CN101031899A - 用于传输信号的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置，该装置具有信号传输系统的用户(T1、T2)，该用户具有不同物理属性的接口。不利的是，为了传输信号，在这些接口之间经常还需要一条附加的控制线路。本发明提出了解决办法，其中用于将用户的双向接口连接到另一个用户(T1、T2)的单向接口上的电路(C)被设置在接口之间。电路(C)的特别的优点在于，其能够自动地识别信号的来源。

Description

用于传输信号的装置

技术领域

本发明涉及一种装置，该装置包括：信号传输系统的用户；电路，用于将用户的双向接口连接到其他用户的单向接口上。

背景技术

当异步接口的双向发送-接收线路连接到另一个发送-接收线路时，在传送信号时经常会出现问题。一个在此应用的可行的但成本较高的解决办法是，两个参与通信的对象的微控制器通过附加的控制线路，根据接收-发送协议来约定接收和发送相互之间的驱动方向。该方法的明显的缺陷在于，在第一和第二用户之间，例如在用于检测与速度相关的测量值的传感器和用于记录机动车的速度的行驶记录仪之间需要附加的控制线路。

发明内容

本发明的目的在于提出一种装置，该装置允许信号传输系统的用户之间以尽可能简单及廉价的方式及方法进行通信，而无需附加的控制线路。为了实现根据本发明的目的，本发明提出一种根据权利要求1所述的装置。从属权利要求包括本发明的有利的改进方案。根据本发明的装置的显著的优点在于，可以通过对应于通信对象的电路自动地识别所检测到的电压水平是发送的信号，还是接收的信号。根据本发明，信号传输系统的用户可以相互连接，这些用户配备有不同物理属性的接口，特别是配备有根据其方向性来区分的接口，或者这些用户必须以不同的电压水平来驱动。

本发明的另一个有利的应用在于，例如两个单向的接口对的相互连接，这些接口也可以具有不同的物理属性，其中一个或两个通信对象可以分别对应一个根据本发明的电路，从而在两个对象之间只需要一条信号线路，而不会产生信号流的冲突或者甚至于信号损失。

根据本发明的接口端口可以例如是用于导电连接的非常普通的插塞式连接。各个基准电压或者可以在也许位于电路附近的合适位置上获取，或者通过合适规格的欧姆电阻并连接到电源上产生，其中，通过该基准电压实现信号水平与接口上传输的电压水平的匹配。尤其有利的是，也可以使用禁带二极管(bandgab-diode)来产生各自所希望的电压电位。当第一基准电压和第三基准电压都处于相同的基准电压时，将是十分有利的。在实践中，基准电压的适合的数值为5伏。第二基准电压可以有利地通过基准电压和地电位之间的电压分配产生，或者通过禁带二极管产生。在此有利的是，第二基准电压低于1伏，从而第一双向接口例如在低态有源逻辑电路(LOW-aktiven Logik)中将该基准电压识别为低电压水平。

当电路的发送端口和接收端口都分别连接到驱动器的端口，该驱动器进行信号放大时，将有利于随后的信号传输通路的跨接。该驱动器这样有利地设计，以便于节省导线，即将多个信号都并入到单一的双向信号线路上。然而，这需要在微控制器的处理算法中执行相应的传输协议，该微控制器位于信号传输装置的每个端部上。

本发明的有利的改进方案提出，即第一用户为行驶记录仪，第二用户为传感器，该传感器将有关于机动车速度的信号传输到第一用户上。本发明在这里是特别有利的，因为相关的标准以不同的方式定义了传感器接口及行驶记录仪接口的物理属性。

特别是在第一用户对应于接收驱动器时，二极管设置在根据本发明的电路的接收线路中是特别有利的，该接收驱动器也在低态有源逻辑电路的范围内有源地驱动高电压水平，从而在第一用户进行发送的情况中，对应于第一用户的驱动器不会通过连接到驱动器上的接收线路提高第一接口端口的电位，该第一接口端口位于第一用户的双向接口上。

附图说明

接下来，本发明将根据实施例并参照附图来详细说明。图中示出：

图1是根据本发明的显著简化的装置的示意图，

图2是根据本发明的装置的示意图，该装置包括两个设置其间的驱动器组件，以及

图3示出了在根据图1的装置中，在第一接口端口上产生的电压水平，该电压水平处于信号传输的范围内。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的装置1的重要组件的基本结构，该装置中具有第一用户T1、电路C以及第二用户T2。第一及第二用户T1、T2分别具有微控制器μCa、μCb以及在该微控制器上连接的接口UARTa、UARTb(UART＝通用异步收发器)。

在此，第一接口UARTa设计为双向传输，该第一接口具有用于发送和接收的第一接口端口RxTx2。

第二接口UARTb具有两个第二接口端口，即一个接收端口RxdC和一个发送端口TxdC。接收端口RxdC和发送端口TxdC都设计为单向的。

根据本发明的电路C位于第一用户T1和第二用户T2之间，该电路借助第一接口端口RxTx2与第一用户T1构成双向的信号传输，并且借助发送端口TxdC和接收端口RxdC与第二用户T2的接口接收端口RxD或接口发送端口TxD分别构成单向连接。电路C的中心元件是比较器N1，基准电压Ulow-Ref施加在该比较器上的倒相输入端N1-上。根据施加在非倒相输入端N1+上的电压，比较器N1基于欧姆电阻R3在其设计为开放式集电器的输出端N1a上产生输出电压，该输出电压对应于第二接口UARTb的物理属性以及需由用户T1发送的信号。

在此，施加到比较器N1的倒相输入端N1-上的基准电压ULOWRef借助在基准电压Uref和地电位U0之间连接的第二电阻R2和第四电阻R4的电压分配而产生。

基准电压Uref和第一接口端口RxTx2之间连接有第五欧姆电阻R5，该第五欧姆电阻满足了上拉电阻的功能，该上拉电阻用于第一接口端口RxTx2的双向线路。

如果用户T1借助第一接口UARTa在第一接口端口RxTx2上产生例如5伏的高电压状态，则比较器N1在发送端口TxdC上输出例如对应于用户T2的高电压水平的5伏的电压。

如果用户T1发送低电压，那么例如0伏的电压施加在第一接口端口RxTx2上并且比较器N1在发送端口TxdC上输出大约0伏的电压，第二用户T2的接收端口RxdC识别该电压为低态。

在本实施例的设计为低态有源逻辑电路的装置中，如果第二用户T2在其接口发送端口Txd上借助电路C的连接的接收端口RxdC进行发送，其中在第一欧姆电阻R1上出现大约1伏的电压降，那么电压在接收端口RxdC上下降到约0伏。在此，第一双向接口端口RxTx2具有约1伏的电压，是因为第五欧姆电阻R5具有相应的规格并且基于基准电压Uref而具有上拉电阻的功能。第一接口UARTa在此承受作为低电压水平出现的1伏的电压，从而使该电压作为由第二用户T2发送的信号来检测。

在另一个设计方案中，图2示出了具有两个驱动器A、B的装置，这些驱动器分别对应到用户T1、T2。图示从左到右示意性示出了本发明装置1的一个部件，其中组件T2和B对应于传感器S，并且示出了本发明装置1的另一个部件，其中组件A、C和T1对应于行驶数字记录仪DTCO。

逻辑电路设计为低态有源的，其中第一用户T1将0伏到5伏之间的电压水平识别为低态，将4.5伏到5.5伏之间的电压识别为高态。第二用户T2具有相应的识别特性，并且两个用户发送大约0伏的低态信号。在两个用户T1、T2中，被发送的高态为大约5伏。

驱动器A、B都是依照ISO标准制定的组件，并且分别具有放大器V0A、V0B；晶体管TA、TB；基极电阻RA、RB以及倒相器INVA、INVB。双向的信号线路RxTx1位于两个驱动器A、B之间，其通过参考电阻RBEZ和基准电压UBEZ并根据发送-接收状态而保持在特定的基准电压水平上。两个驱动器A、B根据用户T1和T2施加的电压水平，在高态和低态之间来回切换双向信号线路RxTx1的电压，其中用户T1、T2在此以特定的协议为基础来彼此交换信号，该协议或者防止了冲突，或者在未防止冲突的情况下设置重复的信号传输。相应地，驱动器A和B的特性与所应用的信号传输协议相匹配。就此而言，双向的信号线路RxTx1仅具有受限制的双向性，这是因为该信号线路在协议的协调下以单向的方向进行转换。

在图2的实施例中，根据本发明的电路C的运行方法与图1中示出的电路C相似，其中接收端口RxdC和第一电阻R1之间设置有二极管V1，其具有与接收端口RxdC的信号方向相反的导通方向。二极管的导通方向这样地得出，因为其具有低态有源逻辑电路。二极管V1具有约0.5伏的电压降，从而电阻R1应该这样小地确定规格，即第二用户的低态信号时，在第一接口端口RxTx2上出现约1伏的电压，第一用户T1承受作为低态信号的该电压。设置作为电压分配器的电阻R2和R4，在比较器N1上定义了低电压水平上的阈值，在该低电压水平内，发送和接收之间的区分将根据第一接口UARTa实现。其可以为0.5伏的电压。

如果第一用户T1进行发送，那么电压在第一接口UARTa或在第一接口端口RxTx2上将下降到0伏，因此在比较器N1的输出端上也会出现0伏。在这种情况下，倒相器INVA通过基极电阻RA为晶体管TA确保导通，该晶体管将信号线路RxTx1的电压水平下降到大约0伏。相应地，接口接收端口Rxd将电压水平判定为LOW(低态)。

如果第二用户T2进行发送，那么电压在第一接口UARTa或在第一接口端口RxTx2上将下降到1伏，因此在信号线路RxTx1的比较器的输出端N1a上出现5伏。在这种情况下，倒相器INVA通过基极电阻RA确保了在晶体管TA的基极上0伏的电压，接口端口RxTx2承受作为LOW(低态)的1伏电压。

如果用户T1或T2都没有进行发送，基于放大器V0A、V0B的放大特性，在信号线路RxTx1中将得到8伏的电压。在第一接口端口RxTx2和接收端口RxdC上分别施加5伏电压，用户T1、T2将其识别为高态。

图3示出了，在第一接口端口进行双向信号传输是在第一接口端口TxTx2上的电压曲线。在以I表示的时间间隔内，用户T1发送一些低态信号，并且在此之后，在以II表示的时间间隔内，用户T2转变低态信号，该信号与以I表示的区域的低态信号的区别是，该信号不是0伏而是1伏。

Claims (7)

1.一种装置，具有信号传输系统的用户(T1、T2)和电路(C)，所述电路用于将所述用户的双向接口连接到其他所述用户(T1、T2)的单向接口上，其中所述电路(C)具有

-第一接口端口(RxTx2)，用于连接到所述第一用户(T1)的第一双向接口(UARTa)上；以及

-带有两个第二端口的第二接口端口，所述两个第二端口分别连接到第二单向接口上，即连接到用于获得接收信号的接收端口(RxdC)和用于发送输出的信号的发送端口(TxdC)上；其中

-所述第一接口端口(RxTx2)通过中间设置的第五欧姆电阻(R5)连接到第一基准电压(Uref1)，

-所述电路包括比较器(N1)，所述比较器具有：倒相输入端(N1-)、非倒相输入端(N1+)以及比较器输出端(N1a)，

-所述第一接口端口(RxTx2)连接到所述比较器(N1)的非倒相输入端(N1+)上，

-所述比较器(N1)利用其倒相输入端(N1-)连接到第二基准电压(ULOWRef)，

-放大器输出端(N1a)通过第三欧姆电阻(R3)的中间连接而连接到第三基准电压(Uref3)和所述发送端口(TxdC)，

-所述第一接口端口(RxTx2)通过第一电阻(R1)的中间连接而连接到所述接收端口(RxdC)上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一基准电压(Uref1)和所述第三基准电压(Uref3)处于相同的基准电压(Uref)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，第二基准电压(ULOWRef)通过基准电压(Uref)和地电位(U0)之间的电压分配，或者借助于禁带二极管产生。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述发送端口(TxdC)和所述接收端口(RxdC)都分别连接到驱动器(A)的端口上，所述驱动器对信号进行放大。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述驱动器(A)将多个信号都并入到单一的双向信号线路(RxTx1)上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一用户(T1)是行驶记录仪(DTCO)，所述第二用户(T2)是传感器(S)，所述传感器将有关于机动车速度(V)的信号传输到所述第一用户(T1)上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一接口端口(RxTx2)和所述发送端口(TxdC)之间设置有在所述第一电阻(R1)之前或之后的二极管(V1)。

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