低的時(shí)鐘速率一起滿足信號(hào)協(xié)議。這樣一種電裝置可能都包含“低速率”和“高速率”站，即包含以某(較高)速率分別易出差錯(cuò)的和無(wú)差錯(cuò)的站。所有“低速率”站從總線的第二部分接收該時(shí)鐘信號(hào)。
與處理信號(hào)協(xié)議的所有站有關(guān)的任何信號(hào)通過(guò)橋站并到達(dá)所有站，但是涉及高速率的內(nèi)容信號(hào)被橋限制于第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線。在內(nèi)容信號(hào)的高速率發(fā)送可能出現(xiàn)的時(shí)間間隔期間，橋站呈現(xiàn)出具有不涉及高速率傳輸?shù)奶娲盘?hào)的低速率站，例如，通過(guò)保持第二站的時(shí)鐘信號(hào)不工作，以便給出靜態(tài)總線的表現(xiàn)。因此，低速率信號(hào)將不會(huì)由于高速率消息傳送導(dǎo)致出錯(cuò)。
根據(jù)本發(fā)明的電裝置的一個(gè)實(shí)施例，其中安排該站使用用于總線接入權(quán)仲裁的標(biāo)題。例如，對(duì)于仲裁處理，標(biāo)準(zhǔn)I2C仲裁協(xié)議可以使用。因此，從第一部分接收消息的那些站和從第二部分接收消息的那些站的所有站都可以參與仲裁以便獲得權(quán)利經(jīng)由總線去控制消息傳送。萬(wàn)一至少一個(gè)站發(fā)出它想以高速發(fā)送的信號(hào)時(shí)，在標(biāo)題之后它將被清除，而不管這個(gè)站已獲得仲裁。之后所有其它站，還有連到總線第二部分的那些站將保持被動(dòng)并在替代信號(hào)期間不采取任何行動(dòng)。因此，可以使用簡(jiǎn)易的跨越總線兩部分的全部仲裁協(xié)議，同時(shí)它用來(lái)告訴橋站在內(nèi)容信號(hào)傳輸期間是否總線的兩部分應(yīng)彼此隔離。
根據(jù)本發(fā)明的電裝置還有一個(gè)實(shí)施例，其中安排站在總線上建立信號(hào)，至少在標(biāo)題信號(hào)中集體地作為一個(gè)布線邏輯功能，橋站將在總線第一部分建立的布線邏輯送到總線的第二部分，而在標(biāo)題信號(hào)的傳輸中和恢復(fù)之后反之亦然，橋站產(chǎn)生用于第二站的布線邏輯驅(qū)動(dòng)信號(hào)以便在第二站上驅(qū)動(dòng)替代信號(hào)。布線邏輯的使用使得最小化總線布線和消除集中式總線控制電路成為可能。利用橋站，通過(guò)在總線的第二部分的消息傳輸能夠使用布線邏輯。
根據(jù)本發(fā)明的電裝置還有另一實(shí)施例其中第一部分包含第一和第二信號(hào)導(dǎo)線，而第二部分包含第三和第四信號(hào)導(dǎo)線，信號(hào)協(xié)議要求消息的完成是由第一和第三信號(hào)導(dǎo)線的電位的邏輯變換來(lái)表示的，所述的電位變換是以具有特定邏輯電平的第二和第四信號(hào)的導(dǎo)體電位從第一電平變換到第二電平。橋站在第一部分傳輸內(nèi)容信號(hào)期間分別保持第三和第四信號(hào)導(dǎo)線在第一電平和特定邏輯電平上，橋站使第三信號(hào)導(dǎo)體從第一電平到第二電平以便響應(yīng)檢測(cè)到第一信號(hào)導(dǎo)線電位從第一到第二電平的邏輯電平轉(zhuǎn)換，而第二信號(hào)導(dǎo)線電位則是在特定的邏輯電平上。表示消息完成的信號(hào)例如是一個(gè)諸如在I2C總線的停止條件，這意味著，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL表示有效數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA經(jīng)歷一次低到高的變換。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)只讓表明在第一部分的消息完成的消息之后使邏輯電平通至第二部分，使表示消息完成的信號(hào)僅能夠通過(guò)第二站。第二站在替代信號(hào)之后和這種通過(guò)之前不需要經(jīng)歷變換，因此能很快地與第一站開始通信。
根據(jù)本發(fā)明的電裝置還有一個(gè)實(shí)施例，其中在替代信號(hào)傳輸期間第三和第四信號(hào)導(dǎo)線至少之一的電位是由受另一套子站影響的布線邏輯功能而建立的，橋站監(jiān)視第三和第四信號(hào)導(dǎo)線至少之一的電位，橋站根據(jù)在所述第三和第四信號(hào)導(dǎo)線至少之一的電位中的變換的檢測(cè)，恢復(fù)在第一和第二部分之間通過(guò)信號(hào)。萬(wàn)一總線擱置，連接第二部分的一個(gè)站因此可以迫使橋站再打開到第一部分的連接。例如，如果直至超時(shí)間隔只收到替代信號(hào)則這樣一個(gè)站可以這么作。信號(hào)通過(guò)重新開始之后，例如該站可以迫使總線通信系統(tǒng)中的其它站重新啟動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的電裝置還有另一實(shí)施例，其中至少這些站之一包含一個(gè)布線邏輯驅(qū)動(dòng)電路和用于驅(qū)動(dòng)總線第一部分的一個(gè)推挽驅(qū)動(dòng)電路，該至少這些站之一在標(biāo)題信號(hào)傳輸中和表示消息完成的信號(hào)傳輸之后借助于布線邏輯驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)該第一部分，該至少這些站之一在內(nèi)容信號(hào)傳輸期間利用推挽驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)該第一部分。推挽操作這里是指其中能夠提供電流的相應(yīng)單元是活動(dòng)地接通來(lái)開始兩個(gè)相反的電位電平變換的任何操作。推挽驅(qū)動(dòng)使可能采用高速率，但它與布線邏輯不兼容。橋站使得將用于第一站的內(nèi)容信號(hào)的推挽驅(qū)動(dòng)與在第二站中的布線邏輯相組合成為可能。
推挽驅(qū)動(dòng)特別對(duì)時(shí)鐘信號(hào)特別需要，因?yàn)樵撔盘?hào)經(jīng)常具有比數(shù)據(jù)信號(hào)(特別I2C總線中)更高的頻率。因此可使用多時(shí)鐘源，在大多數(shù)消息，即在內(nèi)容信號(hào)期間給時(shí)鐘信號(hào)使用推挽驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的電裝置還有另一實(shí)施例，其中至少這些站之一能夠發(fā)送表示分別有和沒(méi)有相對(duì)高時(shí)鐘速率的傳輸?shù)闹辽賰煞N類型的標(biāo)題信號(hào)，橋站在第一和第二部分之間繼續(xù)通過(guò)信號(hào)以響應(yīng)表示不是相對(duì)高時(shí)鐘速率傳輸?shù)臉?biāo)題信號(hào)類型。因此該至少這些站之一可以選擇橋站是否仍然打開，例如用于與連到總線第二部分的一個(gè)站通信，或者是否橋站隔離了總線的兩部分用于高速傳送內(nèi)容信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的電裝置還有一個(gè)實(shí)施例，其中安排該至少這些站之一以相對(duì)高時(shí)鐘速率在標(biāo)題信號(hào)之后在內(nèi)容信號(hào)之前發(fā)送一個(gè)地址信號(hào)，每個(gè)特定子系統(tǒng)站之一根據(jù)該地址信號(hào)是否匹配該特定站之一的一個(gè)自己的地址來(lái)選擇地響應(yīng)該消息。因此只有表示高速的標(biāo)題并還可以用作仲裁目的標(biāo)題需要以低速發(fā)送。地址，即選擇連接到第一部分的幾個(gè)站之一也可以以高速進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的電裝置還有另一個(gè)實(shí)施例，其中安排至少這些站之一在內(nèi)容信號(hào)之后和在表示消息完成的信號(hào)之前的另一個(gè)內(nèi)容信號(hào)之前發(fā)送另一地址信號(hào)，該另一個(gè)地址信號(hào)和該另一個(gè)內(nèi)容信號(hào)以相對(duì)高時(shí)鐘速率發(fā)送，每個(gè)特定子系統(tǒng)站之一根據(jù)該另一個(gè)地址信號(hào)是否匹配該特定站之一自己的地址來(lái)選擇地響應(yīng)該另一個(gè)內(nèi)容信號(hào)，橋站在另一個(gè)地址信號(hào)和另一個(gè)內(nèi)容信號(hào)傳輸期間在第二部分維持該替代信號(hào)。因此幾個(gè)不同的站能夠以高速編址同時(shí)第二站保持隔離。例如根據(jù)相應(yīng)地址的I2C協(xié)議，利用提供到第一部分的重復(fù)開始條件可以進(jìn)行這樣的處理。
利用橋站使有可能實(shí)現(xiàn)這些多數(shù)有利功能。本發(fā)明有可能將慢站連接到第二站以便利用這些功能，即使這些慢站可能是一些其與總線的連接是完全隨意的常規(guī)I2C站。
還將利用圖描述本發(fā)明的這些和那些有利的方面，其中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一種裝置，圖2表示消息傳送的信號(hào)圖，圖3表示控制電路的操作流程圖，圖4表示根據(jù)本發(fā)明替換實(shí)施例的一種裝置，圖5表示消息傳送實(shí)施例的一個(gè)信號(hào)，圖6表示主站的一個(gè)實(shí)施例。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)裝置，具有包含第一和第二部分12a,12b的通信總線12a,b。該裝置包含連到通信總線12a,b的數(shù)個(gè)站10a-e和連到通信總線的兩個(gè)部分12a,b的一個(gè)橋站14?？偩€12a,b的每個(gè)部分包含一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH和一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA,SDAH。該站10a-e經(jīng)由電阻Rs連到導(dǎo)線12a,b，該電阻用作抑制干擾脈沖和由于過(guò)度快的信號(hào)邊沿的振鈴。
站10a-e被劃分為第一和第二子系統(tǒng)10a-c,10d-e，分別對(duì)應(yīng)于總線的第一和第二部分12a,b。屬于子系統(tǒng)10a-c,10d-e的每個(gè)站10a-e已連接到時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH和數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA，相應(yīng)于那個(gè)子系統(tǒng)10a-c,10d-e的部分12a,b的SDAH。
在每個(gè)站10a-e，與數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA,SDAH的連接具有一個(gè)耦合102a-e至輸入濾波器(未示出)。在每個(gè)站，與數(shù)據(jù)導(dǎo)線SDA,SDAH的連接經(jīng)由晶體管100a-e的溝道被耦合到第一電源連接Vss。每個(gè)站12a,b的數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA,SDAH被連到相應(yīng)的第二電源連接Vdd1,Vdd2，每根導(dǎo)線SDA,SDAH經(jīng)由一個(gè)各自的電阻Rp。
在每個(gè)站10a-e，與時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL、SCLH的連接具有一個(gè)耦合104a-e至另外一個(gè)輸入濾波器(未示出)。在一些站10c,d中，與時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL、SCLH的連接經(jīng)由晶體管106c,d的信道被耦合到第一電源連接Vss。這樣的一個(gè)晶體管106a,b,e在其它站100a,b,e中是任選的。每個(gè)部分12a,b的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH連接到相應(yīng)的第二電源連接處Vdd1,Vdd2，每個(gè)導(dǎo)線SCL,SCLH經(jīng)由一個(gè)自己的電阻Rp。
連接到第一部分12a的至少一個(gè)站10c包含一個(gè)可開關(guān)電流源108，該可開關(guān)電流源108在第一部分12a的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH和第二電源連接處Vdd1之間耦合。作為可開關(guān)電流源，例如可使用MOS晶體管(未示出)，其漏極連接到時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH。最好這個(gè)晶體管制造得如此之小以使得不致因差錯(cuò)，而當(dāng)如晶體管106a-e導(dǎo)通時(shí)同時(shí)由電流源提供電流時(shí)損壞裝置。
橋站14包含一個(gè)第一晶體管DBT，其溝道接到總線的兩個(gè)部分12a,b的數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA,SDAH。橋站14包含一個(gè)第二晶體管CBT，其溝道連接到總線的兩個(gè)部分12a,b的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH。橋站14包括一個(gè)第三晶體管DPT149，其溝道連接該總線12a,b的第二部分12b的數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA到第一電源連接點(diǎn)Vss。橋站14包含一個(gè)控制電路148，它從總線的兩個(gè)部分12a,b的數(shù)據(jù)導(dǎo)線SDA,SDAH和時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH中接收輸入信號(hào)?？刂齐娐?48具有輸出，它們分別耦合到第一、第二和第三晶體管DBT,CBT,149的電極。
另外，像站10a-c的第一子站，橋站14包含從第一部分12a的數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDAH和時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH分別到一個(gè)輸入濾波器(未示出)和另一個(gè)輸入濾波器(未示出)的一個(gè)耦合142。橋站14還包含晶體管140,146，其信道耦合第一部分12a的數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDAH和時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH到第一電源連接Vss。橋站14還包含一個(gè)可開關(guān)電流源147，它在第一部分12a的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH和第二電源連接Vdd1之間耦合。
在操作中，裝置能工作在第一和第二模式。在第一模式，裝置完全根據(jù)常規(guī)I2C協(xié)議起作用。在第一模式中橋站14中的控制電路148驅(qū)動(dòng)第一和第二晶體管CBT和DBT的控制電極到兩個(gè)第二電源電壓Vdd1,Vdd2的最低電位電平，使得這些第一和第二晶體管CBT,DBT將從總線的第一部分12a到第二部分12b接通信號(hào)，并且反之亦然。當(dāng)?shù)谝徊糠?2a,12b中心導(dǎo)線SCL、SCLH、SDA、SDAH的電位被拉到第一電源電位時(shí)，在其它部分12a,b上的相應(yīng)導(dǎo)線SCL,SCLH,SDA,SDAH的電位也將拉低。否則，導(dǎo)線的電位將被拉上到經(jīng)由電阻Rp的相關(guān)第二電源連接點(diǎn)Vdd1,Vdd2的電位。在原理上，橋站14使連接到總線的晶體管140,144,149放在第一電源連接點(diǎn)Vss，而可開關(guān)電流148在第一模式不導(dǎo)電(除非橋站作為一個(gè)正常站參與I2C協(xié)議)。
第二電源電勢(shì)Vdd1,Vdd2例如3.3V和5V在第一電源連接點(diǎn)Vss之上。還可使用其它第二電源電勢(shì)Vdd1,Vdd2。這使得總線12a,b的部分用不同電源操作。因此，第一和第二晶體管CBT和DBT用作兩個(gè)目的，即提供在總線12a,b的兩個(gè)部分之間電壓電平移動(dòng)，可使用具有不同電源電壓操作的子站10a-e，和當(dāng)高速消息傳送在第一部分發(fā)生時(shí)，隔離這兩個(gè)部分。最好，第一部分12a的第二電源電位Vdd1(能夠高速消息傳送)低于第二部分12b的電位。其中包括，這將抵消由于高頻率而增大的電源消耗的效應(yīng)。然而，電勢(shì)Vdd1和Vdd2也可以作成彼此相等。在這種情況中，第一和第二晶體管CBT和DBT只起連接或斷開總線兩個(gè)部分12a,b的開關(guān)的作用。
在第一模式，站10a-e能利用I2C協(xié)議彼此通信。這個(gè)協(xié)議描述在由菲利浦半導(dǎo)體于1994年出版的，第1141-1159頁(yè)上的“數(shù)據(jù)手冊(cè)IC20基于8比特微處理器的80C51”中。簡(jiǎn)要地說(shuō)，該協(xié)議從總線的靜態(tài)開始，其中所有導(dǎo)線SDA,SDAH,SCL,SCLH為相應(yīng)第二電源Vdd1,Vdd2的電位。希望開始通信的一個(gè)站(例如10c)通過(guò)拉起數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA、SDAH的電位到第一電源電位Vss產(chǎn)生一個(gè)開始條件(通過(guò)使晶體管100C的信道導(dǎo)通)。時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH的電位留在第二電源電位電平Vdd1,Vdd2(通過(guò)使晶體管106C的溝道斷開)。在導(dǎo)線SDA,SDAH,SCL,SCLH上的信號(hào)組合被稱為開始條件。接著，站10c通過(guò)使晶體管100C,106C連接總線到第一電源Vss或者導(dǎo)通或者不導(dǎo)通來(lái)試圖產(chǎn)生一系列時(shí)鐘信號(hào)脈沖和數(shù)據(jù)信號(hào)電平。通過(guò)使時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH拉向第二電源電位Vdd1,Vdd2，數(shù)據(jù)為有效。其它站10a-e能通過(guò)保持時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線拉向第一電源電位Vss(利用晶體管106a-c連接時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH到第一電源連接點(diǎn)Vss)來(lái)延遲時(shí)鐘脈沖。這使其它站10a-e用盡需要多的時(shí)間處理數(shù)據(jù)。
希望開始通信的站10c(稱為“主站”提供作為數(shù)據(jù)的標(biāo)題給總線12a,b，繼之為希望與之通信的“從屬”站的地址，和表示主站或從屬站是否對(duì)總線寫數(shù)據(jù)的一個(gè)比特(讀/寫比特)數(shù)據(jù)。每個(gè)站10a-e經(jīng)過(guò)輸入濾波器(未示出)從總線12a,b接收數(shù)據(jù)信號(hào)，輸入濾波器去除象尖峰信號(hào)一類的噪音。每個(gè)站10a-e確定是否接收的信號(hào)包含其地址和是否需要讀或?qū)懖⑶覐亩_始參與通信。
然后，或者主站10c或者從屬站10a-e提供數(shù)據(jù)給總線12a,b。這個(gè)數(shù)據(jù)交換之后，主站10c可以發(fā)出一個(gè)更新的開始條件，繼之以從屬站的另一個(gè)地址，帶有與其它從屬站10a-e交換數(shù)據(jù)的一個(gè)讀/寫比特。最后，通過(guò)當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH的電位在第二電源電位電平Vdd1,Vdd2時(shí)使數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA,SDAH的電位從第一電源電位Vss拉到第二電源電位Vdd1,Vdd2，主站產(chǎn)生一個(gè)所謂的“停止條件”。
在I2C協(xié)議中，數(shù)據(jù)在8個(gè)連續(xù)比特單元中傳送。每個(gè)單元跟著一個(gè)確認(rèn)比特，其中接收該數(shù)據(jù)的站10a-e可能通過(guò)將數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA,SDAH的電位拉向第一電源電位并隨后使時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH拉向第二電源電位Vdd1,Vdd2來(lái)確認(rèn)接收。一旦接收站100a-e錯(cuò)過(guò)該單元，或不能處理它，則在用于確認(rèn)比特的時(shí)鐘信號(hào)脈沖中接收站使得數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA,SDAH的電位保持拉向第二電源Vdd1,Vdd2。作為響應(yīng)，發(fā)送該單元的站100a-e將例如重試發(fā)送或中斷發(fā)送。
多于一個(gè)站10a-e的站通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)開始條件和順序的數(shù)據(jù)來(lái)試圖變?yōu)橹髡尽Ｈ绻@樣一個(gè)站10a-e注意到總線12a,b繁忙(開始條件已發(fā)送，并接著停止條件還未發(fā)送)，則它將等待直到總線12a,b空閑。這使得兩個(gè)站10a-e在大體相同的時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)開始條件成為可能。為解決此問(wèn)題站10a-e監(jiān)視數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA、SDAH的電位。如果在當(dāng)站10a-e使其晶體管106a-c不導(dǎo)通以便使數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線的電位拉向第二電源電位Vdd1,Vdd2時(shí)的時(shí)刻在任何時(shí)鐘脈沖中(除確認(rèn)之外)，這個(gè)電位拉向第一電源電位Vss時(shí)，站10a-e斷定另一站10a-e也試圖變?yōu)橹髡静⑼Ｖ拱l(fā)送直到下一個(gè)停止條件之后(當(dāng)然除非如果被尋址)。這種處理叫仲裁，并且停止發(fā)送的站10a-e被稱為已失去仲裁。
在第二操作模式(高速模式)時(shí)，利用可開關(guān)電流源108,147以有源地增加速率，用該速率將第一部分12a的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH的電位拉向第一電源連接點(diǎn)Vdd1。這形成一個(gè)推挽級(jí)，其中為在時(shí)鐘信號(hào)中產(chǎn)生上升沿和為產(chǎn)生下降沿將類似于晶體管的裝置有源地接通，只在下一個(gè)相反的沿之前斷開。這與第一模式的布線邏輯形成對(duì)照只有源地產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘沿，如果沒(méi)有其它站驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL，其它邊沿就由通過(guò)電阻Rp充電而造成。
在第一模式，時(shí)鐘信號(hào)的頻率通常低于400Kbit/秒，而在第二模式時(shí)鐘信號(hào)頻率可能升到3.4Mbit/秒，即遠(yuǎn)高于400Kbit/秒并常在1Mbit/秒以上。本發(fā)明的一個(gè)目的是使第二操作模式在也包含已設(shè)計(jì)成不關(guān)心這個(gè)模式的站10a-e(例如包含濾出這種高頻的輸入濾波器(未顯示))的裝置可能工作。本發(fā)明的其它目的是將這個(gè)模式與I2C協(xié)議的仲裁和確認(rèn)處理結(jié)合起來(lái)。
圖2表示利用第二種，高速模式的消息傳送信號(hào)圖。直到時(shí)刻tH，消息傳送以第一模式(常規(guī)I2C)開始，利用一個(gè)開始條件S，繼之以使用總線12a,b的導(dǎo)線SDA,SDAH,SCL,SCLH的標(biāo)題比特1-9。在第一模式中仲裁在標(biāo)題發(fā)送期間仲裁，因此用作仲裁模式。該仲裁用于保證希望在高速模式中交換信息的站10a-e能夠確認(rèn)或者它已丟失仲裁或者所有其它站10a-e已檢測(cè)它們已失去仲裁。這是通過(guò)在可以以高速發(fā)送的裝置中分配一個(gè)唯一的標(biāo)題(即，對(duì)每個(gè)這樣的站唯一的標(biāo)題是不同的)來(lái)獲得的。這些唯一的標(biāo)題有一個(gè)比用于常規(guī)I2C消息傳送的任何標(biāo)題都“低”的值(低的意思是相對(duì)于在總線12a,b上放有其唯一標(biāo)題的站10a-e，在總線12a,b上放有用于常規(guī)I2C消息傳送的站10a-e將常常丟失仲裁)。
這些唯一的標(biāo)題例如范圍是在00001XXX范圍內(nèi)(以發(fā)送順序，0表示數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA,SDAH被連接數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA；SDAH到第一電源連接點(diǎn)的晶體管100a-e拉向第一電源電位Vss,1表示保持那個(gè)晶體管100a-e不導(dǎo)通，“X”表示專門對(duì)特定站的唯一代碼的那個(gè)晶體管100a-e的狀態(tài))。標(biāo)準(zhǔn)I2C標(biāo)題在起始的四比特中至少有一個(gè)“1”。這個(gè)唯一標(biāo)題的選擇允許標(biāo)題00000XXX的附加范圍，站10a-e的利用允許通過(guò)唯一標(biāo)題保證的仲裁勝利，用于特定目的諸如所謂的已知I2C的總信號(hào)。
如果站10a-e不希望以高速通信模式，例如由于它知道通信對(duì)方不能以那個(gè)高速模式工作，站10a-e可選擇使用常規(guī)I2C標(biāo)題，或者如果它希望使用高速模式時(shí)，也可使用其唯一標(biāo)題。在第一種模式(常規(guī)模式)中的標(biāo)題的傳輸允許所有的站參與仲裁。標(biāo)題選擇地后繼一個(gè)確認(rèn)比特，它不被確認(rèn)。
如果希望以第二高速模式通信的站例如10c通過(guò)仲裁得勝變?yōu)橹髡?，則它在時(shí)刻tH接通高速模式。在那個(gè)時(shí)刻tH之后主站進(jìn)入數(shù)據(jù)傳送模式。在這個(gè)模式中主站10c發(fā)送一個(gè)更新的開始條件，后面是從屬站的地址(比特1-7)和一個(gè)讀/寫比特(8)。該地址可以如I2C總線定義所擴(kuò)展。繼之以一個(gè)確認(rèn)比特和多數(shù)數(shù)據(jù)單元，每個(gè)單元具有其自己的確認(rèn)比特。在第二種，高速或數(shù)據(jù)傳送模式中，主站通常通過(guò)使晶體管100c連接時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH到第一電源連接點(diǎn)Vss不導(dǎo)通，并啟動(dòng)可開關(guān)電流源108以便提供電流到時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)上升沿。在圖2中利用直上升沿表示這個(gè)，而不是假如可開關(guān)電流源不啟動(dòng)而上升沿由電阻Rs造成所顯示的指數(shù)地溢出上升沿。
可選擇地，對(duì)于數(shù)據(jù)單元的每個(gè)第一比特在時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH上，主站10c使可開關(guān)電流源108在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿處不啟動(dòng)。在這種情況下，由于經(jīng)過(guò)連到第二電源連接點(diǎn)Vdd1的電阻充電，時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH的電位上升。這使得參與與主站10c通信的從屬站10a-b通過(guò)保持其晶體管106a-b連接時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH到第一電源連接點(diǎn)Vss的導(dǎo)通來(lái)延遲時(shí)鐘信號(hào)的上升沿。主站只在時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLH的電位已上升之后恢復(fù)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)脈沖。因此從屬站10a-b可以延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)單元的發(fā)送直至它準(zhǔn)備處理那個(gè)數(shù)據(jù)單元。
完成與一個(gè)從屬站10a-b的數(shù)據(jù)交換之后，主站10c可以產(chǎn)生一個(gè)更新的開始條件Sr*(由虛線表示)，繼之以新從屬站的地址和一個(gè)新讀/寫比特，用于另外的數(shù)據(jù)交換。這可以重復(fù)任何多次。不是更新的開始條件Sr*，而是主站可以產(chǎn)生一個(gè)停止條件P，表示消息傳送的完成和更新的仲裁準(zhǔn)備。這樣結(jié)束第二，高速模式并在時(shí)間tFS返回第一常規(guī)I2C模式。
在第二，高速模式期間，橋站14從第一部分12a中隔離總線12b的第二部分。為此目的，控制電路148在總線12a,b上監(jiān)視傳輸。
圖3表示控制電路148的操作流程圖。首先，控制電路148提供最低的兩個(gè)第二電源電位Vdd1,Vdd2給第一和第二晶體管CBT,DBT的控制極以便允許這些晶體管CBT,DBT從總線的一個(gè)部分到其它部分通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，反之亦然。控制電路148提供第三晶體管第一電源電位Vss，以保持它不導(dǎo)通。在此狀態(tài)，控制電路148監(jiān)視總線用于開始條件。這由流程圖的步驟30代表。這種情形一直繼續(xù)直到控制電路148檢測(cè)開始條件?？刂齐娐?48然后執(zhí)行第二步驟，其中它從開始條件之后的消息標(biāo)題中確定標(biāo)題是否匹配分配給能以高速發(fā)送的站10a-c的任何一個(gè)唯一的標(biāo)題。最好這些唯一的標(biāo)題形成一個(gè)非干擾范圍。在這種情況中控制電路148不需要存儲(chǔ)每個(gè)單獨(dú)的標(biāo)題。
如果標(biāo)題不匹配任何一個(gè)唯一標(biāo)題，則不發(fā)生高速模式的傳輸，并且控制電路將執(zhí)行第三步驟34，其中控制電路監(jiān)視總線用于停止條件。在此停止條件上控制電路返回到第一步。
如果標(biāo)題的確匹配任何一個(gè)唯一的標(biāo)題，則以高速模式的傳輸將發(fā)生，并且控制電路將執(zhí)行第四步驟36。在這個(gè)步驟，控制電路148將連接兩部分的數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA,SDAH的第一晶體管DBT的控制級(jí)引向第一電源電平Vss，以便使第一晶體管DBT不導(dǎo)通?？刂齐娐?48提供第二電源電位之一到第三晶體管DPT，以使第三晶體管DPT導(dǎo)通，從而連接第二部分126的數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA到第一電源電位。然后控制電路148等待、直到在更新開始條件Sr之前、標(biāo)題和選擇確認(rèn)比特之后(此時(shí)確實(shí)所有的站已接收仲裁結(jié)果)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL、SCLH的電位上升，并且在那兒控制電路148提供第一電源電位Vss到在總線的兩個(gè)部分12a,b的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH之間連接的第二晶體管CBT的控制級(jí)。這樣就隔離了總線的兩個(gè)部分12a,b的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL,SCLH。
下一步，控制電路148執(zhí)行流程圖的第五步驟，其中控制電路148監(jiān)視總線第一部分用于停止條件。為響應(yīng)停止條件，控制電路148執(zhí)行第六步驟39，在第六步驟39使第三晶體管DPT不導(dǎo)通。這導(dǎo)致總線第二部分的數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA的電位上升，也在總線的第二部分產(chǎn)生一個(gè)停止條件。通過(guò)提供最低的兩個(gè)第二電源電位Vdd1,Vdd2給其控制級(jí)，控制電路148于是使第一晶體管DBT導(dǎo)通。第二晶體管SCL的控制級(jí)也提供給最低的兩個(gè)部分電源電位Vdd1,Vdd2。第六步驟39之后，控制控制電路148返回到流程的第一步驟30。
以這種方式，在總線126的第二部分上的信號(hào)在仲裁之后模擬I2C總線的狀態(tài)，但不是任何數(shù)據(jù)，當(dāng)在總線12a的第一部分上的消息傳送完成時(shí)，后接有一個(gè)停止條件。因此從總線12b的第二部分接收數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)的站10d-e不受來(lái)自第一部分12a的高頻信號(hào)的影響，而是靜而忙總線，這個(gè)總線不允許這些站10d,e試圖開始新的消息直到在總線第一部分上的消息完成。
原則上，橋站14也能提供信號(hào)給總線12b的第二部分以便在通過(guò)總線12b的第一部分交換消息的時(shí)刻期間經(jīng)過(guò)那個(gè)第二部分12b交換其自己的數(shù)據(jù)；橋站甚至可以允許仲裁在那個(gè)時(shí)刻期間在第二部分上發(fā)生。但在那種情況下，橋站14必須保證在部分12a,b之間再建立聯(lián)系之前兩個(gè)部分個(gè)別地返回到隨后的或緊跟著停止條件之前的一個(gè)狀態(tài)。
可選擇地，控制電路148也可以監(jiān)視總線12b的第二部分。這是有利的，用于使中斷掛機(jī)成為可能，其中在總線第一部分上的消息再不完成或者由于差錯(cuò)總線之間的連接不再建立。連到總線12b的第二部分的站10d-e能夠執(zhí)行監(jiān)視功能以便檢測(cè)這樣一種擱置(hang-up)如果在開始條件之后的預(yù)定監(jiān)視時(shí)間間隔之內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到停止條件，則通過(guò)拉下總線12b第二部分的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL的電位數(shù)次(一次或多次)，連接到總線12b的第二部分的一個(gè)站能夠產(chǎn)生切斷信號(hào)?？刂齐娐?48可任意地檢測(cè)得到的在總線12b的第二部分的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL的電位中的傾斜(dip)并響應(yīng)這情況返回到初始步驟(步驟30)，其中控制電路148提供最低的兩個(gè)電源電位Vdd1,Vdd2給第一和第二晶體管CBT,DBT的控制級(jí)以便允許這些晶體管CBT,DBT從總線12a,b的一部分到其它部分通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，并且反之亦然。根據(jù)對(duì)傾斜(dip)的檢測(cè)，控制電路148也提供給第三晶體管第一電源電位Vss，以保持它不導(dǎo)通。這使得站10d-e可在總線12a,b的兩個(gè)部分施加信號(hào)(例如，停止條件)以便再開始設(shè)置涉及擱置的任何狀態(tài)。
圖1中，已給橋站提供了對(duì)總線12a的第一部分的標(biāo)準(zhǔn)接口，例如像任何其它站10c一樣。這使橋站14也用作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)站10a-c。每個(gè)站10a-c可以被包括在一個(gè)分離的IC分組中。在這種情況下，橋站和標(biāo)準(zhǔn)站的作用可以被組合在單個(gè)IC分組中，它需要4個(gè)管腳(SDA,SDAH,SCL,SCLH)用于連接到總線12a,b。這些管腳的使用可以作成可編程的，使得在適宜的編程中，用于連接第二部分12b的管腳SDA,SCL也可以被用作其它目的，如果IC分組不用作橋站的話。這是用于站10c之一的情況，其中標(biāo)為a*的兩個(gè)管腳被用作這些其它目的(如果有的話)，但也能用作總站連接SDA,SDAH。
當(dāng)然當(dāng)在裝置中只有能處理第二，高速模式的站時(shí)，則根本無(wú)需橋的功能并且總站12b的第二部分可以省略；在這種情況下，用于總線第二部分12b的連接也可以用作其它目的。
如圖1所示，可開關(guān)電流源沒(méi)有用作第一部分12a的數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDAH，而是一個(gè)上拉電阻Rp被用作上拉這個(gè)導(dǎo)線的電位。這能和利用可開關(guān)電流源108產(chǎn)生的快速時(shí)鐘信號(hào)組合，因?yàn)閿?shù)據(jù)信號(hào)只需要時(shí)鐘信號(hào)頻率的一半。當(dāng)然對(duì)于更高的速度，可開關(guān)電流源也可以用于數(shù)據(jù)信號(hào)，正如時(shí)鐘信號(hào)一樣。然而，這需要更精確的定時(shí)以便避免驅(qū)動(dòng)沖突。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的替換實(shí)施例的一個(gè)裝置。此裝置包含數(shù)個(gè)站40a-f。站40a-f經(jīng)由通信總線連接，通信總線包含含有相應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm和SCLK的兩部分。數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA由這些部分共享。另外，該裝置包含一個(gè)電源導(dǎo)線42用于提供電壓Vdd。電源導(dǎo)線42耦合到數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA和兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk,SCLm，每個(gè)電線經(jīng)由一個(gè)相應(yīng)的電阻Rp。兩個(gè)站40a,b被顯示連到數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA和一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm。兩個(gè)其它站被顯示連到數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA和其它時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk之一。剩余的站40c,d被顯示連接到數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線和兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm和SCLk。利用當(dāng)作示例，該裝置可能包含一個(gè)印刷電路板，其上數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA和兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm；SCLk作為導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)，站40a-f每個(gè)對(duì)應(yīng)于一個(gè)安裝在印刷電路板上的單個(gè)的集成電路，并電連接到數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA和一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm,SCLk。
在操作中，信息經(jīng)由總線SDA,SCLk,SCLm在站之間傳送。對(duì)于包含數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA和一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCL的總線、根據(jù)在菲利浦?jǐn)?shù)據(jù)手冊(cè)IC12a中描述的I2C總線技術(shù)說(shuō)明的一個(gè)擴(kuò)展執(zhí)行信息傳送。在信息傳送期間，一個(gè)比特信息被放在數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA，并且其有效性通過(guò)使相關(guān)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk,SCLm高來(lái)通知(signalled)。在準(zhǔn)備下一個(gè)信息比特時(shí)，使時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk,SCLm的電位再變低。接著對(duì)下一比特重復(fù)該過(guò)程。信息傳送可以用低速(例如用每秒100K到400K時(shí)鐘脈沖的時(shí)鐘頻率)進(jìn)行，在這種情況下至少經(jīng)過(guò)第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLK提供時(shí)鐘信號(hào)。也可以以高速(例如每秒4M時(shí)鐘脈沖)提供信息，在這種情況下經(jīng)過(guò)第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm但不經(jīng)過(guò)第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm提供時(shí)鐘信號(hào)。不能以高時(shí)鐘速率操作的站40c,d因此不表現(xiàn)出高速時(shí)鐘信號(hào)。
消息結(jié)束時(shí)，主站(例如40c,d)利用至少第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLK(一旦不是所有的所連到第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLK，則是第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm)控制消息的總線信號(hào)終端。因此所有的站即也是不能以高時(shí)鐘速率操作的站40e,f能夠檢測(cè)消息的終結(jié)，即使當(dāng)那個(gè)消息本身的信息內(nèi)容利用高時(shí)鐘速率傳送時(shí)。
圖5表示經(jīng)過(guò)總線SDA,SCLm,SCLk消息交換的一個(gè)實(shí)施例的定時(shí)圖。消息交換利用其中發(fā)送消息的開始信號(hào)50的一個(gè)時(shí)間間隔開始，并且如有必要信號(hào)52用于在主站電位差之間仲裁。所有站40a-f想用開始信號(hào)50并因此至少利用第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLK發(fā)送而且一旦某些站40e,f也經(jīng)過(guò)那個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm只連到第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm。
作為開始信號(hào)，使用所謂的“開始條件”50，它是當(dāng)兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm,SCLk的電位都為高時(shí)由主站(例如40c,d)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA的電位的一個(gè)電平轉(zhuǎn)換，也就是說(shuō)，在這一電平，通常它發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA攜帶有效數(shù)據(jù)高(或者至少當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk的電位高時(shí)，萬(wàn)一那個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線連到所有的站40a-f)。開始該消息的主站(例如40c,d)通過(guò)在低電位電源終端和時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm；SCLk之間提供一個(gè)低阻抗通路導(dǎo)致電平轉(zhuǎn)換。
開始條件是仲裁處理的開始。開始條件由其它站檢測(cè)。從而還未發(fā)送開始條件的任何其它主站的檢測(cè)將從開始消息中制止直到檢測(cè)一個(gè)停止條件(后面將描述)。發(fā)送開始條件的主站不能確定它是要求總線控制的唯一主站(例如40c,d)，因?yàn)椴豢赡軝z測(cè)另一個(gè)主站(例如40c,d)是否已經(jīng)或多或少同時(shí)發(fā)送開始條件。
通過(guò)代碼52的傳輸來(lái)繼續(xù)仲裁處理，代碼52包含由要求總線控制的任何主站40c,d發(fā)送的八個(gè)數(shù)據(jù)比特。為此目的，在時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線上(或者至少第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk高時(shí)，萬(wàn)一那個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線連到所有站40a-f)產(chǎn)生八位時(shí)鐘脈沖。為產(chǎn)生這些時(shí)鐘脈沖，該站使用總線的布線邏輯操作該站不使用啟動(dòng)拉升，這使得任何站延遲時(shí)鐘脈沖以便有足夠的時(shí)間處理該數(shù)據(jù)。
已發(fā)送開始條件并仍然參與仲裁的每個(gè)主站(例如40c,d)拉下時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk,SCLm以便產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。通過(guò)在數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA之間選擇提供或低或高的阻抗通路，每個(gè)這樣的主站(例如40c,d)順序地把其代碼的比特放在數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA上，根據(jù)其代碼，在時(shí)間間隔期間那個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線被拉低。不提供低阻抗路徑并且不檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA被拉低的任何主站斷定它已失去仲裁并停止發(fā)送時(shí)鐘脈沖和數(shù)據(jù)直到它檢測(cè)停止條件為止。
至少一個(gè)主站(例如40c,d)能夠以高時(shí)鐘速率(例如每秒4Mbit)傳送信息。主站(例如40c,d)的代碼被選擇，使得那個(gè)主站或其它主站的自己的代碼是唯一的以便任何這樣的主站能夠確保如果在八比特之后它還未停止發(fā)送其作為數(shù)據(jù)的代碼那么它已贏得仲裁。
能夠以高時(shí)鐘速率傳送信息的主站(例如40c,d)能轉(zhuǎn)換到高時(shí)鐘速率，如果它已贏得仲裁和如果它希望傳送信息到也能以高時(shí)鐘速率傳送信息的一個(gè)從屬站(40a-f)。在這種情況下，主站(例如，40c,d)在時(shí)間tm轉(zhuǎn)換到高速模式。在該高速模式中，主站(例如40c,d)經(jīng)由第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm，但不經(jīng)過(guò)第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk以高速發(fā)送時(shí)鐘脈沖。在該高速模式中，主站(例如40c,d)保持第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk的電位在低電平，即在表示在數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA上不存在有效數(shù)據(jù)的電平。
在圖5的實(shí)施例中，以高速模式的傳輸是從一個(gè)更新的開始條件開始，當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm高時(shí)，實(shí)施為一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA電位的電平轉(zhuǎn)換。該更新的開始條件后接由主站通過(guò)在第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖并在連續(xù)時(shí)鐘脈沖高電平期間提供連續(xù)的從屬地址比特而產(chǎn)生的一個(gè)從屬站(例如40e,f)的從屬地址的傳輸。能夠以高速傳送信息的從屬站(例如40e,f)監(jiān)視該發(fā)送的地址，并且檢測(cè)其自己地址的一個(gè)從屬站開始參與信息傳送。傳送可以從主站(例如40c,d)到從屬站(例如，40e,f)，或者反之亦然，正如在I2C說(shuō)明中定義的，除了只使用第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm外，它可以以推挽驅(qū)動(dòng)。
當(dāng)主站(例如40c,d)完成時(shí)，它從高速模式(在時(shí)刻tk)中轉(zhuǎn)換并發(fā)送利用停止條件56消息結(jié)束。停止條件56涉及當(dāng)兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm,SCLk的電位高時(shí)，即處于通常表示有效數(shù)據(jù)的電平(假如所有站40a-f連到第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk，在那個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線上有足夠的高電平)。在停止條件期間數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線上的電平轉(zhuǎn)換與開始條件50期間的電平轉(zhuǎn)換相反。
所有的站40a-f檢測(cè)停止條件56。此后主站40a-f空閑以便試圖再獲得總線的控制，并且從站40a-f為新消息監(jiān)視總線以便檢測(cè)它們被尋址是否涉及信息傳送。
當(dāng)一個(gè)主站40a-f已獲得總線控制時(shí)，它也可以選擇以低時(shí)鐘速率傳送(例如，低于1MHz，例如每秒100到400kbit)，例如因?yàn)樯婕靶畔魉偷膹膶僬局荒軌蛞缘退俚荒芤愿咚?例如高于1MHz、如每秒4Mbit)傳送信息，或者因?yàn)橹髡颈旧碇荒苁堑退佟Ｔ谀欠N情況下，主站40a-f利用第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk去旁路時(shí)鐘脈沖，所說(shuō)的時(shí)鐘脈沖定義從屬地址和要傳送的任何信息，基本如I2C說(shuō)明的那樣。
在初始的開始條件50和停止條件56之間，已經(jīng)獲得總線控制的主站40a-f可以產(chǎn)生任何數(shù)量的附加開始條件，繼之以從屬站地址的傳輸和信息傳送，而沒(méi)有又參與用于總線的仲裁。根據(jù)后接一個(gè)附加開始條件的信息傳送是否是在高速或是低速、在附加開始條件期間第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk或第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm的電位保持為高電平。因此在一個(gè)消息中可以使用高速和低速傳送的任意組合。
只監(jiān)視一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk或SCLm的站40a-f將不識(shí)別涉及它們不監(jiān)視的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk或SCLm的地址和信息傳送。這種站保持等待一個(gè)相關(guān)的地址或信息，直到它們接收停止條件56為止。
可以使用多于兩個(gè)不同的時(shí)鐘速率，利用能夠只以最慢速，或只以最慢和中間速率，或以稍高速率傳送信息的站，在理論上，人們可以使用相應(yīng)大數(shù)量的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線，每個(gè)為一特定速率，初始的開始條件，任何仲裁和停止條件只涉及最低的速率。
可從圖4中注意到，能以更高速率信息傳送的主站(例如40c,d)已連接到所有的時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線，以便能夠發(fā)送開始消息到所有的站40a-f，去仲裁和能夠利用其它站40a-f傳送信息。只能慢速傳送信息的站40c,d只被連到第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk。這些站可以包括主站，所說(shuō)的主站只能以低速傳送信息。能夠高速傳送信息的不需要滿足總線的控制的、并且只需要與能高速傳送信息的主站通信的從屬站40a,b只需要連到第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm。
圖6表示具有與總線SDA、SCLm、SCLk接口的主站60的一個(gè)實(shí)施例。該主站60包含一個(gè)控制/功能單元61。主站60還包含含有一個(gè)PMOS晶體管67和一個(gè)NMOS晶體管的第一推挽級(jí)，所說(shuō)的晶體管具有在電源連接點(diǎn)(Vdd和Vss)之間串聯(lián)耦合的溝道?？刂?功能單元61對(duì)于PMOS晶體管67和NMOS晶體管66的每個(gè)柵極有一個(gè)耦合。在PMOS晶體管67和NMOS晶體管66之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)被耦合到數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA和控制/功能單元61的一個(gè)輸入端。
主站60還包括含有一個(gè)PMOS晶體管64和一個(gè)NMOS晶體管63的一個(gè)第二推挽級(jí)，所說(shuō)的晶體管具有在兩個(gè)電源連接處之間串聯(lián)耦合的溝道?？刂?功能單元60對(duì)于PMOS晶體管64和NMOS晶體管63的每個(gè)柵極具有一個(gè)耦合。在PMOS晶體管64和NMOS晶體管63之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)被耦合到用于高速時(shí)鐘的第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm和控制/功能單元61。
主站60包含一個(gè)下拉NMOS晶體管62，具有在一個(gè)電源連接點(diǎn)(Vss)和用于低速時(shí)鐘的第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線(SCLk)之間耦合的一個(gè)溝道?？刂?功能單元61具有一個(gè)耦合到下拉NMOS晶體管62的柵極的一個(gè)輸出。該第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線被耦合到控制/功能單元61的一個(gè)輸入。
主站60包含一個(gè)NMOS通過(guò)晶體管65，該晶體管具有在第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk和第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm之間耦合的一條溝道。通過(guò)晶體管65的柵級(jí)耦合到控制/功能單元61。
在操作時(shí)，控制/功能單元61監(jiān)視總線SDA,SCLm,SCLk以便檢測(cè)消息是否被發(fā)送或者是否允許試圖獲得總線SDA,SCLm,SCLk的控制。如果主站60希望發(fā)送一個(gè)消息并且被允許獲得總線SDA,SCLm,SCLk的控制，則它通過(guò)在第一推挽級(jí)中使NMOS晶體管66導(dǎo)通以下拉數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA的電位來(lái)發(fā)送一個(gè)開始條件。在第一推挽級(jí)中的PMOS晶體管67保持不導(dǎo)通。在第二推挽級(jí)中的晶體管63、64保持不導(dǎo)通并且下拉晶體管62保持不導(dǎo)通，使得在時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)體SCLk,SCLm上的電位可能通過(guò)耦合到這些導(dǎo)體SCLk,SCLm的上拉電阻而保持高電位?？刂?功能單元61可以保持旁路晶體管65導(dǎo)通。其次，在仲裁期間，控制/功能單元61使用第二推挽級(jí)中的NMOS晶體管63和下拉電阻62在時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk,SCLm上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。第一推挽級(jí)的NMOS晶體管66用于將主站60的代碼放在數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA上。在第一和第二推挽晶體管中的PMOS晶體管64,67在那個(gè)時(shí)刻保持不導(dǎo)通。
在仲裁期間，控制/功能單元61監(jiān)視總線SDA,SCLk,SCLm以便檢測(cè)主站60是否已獲得總線的控制。當(dāng)這種情況已發(fā)生并且主站需要利用高速時(shí)鐘通過(guò)總線傳送信息時(shí)，功能/控制單元61使旁路晶體管62不導(dǎo)通并使下拉晶體管不導(dǎo)通。
控制/功能單元于是利用第二推挽級(jí)的NMOS晶體管63和PMOS晶體管64二者，經(jīng)由第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線開始發(fā)送時(shí)鐘脈沖。使用兩個(gè)晶體管63,64使得產(chǎn)生比有可能只使用NMOS晶體管63和上拉電阻更短的時(shí)鐘脈沖。也允許使PMOS晶體管，因?yàn)橹髡?0一定知道一旦主站已結(jié)束該仲裁階段，沒(méi)有其它站將拉下第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm的電位。當(dāng)主站發(fā)送信息到從站時(shí)，利用第一推挽級(jí)的晶體管66,67，比特被寫入數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA。出于與允許使用第二推挽級(jí)相同的原因，也允許這種，還使得傳輸更快。當(dāng)從站發(fā)送信息到主站時(shí)，從站可以使用與主站相同的推挽級(jí)。
在數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線上電位變化的頻率只需要時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線上電位變換頻率的一半。因此對(duì)于主站使用推挽的最大速率去驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm比推挽被用于驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線要更重要。因?yàn)闀r(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線在高速被隔開，主站時(shí)鐘輸出的容量負(fù)載被減少并以時(shí)鐘信號(hào)的速率可以高。數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA的容量負(fù)載的類似減少是不需要的，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA上的信號(hào)變換更慢，數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線因此能保持不分裂。然而，為降低由于在數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線上高頻傳輸而由慢站的造成的差錯(cuò)冒險(xiǎn)，人們也可以將數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA分裂為兩部分，一部分連接到只連著一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk的那個(gè)站，而其它部分連到其它站。在這兩部分之間包括一個(gè)橋站，根據(jù)橋站是否從仲裁中檢測(cè)哪個(gè)高速傳輸將發(fā)生，該橋站連接或隔離這兩個(gè)部分。
每八比特之后，允許接收站確認(rèn)這些比特的接收。為此目的，主站每次將第九個(gè)時(shí)鐘脈沖放在第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLm上。接收站通過(guò)在第九個(gè)時(shí)鐘脈中保持?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA上的電位低來(lái)確認(rèn)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果未給出確認(rèn)主站60可以允許數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)線SDA的較慢速度上拉，在這種情況下，主站60使八個(gè)和第九個(gè)時(shí)鐘脈沖之間的預(yù)確認(rèn)時(shí)間間隔比其它時(shí)鐘脈沖之間的時(shí)間間隔更長(zhǎng)。這個(gè)預(yù)確認(rèn)時(shí)間間隔最好至少兩倍大其它時(shí)間間隔，通過(guò)在第八個(gè)時(shí)鐘脈沖和第九個(gè)時(shí)鐘脈沖之間跳過(guò)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，能容易地實(shí)現(xiàn)。
如圖6所示的主站也可以被用于具有只是只能夠低速傳輸?shù)恼净蛑皇且愿咚賯鬏數(shù)恼镜囊粋€(gè)裝置中，在這些情況下，第一時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk或者第二時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線SCLk，將通常分別從裝置中省略。
權(quán)利要求
1．一種電子裝置，包含-站；-一個(gè)總線，互連這些站用于交換滿足信號(hào)協(xié)議的消息，該消息包含有連續(xù)時(shí)分多址的一個(gè)標(biāo)題信號(hào)，一個(gè)內(nèi)容信號(hào)和表示消息完成的一個(gè)信號(hào)，該總線包含第一和第二部分；和-一個(gè)橋站，用于互聯(lián)該第一和第二部分，其特征在于，在利用標(biāo)題信號(hào)發(fā)出以一個(gè)比標(biāo)題信號(hào)相對(duì)更高的時(shí)鐘速率進(jìn)行發(fā)送的指示之后，安排至少一個(gè)站以比標(biāo)題信號(hào)相對(duì)更高的時(shí)鐘速率發(fā)送內(nèi)容信號(hào)，能夠以相對(duì)更高的速率接收具有內(nèi)容信號(hào)的消息的該至少一個(gè)站和一個(gè)子站經(jīng)由該第一部分被連接到該總線，該橋站被安排在該第一和第二部分之間通過(guò)該標(biāo)題信號(hào)，以便根據(jù)檢測(cè)到所述指示，用替代獨(dú)立于該內(nèi)容信號(hào)的一個(gè)替代信號(hào)來(lái)代替用于在總線的第二部分上的內(nèi)容信號(hào)，并且在該第一和第二部分之間恢復(fù)通過(guò)信號(hào)以響應(yīng)指示消息完成的信號(hào)，該標(biāo)題信號(hào)，替代信號(hào)和恢復(fù)之后通過(guò)的信號(hào)以比相對(duì)高時(shí)鐘速率相對(duì)較低的時(shí)鐘速率一起滿足信號(hào)協(xié)議。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的電子裝置，其中安排該站使用標(biāo)題用于總線接入權(quán)利的仲裁。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種電子裝置，其中安排這些站在總線上建立信號(hào)，至少在標(biāo)題信號(hào)中共同地作為一個(gè)布線邏輯功能，橋站通過(guò)在總線第一部分到第二部分中建立的布線邏輯結(jié)果并且在標(biāo)題信號(hào)的傳輸中和恢復(fù)之后亦然，橋站產(chǎn)生用于第二站的布線邏輯驅(qū)動(dòng)信號(hào)以便在第二站上驅(qū)動(dòng)替代信號(hào)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1,2或3的電子裝置，其中第一部分包含第一和第二信號(hào)導(dǎo)線，而第二部分包含第三和第四信號(hào)導(dǎo)線，信號(hào)協(xié)議要求消息的完成是由第一和第三信號(hào)導(dǎo)線的電位的邏輯變換來(lái)表示的，所說(shuō)的電位是從第一電平到具有特定邏輯電平的第二和第四信號(hào)導(dǎo)線的電位的第二電平，橋站在第一部分傳輸內(nèi)容信號(hào)期間分別保持第三和第四信號(hào)導(dǎo)線在第一電平和特定邏輯電平上，橋站從第一電平到第二電平中產(chǎn)生第三信號(hào)導(dǎo)線電位，以便響應(yīng)第一信號(hào)導(dǎo)線電位從第一到第二電平的邏輯電平轉(zhuǎn)換的檢測(cè)，第二信號(hào)導(dǎo)線電位是在特定的邏輯電平上。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的電子裝置，其中在替代信號(hào)傳輸期間第三和第四信號(hào)導(dǎo)線至少之一的電位是由受另一套子站影響的布線邏輯功能而建立的，橋站監(jiān)視第三和第四信號(hào)導(dǎo)線之一的電位，橋站在第一和第二部分之間重新開始信號(hào)通過(guò)以響應(yīng)在所述第三和第四信號(hào)導(dǎo)線之一的電位中的變換的檢測(cè)。
6．根據(jù)權(quán)利要求的電子裝置，至少這些站之一包含一個(gè)布線邏輯驅(qū)動(dòng)電路和用于驅(qū)動(dòng)總線第一部分的一個(gè)推挽驅(qū)動(dòng)電路，該至少這些站之一在標(biāo)題信號(hào)傳輸中和在表示消息完成的信號(hào)傳輸之后借助于布線邏輯驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)該第一部分，該至少這些站之一在內(nèi)容信號(hào)傳輸期間利用推挽驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)該第一部分。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的電子裝置，該第一部分包含一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線，該至少一個(gè)站在標(biāo)題信號(hào)傳輸期間和表示消息完成的信號(hào)傳輸之后借助于布線邏輯驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)該時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線，該至少站之一在內(nèi)容信號(hào)傳輸期間借助于推挽驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)導(dǎo)線。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的電子裝置，該至少站之一能夠發(fā)送表示分別有和設(shè)有更高時(shí)鐘速率的傳輸?shù)闹辽賰煞N類型的信部信號(hào)，橋站在第一和第二部分之間繼續(xù)通過(guò)信號(hào)以響應(yīng)表示設(shè)有相對(duì)高時(shí)鐘速率的傳輸?shù)臉?biāo)題信號(hào)類型。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的電子裝置，安排站之一以相對(duì)高時(shí)鐘速率在標(biāo)題信號(hào)之后內(nèi)容信號(hào)之前發(fā)送一個(gè)地址信號(hào)，根據(jù)地址信號(hào)是否匹配特定站的一個(gè)自己的地址，子系統(tǒng)的一個(gè)特定站選擇地響應(yīng)該消息。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的電子裝置，安排至少這些站之一在內(nèi)容信號(hào)之后和在表示消息完成的信號(hào)之前的另一個(gè)內(nèi)容信號(hào)之前發(fā)送另一地址信號(hào)，該另一個(gè)地址信號(hào)和該另一個(gè)內(nèi)容信號(hào)以相對(duì)高時(shí)鐘速率發(fā)送，每個(gè)特定子系統(tǒng)站之一根據(jù)該另一個(gè)地址信號(hào)是否匹配該特定站之一自己的地址來(lái)選擇地響應(yīng)該另一個(gè)內(nèi)容信號(hào)，橋站在另一個(gè)地址信號(hào)和另一個(gè)內(nèi)容信號(hào)傳輸期間在第二部分維持該替代信號(hào)。
11．連接總線第一和第二部分的橋站安排用作根據(jù)權(quán)利要求1-10的任何之一的電子裝置中。
全文摘要
通信總線被分裂為兩部分。當(dāng)連著一個(gè)部分的站表明它希望經(jīng)由一個(gè)部分以高于正常的速率交換消息時(shí),橋站隔離這兩個(gè)部分,截?cái)嘞?nèi)容部分向其它部分的傳送,并在其它部分的消息中代替仿造的內(nèi)容信號(hào)。
文檔編號(hào)H04L12/46GK1220795SQ98800314
公開日1999年6月23日 申請(qǐng)日期1998年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月30日
發(fā)明者H·舒特 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司