用于把设备耦合到总线的方法和装置

摘要

控制器被用来调节沿总线的设备的耦合系数。当沿着总线发送数据信号时，不需要接收这个数据信号的设备可以通过把它们的耦合强度减少到几乎为零而被有效地“切断”。因此，可以避免任何不必要的从总线去除数据信号，并且沿着总线提供更强的信号。控制器可以通过电子设备调节耦合特性，例如导磁率、电容率、电容，以及铁电和电流变特性。

权利要求

1.一种用于传送数据的装置，包括：

控制器，所述控制器发送信号给与总线相关联的电磁耦合器，所述信号被安排来根据由总线主控器用于即将到来的读或写操作的特定的总线槽的编址，将所述电磁耦合器的耦合强度设定为与沿所述总线的另一耦合器的耦合强度值不同的一值。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述电磁耦合器包括耦合特征，所述耦合特征是可控的，以改变所述耦合强度。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述耦合特征是可电控的。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述耦合特征包括垫片的特征，所述垫片适合于分开所述电磁耦合器的电磁耦合元件。

5.如权利要求2所述的装置，其中所述耦合特征包括电气或电磁特性。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述特性包括导磁率和电容率。

7.如权利要求5所述的装置，其中所述特性包括电容。

8.如权利要求5所述的装置，其中所述特性包括铁电特性。

9.如权利要求5所述的装置，其中所述特性包括电流变特性。

10.如权利要求1所述的装置，其中所述信号把所述电磁耦合器的耦合强度设定为具有预定值。

11.如权利要求1所述的装置，其中所述信号把所述电磁耦合器的所述耦合强度设定为显著低于与所述总线相关联的另一耦合器的耦合强度。

12.如权利要求1所述的装置，其中所述信号还设定与所述总线相关联的其他电磁耦合器的耦合强度。

13.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器还接收关于测得的所述电磁耦合器的耦合强度的信息。

14.一种用于传送数据的系统，包括：

母板，

位于所述母板上的总线，

位于沿总线的各位置上的电磁耦合器，以及控制所述耦合器的耦合强度的控制器，所述耦合器中至少两个耦合器的耦合强度根据由总线主控器用于即将到来的读或写操作的特定的总线槽的编址要被控制为具有不同的值。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述控制器发送信号给所述耦合器以控制所述耦合强度。

16.如权利要求14所述的系统，其中所述耦合器形成在铁磁衬底上。

17.如权利要求14所述的系统，其中所述耦合强度是可电控的。

18.一种用于在总线上传送数据的方法，包括：在总线上传送数据，

在所述总线和各设备之间以电磁方式耦合所述数据，以及调节耦合强度，所述数据通过所述耦合强度被耦合在所述总线和至少一个所述设备之间，所述耦合强度根据由总线主控器用于即将到来的读或写操作的特定的总线槽的编址被调节为与在所述总线和另一所述设备之间耦合数据的另一耦合器的耦合强度值不同的一值。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述调节的操作包括以电的方式改变耦合所述数据的耦合器的特性。

20.如权利要求18所述的方法，其中所述调节的操作包括改变耦合所述数据的耦合器元件的导磁率或电容率。

21.如权利要求18所述的方法，还包括：测量耦合强度，并且其中所述调节是基于所述测量的结果。

22.如权利要求18所述的方法，还包括：检测沿总线的各位置上的所述各设备中的至少一个的存在或不存在，并且其中所述耦合强度的调节取决于所述检测的结果。

说明书

本发明涉及在电磁总线耦合中控制耦合强度。

电磁耦合器例如可以用来在电子设备和通信总线(例如，多点总线)之间耦合数据，代替更常规的直接电气连接。美国专利US5638402中提出了这样的装置。

耦合器的耦合强度取决于构成耦合器的元件的物理特性。

说明

图1是总线的方框图。

图2是耦合器的方框图。

图3和图4是耦合器的顶视图和侧视图。

图5是耦合器的示意图。

图6是总线的示意侧视图。

如图6中所示，在使用电磁耦合212，214，216来实现高速多点总线210的一种方法中，总线和通信设备224，226，228之间耦合的耦合强度都可以在目标范围内被控制成均匀的。把耦合强度控制成均匀的一种方式是在与耦合相关联的介电材料的尺寸和特性上实行严格的制造公差。另一方式是使用锯齿形(zigzag)耦合器的几何结构，所述锯齿形耦合器几何结构减少了耦合装置的几何精度变化对耦合强度的影响。2000年11月15日递交的序列号为09/714,899的美国专利申请中描述了锯齿形耦合装置。

控制耦合强度均匀地落在特定范围内实现了竞争的约束之间的折衷。过多的耦合器强度会沿着总线引起阻抗干扰，从而降低信号完整性。高的耦合器强度也使太多的信号能量转向更靠近总线主控器230的下接点(drop-off points)224，留下很少能量转向到远下接点228。另一方面，不足的耦合器强度使甚至最近的下接点从总线接收太少的能量或给予总线太少的能量。

由于具有不同强度范围的耦合器成为有益的，沿着总线故意使用不同的耦合器强度降低了与严格制造公差相关联的成本。产量增加而成本降低。

除了利用由宽的制造公差产生的尺寸和其他参数的自然变化之外，耦合器强度的变化可以更加有意地来实现，例如，通过控制总线和耦合器的耦合轨迹(trace)上的介电厚度、电容率、以及锯齿形几何结构交叉点的数量。在可能的机制之中的选择可以根据成本。例如，如果关心的是设计和制造要被连接到总线的多种模块的成本，则系统可以使用相同的子卡，并且只对母板的参数进行修改，所述母板的参数影响沿总线的不同点上的耦合强度。

母板的变化可以包括沿着总线的下接点位置上的不同高度的介电垫片，所述垫片被粘合在母板上。或者母板耦合轨迹的宽度在不同耦合器位置上可以是不同的。

例如，可能存在一些应用，在这些应用中，有益的是以这样的顺序排列不同耦合器，即使得沿总线的耦合强度随着距离不是单调地上升和/或下降。

如图1中所示，一连串电磁总线耦合器10，12，14的耦合强度也可以由耦合强度控制器16进行动态控制，以实现很多种目标。在图1所示的实施例中，控制器在线18，20，22上给耦合器提供信号以控制耦合强度，并且在线24，26，28上从设备32，34，36接收有关耦合强度的信息，所述设备32，34，36由耦合器进行服务。例如，这些设备可以包括电路以测量输入信号的幅度或者使用数据流内的错误检测信息来测量位误码率(biterror rate)，所述位误码率可以是耦合器强度的复合函数(complex function)。控制器使用强度信息和关于耦合目标的信息30来给耦合器生成适当控制信号。因此，控制器可以作为反馈回路来操作。耦合目标可以涉及总线或总线主控器42或设备32，34，36中的一个或多个设备的操作，所述设备通过耦合器连通到总线40。例如，耦合目标可以包括用于各个耦合器耦合强度的特定或相对值。在某些实施例中，总线主控器可以提供有关数据的信息33，所述数据将要传递给各个耦合器，并且控制器可以使用所述信息作为控制耦合强度的基础。在某些实施例中，设备32，34，36可以提供信息或指令35，37，39，所述信息或指令表示要被控制器实施或考虑的耦合目标。控制器在判断如何控制耦合强度时可以使用耦合目标的组合。

控制器可以包括微处理器或电路逻辑、存储器、以及算法，所述算法使控制器能使用耦合策略、目标耦合强度、以及测量的耦合强度来生成控制信号。

如图2中所示，每个耦合器都以耦合强度54为特性，所述耦合强度表示跨越两个耦合元件之间的耦合器界面57的电磁耦合强度，所述耦合元件例如是两个轨迹，两个轨迹中的一个或两个可以是锯齿形轨迹。所述轨迹之一与总线相关联，而另一轨迹与设备相关联。两个轨迹被隔开小间隙。耦合强度表示一边上的总线和另一边上的设备能分享跨越界面的能量的程度。除了彼此耦合之外，每个轨迹也可以与基准或接地面耦合。不同的耦合影响两个轨迹之间的耦合强度。耦合强度由复合变量组确定，例如，所述变量包括在构造轨迹中使用的尺寸、形状和材料，基准面，每个轨迹之间的垫片和每个轨迹的基准面，轨迹之间的垫片，以及与不同元件相关的电容性和电感性作用。构成耦合器的一个或多个元件具有表示耦合强度的可测特性56。一个或多个元件也具有可控特性58，所述可控特性58用来控制耦合器的耦合强度。可测特性可以由测量/驱动器电路59来确定，并且信息可以通过线20反馈回控制器。测量典型地出现在设备32，34，36的电路中。测量/驱动器电路的驱动器部分根据在线18上从控制器接收的指令可以改变可控特性。可选择地，测量/驱动器电路可以是控制器的一部分。

可以通过检测已经穿过耦合器的信号的电压水平并且把它与电压基准值进行比较来测量耦合器的耦合强度。在更复杂的方案中，已经穿过耦合器的数据误码率可以在校准期间被测量，并且可以调节耦合强度以把误码率驱动到可接受的低水平。为了节省时间，这个方案可以用耦合强度设置从相对短的校准周期中推断误码率，所述耦合强度设置产生可以被快速测量的高误码率。

通过测量耦合器强度的效果并使用反馈回路以电的方式调节耦合强度，可以更完全地实现非均匀耦合强度分布的好处。例如，代替用能实现的精度把沿总线的每个耦合器的平均耦合强度值作为目标，或者代替选择宽的“箱柜”(bins)，在所述箱柜中对所制造的耦合器进行分类，每个耦合器可以以电的方式被调节到具有接近预定值的耦合器强度，从而减少制造公差的影响。另外，通过适当变化耦合器强度的目标，可以优化配置时(configuration-time)的条件(例如哪些总线位置被占据)和运行时(run-time)的条件(例如温度和电源电压)。

例如，如果总线是存储总线，所述存储总线可以装配有达到其最大容量的存储卡，耦合强度可以以电的方式控制以适合在一个给定的系统内装配的特定数量的存储器槽。如果所有槽被插装，则耦合强度可以被设定为沿总线的一个耦合强度分布，所述分布对那个配置来说是理想的。如果没有控制耦合强度，这个最坏情况的分布在制造精度内必须总是被作为每个耦合器位置的指标。在控制耦合强度的情况下，如果只有部分槽位置被占据，未被占据的槽的耦合强度可以设定得极低，而被占据的槽的耦合强度可以被设定为包括某个比所有槽被占据时的强度分布更高的强度分布的耦合强度。对于具有较少被插装的槽的系统而言，优点可以是更高的带宽，更低的误码率，或更低的功耗。如果耦合强度可以被以电的方式调节以响应任何可测设备或系统条件，则在其他应用中可以获得类似的优点。反馈控制可以被用来在运行时把总线系统优化成它自己的总线配置。传感器可以被提供来确定槽在何时未被占据，并且该信息可以被提供给控制器16。

动态控制也可以允许调节耦合器强度以响应对数据模式的改变，例如，从数据脉冲串(burst)到数据脉冲串或甚至从总线周期到总线周期。例如，如果总线主控器已经编址了特定的总线槽，用于即将到来的读或写操作，则不希望把相等量的信号能量路由给其他未编址的槽，所述未编址的槽将不使用所述信息。相反，未编址的槽可以通过在数据脉冲串期间急剧降低它们的耦合强度而被关闭。结果是使未编址的槽的存在对总线而言主要是不可见的，或者使总线有效地看起来似乎只被一个槽占据，即相关的一个槽。这个方法再次可以导致增加的带宽，较低的误码率，减少的功耗等等。

多种耦合器特性可以被用来以动态和电的方式控制耦合强度。

在一个实施例中，如图3和图4中所示，两个耦合器的总线部分上的锯齿形耦合轨迹62，64和两个耦合器的设备部分上的锯齿形耦合轨迹60，66被垫片70，72隔开。垫片由电气非线性(并且可能是各向异性的)材料构成，在所述材料中，Z方向上的特性(例如电容率或导磁率)受形成在Y方向上的条件(例如磁场68的强度)的影响。例如，钇铁石榴石(YIG)具有这样的特性，即它在一个方向上的导磁率取决于另一方向上的DC磁场。这样的材料已经被用来制造设备，例如隔离器(isolator)、循环器(circulator)、过滤器、以及电流控制的振荡器。在图3和图4中，两个附加电极A和B添加在总线的两侧上，其中耦合器在附加电极A和B之间。电极A和B被用来建立在Y方向上具有可选值的DC场68，以影响垫片70，72在Z方向上的电容率或导磁率特性。在电极A和B之间建立的场强由控制器16通过驱动器进行控制。垫片沿Z轴的合成导磁率确定耦合器的耦合强度。

另一实施方式是在与耦合相同的Z方向上产生场以改变耦合器的电气性能。例如，如图5中所示，无需图3和图4中所示的电极A和B，对于每个耦合器而言，Z方向上的特性可以直接受DC偏压80的影响，并且受控制器16的控制，所述DC偏压80被施加在Z方向上的轨迹60，62之间。例如，变抗器是这样的结构，即由跨越变抗器的DC电压确定其电容。这样的DC偏压对这样的耦合器来说是有效的，即所述耦合器只使用信号的AC成分以在所述耦合器上传送信息。通过把采用PN二极管(作为介电垫片)或液晶聚合物，可以制造包括变抗器的耦合器，PN二极管作为用于高切换速度的实施例，液晶聚合物作为用于低切换速度的实施例。

在其他实施例中，代替电气特性的控制，垫片施加的Z分离的尺寸可以被控制。压电材料改变它们的尺寸以响应电场，并且磁限制(magnetorestrictive)材料改变它们的尺寸以响应磁场。这样的材料目前被用在这样的不同的应用中，比如扬声器、麦克风、电动机、以及甚至人造肌肉。电流变(electro-rheological)材料改变它们的粘度以响应所施加的场。这可以出现暂时软化垫片材料的机会，同时另一场力设定间隙的Z尺寸，然后再次硬化垫片材料以固定和记忆Z尺寸的设定。这些机械变量可以提供比纯电气变量更慢的控制形式。

在另一实施例中，耦合器(例如，微带(microstrip)、带状线(stripline)或共面波导)可以被制作在铁电衬底上。然后，通过控制被耦合元件之间的DC电势和被耦合元件与基准接地之间的平均DC电势可以改变耦合强度。现有的铁电物质(例如，LaAlO3或Ba(0.5)Sr(0.5)TiO3)将被限定到小的特征尺寸(-0.5μm线宽/线间隔)和大于12GHz的操作频率。

可以将关于测得的耦合器耦合强度的信号从耦合器本身而不是从耦合器所服务的设备发送给耦合强度控制器。

尽管已经在上文中论述了某些实施例和实施方案，但其他实施方案也在下列权利要求书的范围内。

例如，控制器不需要接收关于所有耦合器或关于任何耦合器的强度信息。控制器可以根据预定控制方式以非反馈模式控制耦合强度。类似地，控制器不需要给所有耦合器发送控制信号。只有一个或几个耦合器的强度可以被动态控制，而其他耦合器具有固定强度。

背景