CN100401725C - 用于功率传输和双向通信的具有双模式控制的隔离电路的通信设备 - Google Patents
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Abstract
描述了一种通信设备(1)，包括：一个被供电的收发信机(2)；一个线路收发信机(3)；一个包括三个电容器Cb1，Cb2和Cb3的隔离电路(4)，被耦合在被供电的收发信机(2)和线路收发信机(3)之间；以及一个控制电路(5)，用于控制从被供电的收发信机(2)到线路收发信机(3)的功率传输并且实现隔离电路(4)两端的双向通信，所述控制电路是一个双模式控制的电路(5)，该控制电路被设置成在第一模式期间传输所述功率并且执行在一个方向上的通信和在第二模式期间实现在另一个方向上的通信。此类设备(1)和电路(4)体积小和电容值低，可以用在电话、医疗器械、工业处理、调制解调器、控制和/或测量装置、电信装置等的高达数百兆赫兹的高切换频率中。
Description
本发明涉及一种通信设备，包括一个被供电的收发信机，一个线路收发信机，一个包括至少两个电容器的隔离电路，该至少两个电容器被耦合在被供电的收发信机和线路收发信机之间，以及一个控制电路，该控制电路配置成用于控制从被供电的收发信机到线路收发信机的功率传输并且实现隔离电路的双向通信。
从WO98/48541可以知道此类的通信设备。已知的通信设备涉及用于在包括一个或多个特别是两个电容器的隔离壁垒两端进行数字双向通信的电路。在电容器的每一侧具有包括编码和解码电路的发射机/接收机-后面称作收发信机。在电容器的一侧有一个被供电的数字电路，该数字电路与非供电的线路电路，诸如该电容器另一侧的电话线路电路电气隔离。电话线路电路接收来自被供电的数字电路的电功率并且必需实现电容性电隔离壁垒的双向通信。特别描述了具有两个电容器的电容性电隔离壁垒，其中在相同的两个电容器两端进行两个方向的数字数据通信，同时在完全相同的两个电容器上传输能量来在非供电的线路电路上产生功率。
虽然出于性价比的考虑需要最小数目的两个势垒电容器，但是所有的信号、定时、控制硬件和软件都必须着眼于由有限的两个电容器吞吐量带来的要求和限制。此外，在势垒两端的能量传输的可靠性和信号的通信极大地取决于这两个电容器。在实践中注意到现有技术的通信设备容易失败，并且不能保证特别是长时间的无故障运行。此外，已知设备的任何故障将导致例如电话线路完全无声，因此必须总体上确定电话线路连接上的故障位置。
本发明的一个目的是提供一种可选择的更可靠的通信设备，该设备仍然具有很好的性价比并且可以为连接到一些将被提供电功率的通信线路或网络上的各种产品的设计和构造提供更大的灵活性。
此外，根据本发明的通信设备，其特征在于隔离电路包括三个电容器，并且控制电路是一个双模式控制电路，该控制的电路被设置成在第一模式期间传输所述功率并且执行在一个方向上的通信，并且在第二模式期间实现在另一个方向上的通信。
根据本发明的通信设备的优点是在第一模式期间的功率传输和在一个方向上的通信和在第二模式期间在另一个方向上的通信被有效地结合，而在三个隔离电路电容器上分开。根据本发明的通信设备的这种形式的操作可以极少导致故障。而且根据本发明的通信设备的双模式操作对通过三个电容器隔离电路的功率传输和通信处理提供了一个更好的控制。因此使用该设备通信的可靠性得到了改善。此外由于如果三个电容器的一个被击穿，其它两个保持可以工作，将提供一个显示设备故障的故障指示，根据本发明的通信设备还可以监视设备的正确工作。通过这种方式可以排除电话线路连接上的缺陷。进一步的优点是如果只使用一个电容器用作通信目的，该电容器可以具有低于其它两个电容器的电容值。这将导致一个较小的尺寸，和更高的性价比的电容器。
根据本发明的通信电路的一个实施例，其特征在于第一模式是这样一个模式，其中被供电的收发信机被控制来发射并且线路收发信机被控制来接收。
优点在于，如果例如在三个电容器隔离壁垒的两侧的两个收发信机之间使用双向数据路径，另一侧就可以被供给来自被供电的收发信机的全波整流时钟信号。在第一或接收模式期间，将被供电的线路收发信机将启动在势垒两端的数据传输。这为塞尖(Tip)和振铃(Ring)接口电路在挂机情况期间的供电提供了一个很好的解决方法，该电路在电话线路环境是被公知的。
根据本发明的通信设备的另一个实施例，其特征在于在第一模式期间，隔离电路中的所有三个电容器都被用于功率传输和在一个方向上的通信。
该实施例在第一模式期间，一方面提供一种功率传输的故障安全部分分离，另一方面提供在一个方向上的通信。
用于在第一模式期间进行控制的通信设备的一个更具体描述的实施例，其特征在于在第一模式期间在三个电容器中的两个电容器的第一组合两端实现功率传输并且在至少与第一组合部分不同的第二组合两端实现在所述一个方向上的通信。
根据本发明的通信设备的一个易于操作和实现的实施例，其特征在于通信设备包括连接到隔离电路的切换装置，并且该切换装置设有耦合到双模式控制的电路的切换控制输入端。
如果例如切换装置是可控的两路或三路开关，控制装置的控制发生以便第一模式包括切换装置的两个切换位置/周期。两个切换周期实现跨隔离壁垒的能量传输和在这两个周期期间在隔离势垒两端同时发生的单向或双向通信。
双向通信可以是模拟通信、数字通信或者是希望的二者的组合。在数字情况下，被供电的收发信机和线路收发信机配置成用于实现脉宽调制通信或更普通的某些形式的脉冲密度调制的数字收发信机。
优选地，根据本发明的通信设备，其特征在于线路收发信机被使用在电话、医疗器械、调制解调器，工业过程、控制和/或测量装置、电信装置和类似装置中。该通信设备还可以被用于电子设备诸如印刷电路板上的集成电路的互联，借此电子设备交换信息。
现在将参照附图对根据本发明的通信设备连同该设备的其它优点进行说明，其中相类似的元件使用相同的参考标号。在附图中：
图1显示根据本发明的通信设备在第一模式期间在第一切换周期的一个可能的实施例；
图2显示图1的设备在第一模式期间在第二切换周期中；并且
图3显示图1的设备在第二模式期间在第三切换周期中。
图1-3显示了通信设备1的相关部分。通信设备1包括一个收发信机2，该收发信机是供有诸如来自一个220伏电源(未显示)的某些电压源Vm的电源电压的发射机/接收机。设备1包括一个线路收发信机3，诸如电话线路或者网络线路收发信机，它被提供一个来自被供电的收发信机2的电源电压。对于例如电话网，诸如公众交换电话网(PSTN)存在特别是关于收发信机2和3的电隔离的特定要求。这些收发信机被包括后面将被描述的三个电容器Cb1、Cb2和Cb3的隔离电路4电隔离。这些电容器Cb1、Cb2和Cb3被连接在被供电的收发信机2和线路收发信机3之间。此外通信电路1包括一个控制电路(Contr.)5。该控制电路配置成用于控制从被供电的收发信机2到线路收发信机3的功率传输。控制电路5还实现跨电容器Cb1、Cb2和Cb3的双向通信，该通信通常包括跨隔离电路5的数字信号传输。因此，控制电路5是一个双模式控制电路，因此在第一模式期间传输功率和执行一个方向上的通信，并且在第二模式期间执行另一个方向上的通信。
被供电的收发机2和线路收发信机3包括用于模拟，但是现在特别用于在二者间进行相互数字通信的编码器和/或解码器(未显示)。接下来将说明本通信设备1的原理，并且这是通过说明切换装置S1...S5来进行的。在实践中，这些切换装置将通过半导体开关诸如场效应晶体管(FETs)来实现。下面说明双模式控制的电路5的操作，特别是通过利用耦合在这些输入端6和7上的控制电路5，切换控制输入端6和7的开关S1...S5的控制。电路5的第一控制模式包括两个分别显示在图1和图2中的切换周期，并且第二控制模式包括显示在图3中的第三切换周期。
在图1-3中，开关S1...S3具有三个状态或周期并且开关S4和S5具有两个状态或周期，开关S1...S5的公共触点如所示的被分别连接到各自的电容器Cb1、Cb2和Cb3上并且开关S1...S5的各个触点如图1-3所示的进行连接，其将在后面进行描述。在第一切换周期，收发信机3上的电容器C和负载L接收来自上部电压源Vm的电源电压Vp。Cb1接着呈现一个等于-(Vm-Vp)/2的电压。Cb2被充电到等于电压+(Vm-Vp)/2，并且Cb3被充电到等于电压-(Vm-Vp)/2。在如所示的通信设备1的实施例中，被供电的收发信机2具有连接到开关S1和S2的下触点上的接收机8，并且线路收发信机3具有直接连接到电容器Cb2和Cb3上的接收机9。因此在图1的周期中至少在该切换方式中，接收器输出信号RX将是不确定的，接收器输出信号TX将会变“高”，或者被希望用来提供在收发信机2中使用的调制或数据信号来调制低电源Vm。应该注意在可能的变型中，此处显示连接到电容器Cb3和开关S4的接点上的接收机9的上部输入端可以被删除或者内部接地，或者可以耦合到电源电压Vp的两侧。
在图2的第二个切换周期中，收发信机3上的电容器C和负载L接收现在来自下部电压源Vm的一个相似电压Vp。现在电容器Cb1、Cb2和Cb3上的电压的极性被反向并且组成整流桥的开关S4和S5也被反向。电容器Cb2和Cb3如所示变型中成并联连接并且Cb3被充电到+(Vm-Vp)/2，但是不会导致从被供电的收发信机2到线路收发信机3的电量传输。TX输出信号现在是“低”，或者可以在上部或下部电源Vm的任何一个上接收任何数据调制信号。输出信号RX仍然是不确定的。只要是控制电路5的第一控制模式，其中所有的三个电容器被用来进行功率传输和在一个方向上的通信，通常从收发信机2到收发信机3或者反之亦然。
第二模式被显示在图3的第三切换周期。这里可以通过电容器Cb1和Cb2从收发信机2向被供电的收发信机3发送接收信号，并且输出信号TX和RX是“高”是“低”取决于开关S4和S5的位置。
一般来说，被供电的收发信机2和线路收发信机3是被设置成用于实现脉冲密度调制的一种可能形式的通常脉宽调制通信的数字收发信机。通信设备1可以例如被使用在电话、医疗器械、工业过程、调制解调器、控制和/或测量装置，或其它的电信装置中。根据供电电压的幅度，切换频率可以高达数百兆赫兹，这造成相对较小的隔离电容器值，因此导致相对小的电容器，相对便宜并且容易获得。
虽然上面参照实质上优选实施例和最佳可能模式进行了描述，但是因为在附属的权利要求的范围内的各种修改、特征和特征的组合现在都是技术人员所能达到的，所以应该注意这些实施例决不能被认为是涉及的设备的限定例。
Claims (13)
1.一种通信设备(1)，包括一个被供电的收发信机(2)，一个线路收发信机(3)，一个包括至少两个电容器的隔离电路(4)，该隔离电路被耦合在被供电的收发信机(2)和线路收发信机(3)之间，以及一个控制电路(5)，该控制电路配置成用于控制从被供电的收发信机(2)到线路收发信机(3)的功率传输并且实现隔离电路(4)两端的双向通信，其特征在于所述隔离电路(4)包括三个电容器(Cb1，Cb2，Cb3)，并且所述控制电路是一个双模式控制的电路(5)，被设置成在第一模式期间传输所述功率并且执行在一个方向上的通信，并且在第二模式期间实现在另一个方向上的通信。
2.根据权利要求1的通信设备(1)，其特征在于所述第一模式是这样一个模式，其中被供电的收发信机(2)被控制来发送并且线路收发信机(3)被控制来接收。
3.根据权利要求1或2的通信设备，其特征在于在第一模式期间隔离电路(4)中的所有三个电容器(Cb1，Cb2，Cb3)被用于功率传输和在一个方向上的通信。
4.根据权利要求3的通信设备(1)，其特征在于在第一模式期间实现在三个电容器(Cb1，Cb2，Cb3)的两个电容器(Cb1，Cb2)的第一组合两端的功率传输并且实现在一个至少一个电容器(Cb1，Cb2，Cb3)的第二组合的两端在一个方向上的通信，所述第二组合与第一组合至少部分地不同。
5.根据权利要求1-4之一的通信设备(1)，其特征在于通信设备(1)包括耦合到隔离电路(4)的切换装置(S1...S5)，并且所述切换装置(S1...S5)具有连接到双模式控制的电路(5)的切换控制输入端(6，7)。
6.根据权利要求5的通信设备(1)，其特征在于所述切换装置是可控的两路(S4，S5)和三路开关(S1...S3)。
7.根据权利要求5的通信设备(1)，其特征在于所述第一模式包括切换装置(S1...S5)的两个切换位置/周期。
8.根据权利要求1或2之一的通信设备(1)，其特征在于双路通信是模拟和/或数字通信。
9.根据权利要求8的通信设备(1)，其特征在于被供电的收发信机(2)和线路收发信机(3)是配置成用于实现脉宽调制通信的数字收发信机。
10.根据权利要求1-9的通信设备(1)，其特征在于所述线路收发信机(3)被使用在电话、医疗器械、工业处理、调制解调器、控制和/或测量装置、电信装置等中。
11.一种应用在根据权利要求1-10之一中的通信设备(1)中的被供电的收发信机(2)，其中所述通信设备(1)包括：一个被供电的收发信机(2)，一个线路收发信机(3)，一个包括至少两个电容器的隔离电路(4)，该隔离电路被耦合在供电的收发信机(2)和线路收发信机(3)之间，以及一个控制电路(5)，该控制电路配置成用于控制从被供电的收发信机(2)到线路收发信机(3)的功率传输并且实现隔离电路(4)两端的双向通信，其特征在于所述隔离电路(4)包括三个电容器(Cb1，Cb2，Cb3)，并且所述控制电路是一个双模式受控的电路(5)，被设置成在第一模式期间传输所述功率并且执行在一个方向上的通信，并且在第二模式期间实现在另一个方向上的通信。
12.一种应用在根据权利要求1-10之一的通信设备(1)中的线路收发信机(3)，其中所述通信设备(1)包括：一个被供电的收发信机(2)，一个线路收发信机(3)，一个包括至少两个电容器的隔离电路(4)，该隔离电路被耦合在供电的收发信机(2)和线路收发信机(3)之间，以及一个控制电路(5)，该控制电路配置成用于控制从被供电的收发信机(2)到线路收发信机(3)的功率传输并且实现隔离电路(4)两端的双向通信，其特征在于所述隔离电路(4)包括三个电容器(Cb1，Cb2，Cb3)，并且所述控制电路是一个双模式受控的电路(5)，所述双模式受控的电路(5)被设置成在第一模式期间传输所述功率并且执行在一个方向上的通信，并且在第二模式期间实现在另一个方向上的通信。
13.一种应用在根据权利要求1-10之一的通信设备(1)中的隔离电路(4)，所述隔离电路(3)包括应用在根据权利要求1-10之一的通信设备(1)中的收发信机(2)，其中所述通信设备(1)包括：一个被供电的收发信机(2)，一个线路收发信机(3)，一个包括至少两个电容器的隔离电路(4)，该隔离电路被耦合在供电的收发信机(2)和线路收发信机(3)之间，以及一个控制电路(5)，该控制电路配置成用于控制从被供电的收发信机(2)到线路收发信机(3)的功率传输并且实现隔离电路(4)两端的双向通信，其特征在于所述隔离电路(4)包括三个电容器(Cb1，Cb2，Cb3)，并且所述控制电路是一个双模式受控的电路(5)，被设置成在第一模式期间传输所述功率并且执行在一个方向上的通信，并且在第二模式期间实现在另一个方向上的通信。
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