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CN106528481B - 集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路 - Google Patents

集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路 Download PDF

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CN106528481B
CN106528481B CN201611251472.XA CN201611251472A CN106528481B CN 106528481 B CN106528481 B CN 106528481B CN 201611251472 A CN201611251472 A CN 201611251472A CN 106528481 B CN106528481 B CN 106528481B
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Abstract

本发明涉及一种集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路，包括数字控制模块，用于当比较器输出结果为总线电压跌落时，产生高电平且时间可配的脉宽以驱动放电电路对总线放电；放电电流源模块，用于通过数字模块使能对总线放电，并调节放电电流的大小；比较器，用于得出总线电压变化的情况；外围电路，用于监测总线电压的变化，为比较器提供反映总线分压跌落信息的电压信号并，并生成比较基准电压。采用该电路，仅在监测到总线通信下降沿时才会打开，不会额外增加整系统的功耗开销；放电电路与信号处理电路相对独立，不会把总线的噪声耦合到对噪声敏感的电路中；放电电路的各项参数可以配置，能满足不同系统对电性能的需求，提高产品的适应性。

Description

集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及总线供电通信技术领域，具体是指一种集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路。
背景技术
总线供电通信系统中，传统上采用有极性通信方式。这种通信方式的结构如图1所示，有极性方案需要采用有标志的双绞线作为信号线进行连接防止连接错误，即图1中信号线BUS_C与GND_C极性必须固定。这种方式存在如下缺点：在线路布线时容易将信号线接反，造成信号无法正常传输；另外，在进行线路检查和修正过程中，有极性连接会带来诸多不便。基于以上原因，现在总线通信系统中开始采用无极性连接。
如图2所示，为利用整流桥电路实现总线无极性连接的方案。整流桥由D1、D2、D3、D4四个二极管构成的，BUS_C与GND_C是主机输出的两端口总线信号，BUS、GND是整流桥后的总线信号。二极管的单向导通特性可以保证BUS_C与GND_C正负极性改变时，整流桥后的BUS与GND极性固定。
由于整流桥二极管的单向导通特性，当总线电压跌落作为主机发送指令时，整流桥后电路没有有效的放电通路，信号BUS会产生信号完整性方面的问题。如图3所示，主机发送指令时总线电压会从24V跌落到5V，但是没有有效放电通路，整流桥后总线电压只能跌落到12V左右，且信号质量较差。这时从机将无法准确检测到总线上发送的指令，导致系统工作异常。
现有技术主要通过在总线增加串联电阻形成一条放电通路来改善无极性连接存在的上述问题。但是这种技术存在功耗大，放电效果不理想，影响总线通信性能等缺点。
本发明提出了一种集成在芯片的内部的总线放电电路。当电路检测到总线电压下降沿时才会触发放电通路，放电时间、放电电流与放电触发条件都可以配置，有效的降低了系统功耗并增加了功能的灵活性；同时，放电电路与对噪声敏感的电路模块相对独立，不会影响到系统的正常工作。这样避免了传统技术存在适应性较差的问题，而且功能灵活性得到加强可以应用到更多的总线通信系统当中。
现有技术主要通过串联电阻为整流桥后信号线增加放电通路来改善传输信号的质量。实现方式如图4所示。电路通过电阻Rx在整流桥后总线电压与从机功能模块电源VDD之间产生一条通路。当总线电压发生跌落时，总线可以通过Rx向VDD放电。避免了在通信时总线电压电平无法与通信协议匹配而导致系统工作异常的问题。
综上所述，现有技术包括以下三大问题：
一、为了得到合适的放电性能，放电电阻Rx需要设计调整来得到足够大的放电电流。但这条通路会常开且电流较大，会大幅增加系统的功耗开销。
二、总线上存在的信号噪声会通过电阻Rx耦合到VDD，VDD会变成一个不干净的电源。这将影响到信号处理电路的性能。为了避免这个问题需要给VDD增加滤波电路，这样会增加电源系统的复杂性降低系统的可靠性，设计成本会因此增加。
三、电路的放电电流、放电时间等参数固定，无法适应不同总线通信方式的要求，应用范围较窄。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现直接集成在从机芯片内部，既可以降低放电模块的功耗，也不会影响到信号处理电路的正常工作性能，同时放电参数可配置的集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路。
为了实现上述目的，本发明具有如下构成：
该集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路，包括：
从机稳压模块，用于保持从机内部电压的稳定；
从机信号处理模块，用于处理从机信号；
从机总线通信模块，用于实现从机总线通信；
数字控制模块，用于当比较器输出结果为总线电压跌落时，产生高电平且时间可配的脉宽以驱动放电电路对总线放电；
放电电流源模块，用于通过数字模块使能对总线放电，并调节放电电流的大小；
比较器，用于得出总线电压变化的情况；
外围电路，用于监测总线电压的变化，为比较器提供反映总线分压跌落信息的电压信号并，并生成比较基准电压；
所述的从机稳压模块、所述的从机信号处理模块、所述的从机总线通信模块、所述的数字控制模块、所述的放电电流源模块、所述的比较器和所述的外围电路均互相相连。
较佳地，所述的外围电路包括第一电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，所述的从机芯片BUS端和GND端，所述的从机稳压模块的第一端分别与所述的从机信号处理模块的第一端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的第一电阻的第一端、所述的BUS端和所述的放电电流源模块的第一端相连接，所述的从机稳压模块的第二端分别与所述的第一电容的第一端、所述的从机信号处理模块的第一端和所述的第三电阻的第一端相连接，所述的机稳压模块的第三端分别与所述的第一电容的第二端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的从机总线通信模块的第四端、所述的GND端、所述的第二电阻的第二端、所述的第四电阻的第二端、所述的数字控制模块的第五端和所述的放电电流源模块的第五端相连接，所述的从机信号处理模块的第三端与所述的从机总线通信模块的第三端相连接，所述的第一电阻的第二端分别与所述的第二电阻的第一端和所述的比较器的同相输入端相连接，所述的第三电阻的第二端分别与所述的第四电阻的第一端和所述的比较器的反相输入端相连接，所述的比较器的输出端与所述的数字控制模块的第五端相连接，所述的数字控制模块的第二端与所述的放电电流源模块的第二端相连接，所述的数字控制模块的第三端与所述的放电电流源模块的第三端相连接，所述的数字控制模块的第四端与所述的放电电流源模块的第四端相连接。
更佳地，所述的第三电阻为可调电阻。
较佳地，所述的外围电路包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第二比较器，所述的从机芯片BUS端和GND端，所述的从机稳压模块的第一端分别与所述的从机信号处理模块的第一端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的第一电阻的第一端、所述的BUS端和所述的放电电流源模块的第一端相连接，所述的从机稳压模块的第二端分别与所述的第一电容的第一端和所述的从机信号处理模块的第一端相连接，所述的机稳压模块的第三端分别与所述的第一电容的第二端、所述的第二电容的第二端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的从机总线通信模块的第四端、所述的GND端、所述的第二电阻的第二端、所述的第四电阻的第二端、所述的数字控制模块的第五端和所述的放电电流源模块的第五端相连接，所述的从机信号处理模块的第三端与所述的从机总线通信模块的第三端相连接，所述的第一电阻的第二端分别与所述的第二电阻的第一端、所述的比较器的同相输入端和所述的第二比较器的同相输入端相连接，所述的第二比较器的反相输入端分别与所述的第二比较器的输出端、所述的第二电容的第一端和所述的第三电阻的第一端相连接，所述的第三电阻的第二端分别与所述的第四电阻的第一端和所述的比较器的反相输入端相连接，所述的比较器的输出端与所述的数字控制模块的第五端相连接，所述的数字控制模块的第二端与所述的放电电流源模块的第二端相连接，所述的数字控制模块的第三端与所述的放电电流源模块的第三端相连接，所述的数字控制模块的第四端与所述的放电电流源模块的第四端相连接，所述的第三电阻为可调电阻。
更进一步地，所述的放电电流源模块包括第一电流源、第二电流源、第三电流源、第一电键、第二电键和第三电键，所述的第一电流源的负极分别与所述的第二电流源的负极、所述的第三电流源的负极和所述的放电电流源模块的第一端相连接，所述的第一电流源的正极与所述的第一电键的第一端相连接，所述的第一电键的第二端分别与所述的放电电流源模块的第二端、所述的第二电键的第二端、所述的第三电键的第二端、所述的放电电流源模块的第五端、所述的放电电流源模块的第三端和所述的放电电流源模块的第四端相连接，所述的，所述的第二电流源的正极与所述的第二电键的第一端相连接，所述的第三电流源的正极与所述的第三电键的第一端相连接。
采用了该发明中的集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路，仅在监测到总线通信下降沿时才会打开，不会额外增加整系统的功耗开销；总线放电电路与从机的信号处理电路相对独立，不会把总线的噪声耦合到对噪声敏感的电路当中去，不会影响从机工作的性能；放电电路的各项参数都可以配置，可以满足不同系统对电性能的需求，提高了产品的适应性，具有广泛的应用范围。
附图说明
图1为现有技术的有极性总线通信系统的示意图。
图2为现有技术的无极性总线通信系统的示意图。
图3为现有技术的没有使用放电技术时整流桥前后总线波形对比的示意图。
图4为现有技术的一种实施方式的示意图。
图5为本发明的集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路的电路结构示意图。
图6为本发明的集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路的一种实施方式的示意图。
图7为本发明的集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路的整流桥前后总线波形对比的示意图。
图8为本发明的集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路的另一种实施方式的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
该集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路，包括：
从机稳压模块，用于保持从机内部电压的稳定；
从机信号处理模块，用于处理从机信号；
从机总线通信模块，用于实现从机总线通信；
数字控制模块，用于当比较器输出结果为总线电压跌落时，产生高电平且时间可配的脉宽以驱动放电电路对总线放电；
放电电流源模块，用于通过数字模块使能对总线放电，并调节放电电流的大小；
比较器，用于得出总线电压变化的情况；
外围电路，用于监测总线电压的变化，为比较器提供反映总线分压跌落信息的电压信号并，并生成比较基准电压；
所述的从机稳压模块、所述的从机信号处理模块、所述的从机总线通信模块、所述的数字控制模块、所述的放电电流源模块、所述的比较器和所述的外围电路均互相相连。
在一种较佳的实施方式中，所述的外围电路包括第一电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，所述的从机芯片BUS端和GND端，所述的从机稳压模块的第一端分别与所述的从机信号处理模块的第一端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的第一电阻的第一端、所述的BUS端和所述的放电电流源模块的第一端相连接，所述的从机稳压模块的第二端分别与所述的第一电容的第一端、所述的从机信号处理模块的第一端和所述的第三电阻的第一端相连接，所述的机稳压模块的第三端分别与所述的第一电容的第二端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的从机总线通信模块的第四端、所述的GND端、所述的第二电阻的第二端、所述的第四电阻的第二端、所述的数字控制模块的第五端和所述的放电电流源模块的第五端相连接，所述的从机信号处理模块的第三端与所述的从机总线通信模块的第三端相连接，所述的第一电阻的第二端分别与所述的第二电阻的第一端和所述的比较器的同相输入端相连接，所述的第三电阻的第二端分别与所述的第四电阻的第一端和所述的比较器的反相输入端相连接，所述的比较器的输出端与所述的数字控制模块的第五端相连接，所述的数字控制模块的第二端与所述的放电电流源模块的第二端相连接，所述的数字控制模块的第三端与所述的放电电流源模块的第三端相连接，所述的数字控制模块的第四端与所述的放电电流源模块的第四端相连接。
在一种更佳的实施方式中，所述的第三电阻为可调电阻。
在一种较佳的实施方式中，所述的外围电路包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第二比较器，所述的从机芯片BUS端和GND端，所述的从机稳压模块的第一端分别与所述的从机信号处理模块的第一端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的第一电阻的第一端、所述的BUS端和所述的放电电流源模块的第一端相连接，所述的从机稳压模块的第二端分别与所述的第一电容的第一端和所述的从机信号处理模块的第一端相连接，所述的机稳压模块的第三端分别与所述的第一电容的第二端、所述的第二电容的第二端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的从机总线通信模块的第四端、所述的GND端、所述的第二电阻的第二端、所述的第四电阻的第二端、所述的数字控制模块的第五端和所述的放电电流源模块的第五端相连接，所述的从机信号处理模块的第三端与所述的从机总线通信模块的第三端相连接，所述的第一电阻的第二端分别与所述的第二电阻的第一端、所述的比较器的同相输入端和所述的第二比较器的同相输入端相连接，所述的第二比较器的反相输入端分别与所述的第二比较器的输出端、所述的第二电容的第一端和所述的第三电阻的第一端相连接，所述的第三电阻的第二端分别与所述的第四电阻的第一端和所述的比较器的反相输入端相连接，所述的比较器的输出端与所述的数字控制模块的第五端相连接，所述的数字控制模块的第二端与所述的放电电流源模块的第二端相连接，所述的数字控制模块的第三端与所述的放电电流源模块的第三端相连接，所述的数字控制模块的第四端与所述的放电电流源模块的第四端相连接，所述的第三电阻为可调电阻。
在一种更进一步的实施方式中，所述的放电电流源模块包括第一电流源、第二电流源、第三电流源、第一电键、第二电键和第三电键，所述的第一电流源的负极分别与所述的第二电流源的负极、所述的第三电流源的负极和所述的放电电流源模块的第一端相连接，所述的第一电流源的正极与所述的第一电键的第一端相连接，所述的第一电键的第二端分别与所述的放电电流源模块的第二端、所述的第二电键的第二端、所述的第三电键的第二端、所述的放电电流源模块的第五端、所述的放电电流源模块的第三端和所述的放电电流源模块的第四端相连接，所述的，所述的第二电流源的正极与所述的第二电键的第一端相连接，所述的第三电流源的正极与所述的第三电键的第一端相连接。
在一种具体的实施方式中，如图5所示，放电电路中最重要的部分主要包括：
一、电阻R1、R2：用于监测总线电压的变化，得到一个反映总线分压跌落信息的电平VBUS_L提供给比较器；电阻R3与R4从稳压电路输出VDD上分压得到一个固定基准Vref作为比较基准；
二、比较器：比较VBUS_L与Vref，比较结果将显示总线电压变化的情况；
三、数字控制模块：当比较器输出结果判断是总线电压跌落时，数字控制模块会产生高电平时间可配的脉宽去驱动放电电路对总线放电；
四、放电电流源模块：由数字模块使能对总线放电，放电电流可调。
该方案与图4所示的现有技术相比有如下改进：仅在通信时才打开放电电路，降低了功耗；无极性放电电路与信号处理电路隔离，降低了总线噪声的影响；放电时间和放电电流可配，这样对于不同的通信协议，可以通过配置参数有效地实现电路放电，避免了现有技术存在放电效果不理想的问题，提高了产品的灵活性。
在另一种具体的实施方式中由于总线通信系统协议存在较大差异。总线发送指令时总线电压会从24V跌落到0V或者5V，或者其它电压值。为了适应多种通信协议，基准电压Vref需要可编程配置。因此将图5所示的方案中电阻R3改成可调电阻，根据不同的通信协议来选择Vref的值，进一步提高电路的适应性，整体方案如图6所示。
如图7所示，为利用图6所示的方案在相同通信协议下通信时总线波形，对比图3所示的整流桥后波形有很大改善，系统可以正常通信。
在另一种具体的实施方式中，如图8所示，基准比较电压Vref是由总线分压产生，由于运放和电容C2的作用，总线通信时Vref0能够在一段时间内保持稳定。总线未通信时，有：
Figure BDA0001197528260000071
通过设置电阻R3可以把基准阈值设置成相对于总线电压的百分比，这种方案可以用于比较阈值与总线电压相关的相对电压比较系统中。
采用了该发明中的集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路，仅在监测到总线通信下降沿时才会打开，不会额外增加整系统的功耗开销；总线放电电路与从机的信号处理电路相对独立，不会把总线的噪声耦合到对噪声敏感的电路当中去，不会影响从机工作的性能；放电电路的各项参数都可以配置，可以满足不同系统对电性能的需求，提高了产品的适应性，具有广泛的应用范围。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (5)

1.一种集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路，其特征在于，所述的电路包括：
从机稳压模块，用于保持从机内部电压的稳定；
从机信号处理模块，用于处理从机信号；
从机总线通信模块，用于实现从机总线通信；
数字控制模块，用于当比较器输出结果为总线电压跌落时，产生高电平且时间可配的脉宽以驱动放电电路对总线放电；
放电电流源模块，用于通过所述的数字控制模块使能对总线放电，并调节放电电流的大小；
比较器，用于得出总线电压变化的情况；
外围电路，用于监测总线电压的变化，为比较器提供反映总线分压跌落信息的电压信号，并生成比较基准电压；
所述的从机稳压模块、所述的从机信号处理模块、所述的从机总线通信模块、所述的数字控制模块、所述的放电电流源模块、所述的比较器和所述的外围电路均互相相连。
2.根据权利要求1所述的集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路，其特征在于，所述的外围电路包括第一电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，所述的从机芯片BUS端和GND端，所述的从机稳压模块的第一端分别与所述的从机信号处理模块的第一端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的第一电阻的第一端、所述的BUS端和所述的放电电流源模块的第一端相连接，所述的从机稳压模块的第二端分别与所述的第一电容的第一端、所述的从机信号处理模块的第一端和所述的第三电阻的第一端相连接，所述的机稳压模块的第三端分别与所述的第一电容的第二端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的从机总线通信模块的第四端、所述的GND端、所述的第二电阻的第二端、所述的第四电阻的第二端、所述的数字控制模块的第五端和所述的放电电流源模块的第五端相连接，所述的从机信号处理模块的第三端与所述的从机总线通信模块的第三端相连接，所述的第一电阻的第二端分别与所述的第二电阻的第一端和所述的比较器的同相输入端相连接，所述的第三电阻的第二端分别与所述的第四电阻的第一端和所述的比较器的反相输入端相连接，所述的比较器的输出端与所述的数字控制模块的第五端相连接，所述的数字控制模块的第二端与所述的放电电流源模块的第二端相连接，所述的数字控制模块的第三端与所述的放电电流源模块的第三端相连接，所述的数字控制模块的第四端与所述的放电电流源模块的第四端相连接。
3.根据权利要求2所述的集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路，其特征在于，所述的第三电阻为可调电阻。
4.根据权利要求1所述的集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路，其特征在于，所述的外围电路包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第二比较器，所述的从机芯片BUS端和GND端，所述的从机稳压模块的第一端分别与所述的从机信号处理模块的第一端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的第一电阻的第一端、所述的BUS端和所述的放电电流源模块的第一端相连接，所述的从机稳压模块的第二端分别与所述的第一电容的第一端和所述的从机信号处理模块的第一端相连接，所述的机稳压模块的第三端分别与所述的第一电容的第二端、所述的第二电容的第二端、所述的从机信号处理模块的第二端、所述的从机总线通信模块的第四端、所述的GND端、所述的第二电阻的第二端、所述的第四电阻的第二端、所述的数字控制模块的第五端和所述的放电电流源模块的第五端相连接，所述的从机信号处理模块的第三端与所述的从机总线通信模块的第三端相连接，所述的第一电阻的第二端分别与所述的第二电阻的第一端、所述的比较器的同相输入端和所述的第二比较器的同相输入端相连接，所述的第二比较器的反相输入端分别与所述的第二比较器的输出端、所述的第二电容的第一端和所述的第三电阻的第一端相连接，所述的第三电阻的第二端分别与所述的第四电阻的第一端和所述的比较器的反相输入端相连接，所述的比较器的输出端与所述的数字控制模块的第五端相连接，所述的数字控制模块的第二端与所述的放电电流源模块的第二端相连接，所述的数字控制模块的第三端与所述的放电电流源模块的第三端相连接，所述的数字控制模块的第四端与所述的放电电流源模块的第四端相连接，所述的第三电阻为可调电阻。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的集成在从机芯片内部的总线整流桥后放电电路，其特征在于，所述的放电电流源模块包括第一电流源、第二电流源、第三电流源、第一电键、第二电键和第三电键，所述的第一电流源的负极分别与所述的第二电流源的负极、所述的第三电流源的负极和所述的放电电流源模块的第一端相连接，所述的第一电流源的正极与所述的第一电键的第一端相连接，所述的第一电键的第二端分别与所述的放电电流源模块的第二端、所述的第二电键的第二端、所述的第三电键的第二端、所述的放电电流源模块的第五端、所述的放电电流源模块的第三端和所述的放电电流源模块的第四端相连接，所述的，所述的第二电流源的正极与所述的第二电键的第一端相连接，所述的第三电流源的正极与所述的第三电键的第一端相连接。
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