CN101164052A - 用于i2c或单线广播接口的可设置数据端口 - Google Patents

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Abstract

一种具有与外部设备的信号电平不同的信号电平的设备，包括接口，例如I2C接口，用于提供与外部设备的通信。所述接口可被设置通过多线或通过单线支持与外部设备的通信。

Description

用于I2C或单线广播接口的可设置数据端口
技术领域
[0001]本发明涉及数据通信，更具体地讲，涉及用于配置I2C接口，以支持在单线广播模式的数据通信的电路和方法。
背景技术
[0002]高可用性系统通常具有多个板或卡设置在底盘或底板的平行槽中。通过这种类型的方案，板或卡可以随意取出并插入带电底板。板可能具有大电容，并且所述底板可以在电源和板连接器之间具有某个电感。通过板和底板之间开关的电流快速变化对大电容性负载充电，可能导致由于通过底板电感的电流快速变化而造成底板功率的下降或震荡。这可能导致在底板供电线路上的板，卡或芯片上出现欠电压和过电压状态。
[0003]每个插件模块通常具有本地Hot SwapTM控制器，确保在剧烈的热插拔事件和稳态状态期间电力被安全施加在所述板上。所述Hot SwapTM控制器允许将板安全地插入带电底板或从带电底板取出。Hot SwapTM控制器必须保护免受大突入电流，过电压和电压不足故障，以及底板电压瞬变。
[0004]当电路板被插入带电底板时，电源旁路电容可以在其充电时从电源总线提取大瞬变电流或突入电流。Hot SwapTM控制器将所述突入电流限制在可接受的水平，允许操作者快速方便地插入电路板而不必要使系统下电。如果没有这种有序施加的负载电流，板和连接器可能严重受损，并且底板电压可能下降或震荡。
[0005]Hot SwapTM设备通常与它的系统控制器通信，以便利用多线内置接口，如I2C接口提供电源状态信息。所述系统控制器可以提供在底板上，并且可以具有与Hot SwapTM设备不同的接地电平。
[0006]为了支持与所述系统控制器的数据通信，I2C接口包括输入专用时钟端口SCL和双向数据端口SDA，它分成两个端口：输入数据端口SDAI和输出数据端口SDAO。I2C总线由系统控制器控制，所述系统控制器起着总线主设备的作用，并且当它接入总线时指示从设备。每个从设备具有唯一地址。当主设备访问从设备时，它发送地址和读/写位。然后，所述被编址的从设备确认连接，并且主设备可以向从设备发送数据或接收来自从设备的数据。
[0007]用于支持具有不同接地电平的设备间通信的I2C总线，一般要求光耦合器用于三条线SCL，SDAI和SDAO中的每一个，以提供电平移动。与系统的其他部件相比，光耦合器相对昂贵，并增加了系统的成本。因此，希望使用户能够设置系统控制器的接口，以便减少支持该接口所需的光耦合器的数量。
发明内容
[0008]本发明提供了用于设置多线接口，以支持单线模式的数据通信的新型电路和方法。
[0009]根据本发明的第一方面，一种设备，如Hot SwapTM设备，具有与外部设备，例如系统控制器的信号水平不同的信号水平，它包括用于提供与外部设备通信的接口。例如，所述设备可以具有与外部设备不同的接地电平或供电水平。所述接口可被配置以通过多线或通过单线支持与外部设备进行通信。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述接口包括I2C接口，可被设置以通过单线提供与外部设备的通信。因此，只需要单个光耦合器用于提供至外部设备的接口。
[0011]所述接口可以包括至少一个引脚，被设置以通过多线或通过单线提供数据通信。例如，一组地址引脚可被设置以选择数据通信的模式。当地址引脚被设定为预定状态时，可以启动通过单线进行数据通信。
[0012]根据本发明的另一方面，具有与外部设备的信号电平不同的信号电平的设备，包括第一接口，用于通过多线提供与外部设备的通信，和第二接口，用于通过单线提供与外部设备的通信。
[0013]所述第一接口可以包括I2C接口，可被设置利用单个光耦合器通过第二接口支持通信。第二接口可以单向模式提供向外部设备的数据传送。
[0014]根据本发明的一种方法，在包括具有不同信号电平的第一设备和第二设备的系统中执行下述步骤：
-提供接口，用于通过多线在第一设备和第二设备之间进行通信，和
-设置所述接口，用于以单线模式在第一设备和第二设备之间提供通信。
[0015]本领域技术人员通过以下详细说明可以了解本发明的其他优点和方面，其中，示出和披露了本发明的实施例，只是通过实施本发明所涉及的最佳方式的形式进行说明。正如将要介绍的，本发明能够以其他和不同的实施例实施，并且能够在各个显而易见的方面对它的细节进行改进，所有改进都不偏离本发明的精神。相应地，附图和说明被认为是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
[0016]通过结合下述附图，可以最好地理解本发明实施例的以下详细说明，其中，附图并不一定是按比例绘制的，而是以能够最好地说明有关特征的形式绘制的。在附图中，类似的附图标记表示相同或相似的元件。
[0017]图1是示意图，示出具有不同接地电平的Hot SwapTM设备和系统控制器之间的I2C接口。
[0018]图2是示意图，示出了I2C接口，被设置用于支持Hot SwapTM设备和系统控制器之间的单线广播模式的数据通信。
[0019]图3是示意图，示出单线广播模式的数据通信。
[0020]图4A是时间图，示出用于支持单线广播模式的数据通信的内部时钟信号。
[0021]图4B和4C是时间图，示出在单线广播模式执行的数据传送格式。
具体实施方式
[0022]本发明将以Hot SwapTM设备为例进行说明，所述Hot SwapTM设备具有默认的I2C接口，用于与系统控制器进行通信。所述Hot SwapTM设备的一种例子是LTC4261负电压Hot SwapTM控制器，它由凌特公司(Linear TechnologyCorporation)开发，该公司是本申请的受让人。不过，显而易见，本文所披露的构思可应用于需要与具有不同信号电平，如接地或供电水平的其他设备进行通信的任何设备。
[0023]图1表示具有不同接地电平的Hot SwapTM设备10和系统控制器12之间的I2C接口。例如，Hot SwapTM设备10的接地电平可以设定为等于-48V的VEE电平，而系统控制器12可以具有0V接地电平。Hot SwapTM设备10可以提供于插件模块，如电路板或卡上，可插入底板。系统控制器12可以是安置在底板上的微控制器。
[0024]Hot SwapTM设备10包括I2C数据输入引脚SDAI，I2C数据输出引脚SDAO，和可连接到I2C总线的I2C时钟输入引脚SCL，它起着I2C接口中主机的作用。具体地讲，为了提供Hot SwapTM设备10和控制器12之间的数据通信，输入引脚SDAI可以通过光耦合器14连接到控制器12的输出数据引脚SDAO，输出引脚SDAO可以通过光耦合器16连接到控制器12的输入数据引脚SDAI，而时钟输入引脚SCL可以通过光耦合器18连接到控制器12的时钟输出引脚SCL。光耦合器14，16和18中的每一个为具有不同接地电平的接口设备提供电平移动。通过电阻R10和R13，光耦合器14被提供电压Vcc和VDD。通过电阻R5和R11，光耦合器16被提供电压VIN和VDD。通过电阻R9和R12，光耦合器18被提供电压Vcc和VDD。例如，电压VIN可以设定在比Hot SwapTM设备10的接地电平高11V，即-37V，电压Vcc可以设定在比Hot SwapTM设备10的接地电平高5V，即-43V，而电压VDD可以设定在比控制器12的接地电平高5V，即+5V。
[0025]另外，Hot SwapTM设备10包括三态地址引脚ADDR0和ADDR1，用于选择I2C从设备地址。另外，正如下面要讨论的，九种可用地址状态中的一种状态被用于选择单线广播模式。Hot SwapTM设备10可被设置用于通过设定引脚ADDR0和ADDR1的VEE电位，以I2C接口模式提供与系统控制器12的数据通信。I2C接口模式通过SDAI数据输入引脚和SDAO数据输出引脚支持双向数据通信。时钟输入引脚SCL提供来自I2C总线的时钟输入。
[0026]另外，Hot SwapTM设备10具有欠电压输入引脚UVH和UVL，和过电压输入引脚OV，用于设定检测欠电压和过电压状态所需的低电压和高电压阈值。电阻R1，R2和R3将所述引脚连接到-48V的输入电压线。
[0027]模拟/数字输入引脚ADIN和ADIN2被用于向设置在Hot SwapTM设备10上的模拟-数字转换器(ADC)的模拟输入输送数据，用于监测不同的电流和电压值。例如，通过输入电压线和输出电压节点VOUT之间的分压器R7和R8连接的ADIN引脚可用于监测Hot SwapTM设备10的输出电压VOUT，而ADIN2可用于感测Hot SwapTM设备10的输入电压。
[0028]输入引脚SENSE用于监测突入电流，以检测过电流状态。所述突入电流被输送至连接在-48V输入和输出电压节点VOUT之间的N-通道MOSFET功率晶体管20。提供电阻R6，以将突入电流值转换成相应的电压值，通过SENSE引脚监测。输出引脚GATE驱动功率晶体管20的门极，以在检测到过电流状态时关断晶体管20。旁路电容Cout可连接到输出电压节点VOUT。
[0029]电源输入引脚VIN通过电阻R4连接到-48V返回线RTN。VIN引脚可被设定在比VEE电平高+11V。输出引脚Vcc提供在Hot SwapTM设备10产生的电压Vcc。Vcc电压可被设定在比VEE电平高+5V。
[0030]图2示出Hot SwapTM设备10和系统控制器12之间的接口，被设置用于以单线广播模式工作。通过默认值，所述接口可被设置用于以上述I2C接口模式进行数据通信。不过，需要三个光耦合器，以支持具有不同接地电平的设备之间的I2C接口。由于与系统的其他部件相比，光耦合器相对昂贵，它们增加了系统的成本。根据本发明，用户能够重新设置Hot SwapTM设备10，将其从I2C接口设置为单线广播接口，以将所需的光耦合器数量从三个减为一个。
[0031]具体地讲，通过设置在Hot SwapTM设备10上的三态地址引脚ADR0和ADR1，Hot SwapTM设备10和系统控制器12之间的接口可以从I2C接口模式切换到单线广播模式，以便设定这些引脚在预定状态。例如，如图2所示，通过将引脚ADR0连至VEE电压源，并将引脚ADR1连至Vcc电压源，可以将引脚ADR0设定在低电平，而引脚ADR1可以设定在高电平。可以选择电阻R14，以在引脚ADR1设定适当的电位。
[0032]单线广播模式支持以单个方向利用SDAO数据输出引脚从Hot SwapTM设备10到系统控制器12的数据传送。在该模式中，只需要一个光耦合器，用于具有不同接地电平的两个设备之间的电平移动。
[0033]如图3所示，示出了单线广播接口，Hot SwapTM设备10中具有与(AND)门32，以便当引脚ADR0和ADR1设定在预定水平时产生启动信号EN。例如，启动信号EN在ADR0引脚在高电平，而ADR1引脚在低电平时产生。
[0034]启动信号EN输送至安置在Hot SwapTM设备10内的移位寄存器34。为了响应启动信号EN，保存在移位寄存器34中的数据通过数据输出SDAO移出。移位寄存器34的数据移出通过内部时钟信号CLK控制(图4A)。
[0035]移出移位寄存器34的输出数据SOUT被输送到由内部时钟信号CLK控制的异或非门36，以便用内部时钟CLK进行数据的曼彻斯特编码(Manchesterencoding)。图4B的时间图示出了输出数据SOUT。曼彻斯特编码的数据驱动连接至数据输出引脚SDAO的漏极开路NMOS晶体管38的门极。通过电阻R15，晶体管38被提供Vcc电压。图4C的时间图示出了通过数据输出引脚SDAO从HotSwapTM设备10中移出的数据。
[0036]移位寄存器34可以包括起始位START和虚拟位DMY(图4B)，用于定时校准。所述可由位0表示的位是从移位寄存器34移出的最初位。
[0037]虚拟位DMY之后可跟随有通道标记位CH1和CH0，它识别置于HotSwapTM设备10中的三个模拟-数字转换器(ADC)通道中的一个，用于监测不同的电流和电压值。例如，一个ADC的通道可能涉及由Hot SwapTM设备10监测的突入电流上的信息，而另外两个通道可能涉及监测电压上的信息，如Hot SwapTM设备10的输入和输出电压。
[0038]跟随通道标记位CH1和CH0的是10个ADC数据位ADC[9:0]，表示利用ADC监测的信息。ADC数据位之后跟随有3个误差位OC，UV和OV，它们分别表示由Hot SwapTM设备10检测到的过电流，欠电压和过电压状态。最后，通过数据输出引脚SDAO移位的数据序列包括校验位PRTY，用于使系统控制器12能验证数据完整性。上述数据序列可以在ADC的每一次转换周期结束时被移出移位寄存器。
[0039]因此，在单线广播模式，Hot SwapTM设备10能够向系统控制器12提供需要的供电状态信息。同时，本发明的Hot SwapTM设备10支持用于与系统控制器12进行数据通信的I2C接口模式，它使得用户能够重新设置I2C接口，以在单线广播模式与系统控制器12进行通信，以便降低系统的成本。
[0040]以上说明示出和披露了本发明的各个方面。另外，本发明仅仅示出并且说明优选实施例，但如上所述，应当理解，本发明能够在各种其他组合，改进和环境中使用，并且能够在本文所表达的发明构思范围内进行改变或改进，与上述教导和/或相关领域的技能或知识匹配。
[0041]具体地讲，本发明不局限于I2C接口。它也可以用于重新设置其他接口，以支持单线模式的通信。例如，在SPI接口，芯片选择杆引脚CS/可被用于选择单线模式。
[0042]另外，除了曼彻斯特编码之外，可以用其他编码技术对通过单线接口传输的数据序列进行编码。
[0043]另外，本发明可以在集成电路芯片或在电路板上使用分离部件来实施。
[0044]上文所披露的实施例还被用于进一步解释实施本发明已知的最佳实施方式，并且使得本领域技术人员能够在所述或其他实施例中使用本发明，并具有本发明的具体用途或应用所需要的各种改进。
[0045]因此，本说明书不是用于将本发明局限于本文所披露的形式。另外，希望将所附权利要求书理解为包括其他实施例。

Claims (20)

1.一种具有与外部设备的信号电平不同的信号电平的设备，并且包括：
接口，用于提供与所述外部设备的通信，
所述接口可被设置选择性地通过多线或通过单线支持与所述外部设备的通信。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接口包括I2C接口，可被设置通过单线提供与所述外部设备的通信。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接口可被设置通过单个光耦合器提供与所述外部设备的通信。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述外部设备包括系统控制器。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接口包括至少一个引脚，可被设置用于通过多线或通过单线提供数据通信。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述接口包括一组地址引脚。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述地址引脚可被设置用于通过多线或通过单线提供数据通信。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，当所述地址引脚被设定在预定状态时，启动通过单线的数据通信。
9.一种具有与外部设备信号电平不同的信号电平的设备，并且包括：
第一接口，用于通过多线提供与所述外部设备的通信，和
第二接口，用于通过单线提供与所述外部设备的通信。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第一接口包括I2C接口。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第一接口可被设置通过第二接口支持通信。
12.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第二接口被设置通过单个光耦合器提供与所述外部设备的通信。
13.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第二接口被设置以单向支持数据传送至所述外部设备。
14.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第一接口包括一组地址引脚。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述地址引脚可被设置通过第二接口提供数据通信。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，当所述地址引脚被设定在预定状态时，启动通过所述第二接口的数据通信。
17.在包括具有不同信号电平的第一设备和第二设备的系统中，一种在第一设备和第二设备之间进行数据通信的方法，包括以下步骤：
提供接口，用于通过多线在第一设备和第二设备之间进行通信，和
设置所述接口，用于以单线模式在第一设备和第二设备之间提供通信。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，I2C接口被设置用于以单线模式在第一设备和第二设备之间提供通信。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述I2C接口的地址引脚被设定在预定状态，以能够在第一设备和第二设备之间进行单线模式的通信。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一设备包括用于控制第二设备的控制器。
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