CN101447807B - 一种高效两线制电源调制总线及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效两线制电源调制总线及其实现方法，属于电子、电路领域。该调制总线包括用以提供电源及调制信号的两条总线，还包括有采样电路，滞回反馈电路，低通滤波电路，信号比较器。本发明利用输入到信号比较器上的滞回反馈电路，通过增加滞回反馈电压，可实现滞回反馈电路的跟随效应，使得该电源总线在实现数据信号传输时，抗干扰能力更强、错码率更低、信号传输速率更高。

Description

一种高效两线制电源调制总线及其实现方法

技术领域

本发明属于电子、电路领域。

背景技术

利用一套电源线，同时传输电能和数字通讯信号，是非常高效的电路设置方式。但目前，这种技术的应用还不是很广泛，究其主要原因，在于目前的技术有不少缺陷，主要在于抗干扰能力差、误码率高、传输速率低。

参图1所示，这11展示了目前已有的总线载波解调电路的结构示意图。它包括有两个总线采样电阻，而比较器的正端接总线的采样电压，负端接经低通滤波器处理后的采样电压。

其中的低通滤波器的截止频率很低，大量的信号，包括通信信号和干扰信号等，都被过滤掉了，这使得负端的输出的电压值较为平稳，不利于表达数据信息的本来状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效两线制电源调制总线及其实现方法，用以实现强抗干扰能力、低误码率、高传输速率的电源与通信信号的同步传输电路，以及配套的实现方法。

一种高效两线制电源调制总线，它是这么实现的，该调制总线包括用以提供电源及调制信号的两条总线，其特征在于该调制总线还包括：

采样电路，由设置在两条总线之间的分压电阻组成，下述的滞回反馈电路和低通滤波电路的电压采样点均设置在所述的分压电阻之间；

滞回反馈电路，它由滞回量调整电阻和滞回反馈电阻共同组成，它的电压采样点设置在所述采样电路的分压电阻之间，输出端与下述的信号比较器的正端相连接，输出端的电压等于采样电压和滞回量电压之和；

低通滤波电路，它由低通滤波电阻和低通滤波电容共同组成，它的电压采样点设置在所述采样电路的分压电阻之间，其输出端构成下述信号比较器的负端输入电压；

信号比较器，它是用以接收滞回反馈电路输入的电压信号和低通滤波电路输入的电压信号，进行电压比较以实现信号输出的器件。

进一步，前面所述的滞回反馈电阻远大于两个采样电阻，以至于反馈回的电流对滞回电路采样点的电压影响很小。

所述的滞回反馈电阻，其推荐值为4.7MΩ。

所述的高效两线制电源调制总线中各器件的构成关系是

$V_3-V_2=R_2/(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right)+R_4/(R_4+R_5)*(V_{\mathrm{out}0}-V_{10}-R_2/$

$(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right))-{\∫}_0^t\frac{R_2/(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right)}{R_3{C}_1}\mathrm{dt}.$

其中，

V₂是信号比较器负端输入电压，对应着低通滤波电路的电压输入，

V₃是信号比较器正端输入电压，对应着滞回反馈电路的电压输入，

R₁是设置在所述采样电路中的一个采样电压，

R₂是设置在所述采样电路中的另一个采样电压，

R₃是设置在所述低通滤波电路中的低通滤波电阻，

R₄是设置在所述滞回反馈电路中的滞回量调整电阻，

R₅是设置在所述滞回反馈电路中的滞回反馈电阻，

C₁是设置在所述低通滤波电路中的低通滤波电容，

V₁₀是所述采样电路中的初始电压采样值，

V_out0是所述的信号比较器中初始的信号输出电平，

Δ(t)是所述总线的电压变化，

前述公式中，当Δ(t)对应着干扰信号时，若t有解则干扰成功，若t无解则干扰失败，

当Δ(t)对应着数据信号时，若t有解且t＜1/Baud rate，则传输成功，若t无解则数据传输失败。

所述的高效两线制电源调制总线，可与数据采集模块、监控功能模块、通信功能模块相连接，作为相应模块的数据通讯及电源供给结构。

一种高效两线制电源调制总线的实现方法，它是这么实现的，该方法包括如下步骤：

步骤1，利用信号发送器，将通信信号进行调制，并加载到总线上；

步骤2，利用分压电路从总线的采样电路之间获得采样电压，并将经低通滤波电路处理过的电压信号作为信号比较器的负端的输入信号，利用滞回反馈电路从总线之间获得采样电压，向比较器的正端输入叠加比较器反馈量后的电压信号；

步骤3，信号比较器根据滞回反馈电路和低通滤波电路两者所输入电压信号，确定信号比较器输出电平。

所述步骤2中的低通滤波电路和滞回反馈电路，是经由两总线相连的采样电阻之间来实现电压采样操作的。

所述步骤2中的滞回反馈电路中的滞回反馈电阻，远大于所述的两个总线之间的采样电阻。

在所述的各步骤中，实现信号比较器输出电平的翻转条件是

V₃＞V₂  若V₃₀＜V₂₀，

V₃＜V₂  若V₃₀＞V₂₀，

其中，V₁₀＝R₂/(R₁+R₂)*V_bus0，V₁₀表示V₁在0时刻的电平，

V₂₀＝V₁₀，

V₃₀＝V₁₀+R₄/(R₄+R₅)*(V_out0-V₁₀)，

$V_3-V_2=R_2/(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right)+R_4/(R_4+R_5)*(V_{\mathrm{out}0}-V_{10}-R_2/$

$(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right))-{\∫}_0^t\frac{R_2/(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right)}{R_3{C}_1}\mathrm{dt}.$

所述的高效两线制电源调制总线的实现方法，分别在数据采集模块、监控功能模块、通信功能模块中，以前述的电平翻转条件在实现电源传输的基础上实现数据信号的传输操作。

本发明的优点在于：本发明利用输入到信号比较器上的滞回反馈电路，通过增加滞回反馈电压，可实现滞回反馈电路的跟随效应，使得该电源总线在实现数据信号传输时，抗干扰能力更强、错码率更低、信号传输速率更高。

附图说明

下面结合附图对本发明进行更详细的说明。

图1是当前已有的两线制电源调制总线的电路图。

图2是本发明所述的高效两线制电源调制总线的电路图。

图3是本发明所述的高效两线制电源调制总线的实现方法的流程图。

具体实施方式

图中的数字标号说明：

100-高效两线制电源调制总线；200-总线A，210-总线B；300-采样电路，310-采样分压电阻，320-电压采样点；400-滞回反馈电路，410-滞回量调整电阻，420-滞回反馈电阻；500-低通滤波电路，510-低通滤波电阻，520-低通滤波电容；600-信号比较器。

参图2所示，本发明所描述的一种高效两线制电源调制总线100，具有输出传输速度快、误码率低等优点。它是这么实现的，该调制总线包括用以提供电源及调制信号的两条总线，作为举例，可以分别是总线A200和总线B210，而其中的调制信号来自于与总线相连通的信号发送器。在本发明中，作为重要特征，该调制总线还包括：

采样电路300，由设置在两条总线之间的采样分压电阻310组成，下述的滞回反馈电路400和低通滤波电路500的电压采样点320均设置在所述的采样分压电阻310之间。其中的采样分压电阻310，用以在总线A200和总线B210之间提供适合下述的信号比较器600进行比较的输入电压。作为典型的实施例，采样分压电阻310可设置两个，在附图中，分别是分压电阻R₁和分压电阻R₂。电压采样点320设置在分压电阻R₁和分压电阻R₂之间。

滞回反馈电路400，它由滞回量调整电阻410和滞回反馈电阻420共同组成，它的电压采样点320设置在所述采样电路300的采样分压电阻310之间，输出端与下述的信号比较器600正端相连接，其输出端的电压等于采样电压和滞回量电压之和；

低通滤波电路500，它由低通滤波电阻510和低通滤波电容520共同组成，它的电压采样点320与同样设置在所述采样电路300的采样分压电阻310之间，其输出端构成下述信号比较器600的负端输入电压；

信号比较器600，它是用以接收滞回反馈电路400输出端的电压信号和低通滤波电路500输出端的电压信号，进行电压比较以实现信号输出的器件。

前面所述的滞回反馈电阻420远大于两个采样电阻310，以至于反馈回的电流对采样点的电压影响很小。这种情况下，滞回反馈电路400所产生的跟随电压，能有效提高信号比较器600对干扰信号的抵抗能力。

这儿所述的滞回反馈电阻420，作为典型实施例而非限定，推荐值可取为4.7MΩ。

所述的总线电路之中，各器件之间的构成关系是：

$V_3-V_2=R_2/(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right)+R_4/(R_4+R_5)*(V_{\mathrm{out}0}-V_{10}-R_2/$

$(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right))-{\∫}_0^t\frac{R_2/(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right)}{R_3{C}_1}\mathrm{dt},$

其中的V₂是信号比较器600负端输入电压，对应着低通滤波电路500的电压输入；

V₃是信号比较器600正端输入电压，对应着滞回反馈电路400的电压输入，

R₁是设置在所述采样电路300中的一个采样电压；

R₂是设置在所述采样电路300中的另一个采样电压；

R₃是设置在所述低通滤波电路500中的低通滤波电阻510；

R₄是设置在所述滞回反馈电路400中的滞回量调整电阻410；

R₅是设置在所述滞回反馈电路400中的滞回反馈电阻420；

C₁是设置在所述低通滤波电路500中的低通滤波电容520；

V₁₀是所述采样电路300中的初始电压采样值；

V_out0是所述的信号比较器中初始的信号输出电平；

Δ(t)是所述总线的电压变化；

前述公式中，当Δ(t)对应着干扰信号时，若t有解则干扰成功，若t无解则干扰失败；

当Δ(t)对应着数据信号时，若t有解且t＜1/Baud rate，则传输成功，若t无解则数据传输失败。其中的Baud rate，指的是数据传输的比特速率。

该总线高效两线制电源调制总线100，应用极其广泛。在典型的实施例中，分别可与数据采集模块、监控功能模块、通信功能模块中的至少之一相连接，作为相应模块的数据及电源的导通结构，来分别实现数据采集功能、监控功能、通信功能等。本发明的优势就在于数据传输和电源传输可同时利用总线实现。

本发明所述的高效两线制电源调制总线100，它有着自己独立的一套实现方法，具体说来，它是这么实现的，该方法包括如下步骤：

步骤1，利用信号发送器，将通信信号进行调制，并加载到总线上。

所述的信号发送器，是与总线A200相连通的信号发生结构，将产生的信号以电压信号的形式直接加载到总线上，与电源的电压相叠加。

步骤2，利用分压电路从总线的采样电路300之间获得采样电压，并将经低通滤波电路500处理过的电压信号作为信号比较器600负端的输入信号，利用滞回反馈电路420将比较器反馈量的电压信号叠加于采样电压，作为信号比较器600的正端输入。

参图2所示的实施例，低通滤波电路500所采集的电压信号，为信号比较器600的负输入端，滞回反馈电路400所采集到的电压信号，为正输入端。

步骤3，信号比较器600根据滞回反馈电路400和低通滤波电路500两者所输入电压信号，确定信号比较器600输出电平。

这种情况下，由信号比较器600就直接实现数据信号输出了。

在本发明中，参图2所示，信号比较器600输出电平的翻转条件是：

V₃＞V₂，若V₃₀＜V₂₀，

V₃＜V₂，若V₃₀＞V₂₀，

其中，V₁₀＝R₂/(R₁+R₂)*V_bus0，V₁₀表示V₁在0时刻的电平，

V₂₀＝V₁₀，

V₃₀＝V₁₀+R₄/(R₄+R₅)*(V_out0-V₁₀)，

$V_3-V_2=R_2/(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right)+R_4/(R_4+R_5)*(V_{\mathrm{out}0}-V_{10}-R_2/$

$(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right))-{\∫}_0^t\frac{R_2/(R_1+R_2)*\mathrm{\Δ}\left(t\right)}{R_3{C}_1}\mathrm{dt}.$

进一步，所述步骤2中的低通滤波电路500和滞回反馈电路400，是经由两总线相连的采样电阻之间来实现电压采样操作的。在图2所示的实施例中，具体的采样点就设置在采样电阻R₁和采样电阻R₂之间。

所述步骤2中的滞回反馈电路400中的滞回反馈电阻420，远大于所述的两个总线之间的采样电阻。这样设置的目的在于，减小滞回反馈电流对采样电压的影响。

所述的高效两线制电源调制总线的实现方法，可在数据采集模块、监控功能模块、通信功能模块中，以前述的电平翻转条件在实现电源传输的基础上实现数据信号的传输。

当然，这些应用均为举例而非限定，原则上，只要是需要数据传输与直流电源同步传输的总线结构，都可以应用本发明。

以上是对本发明的描述而非限制，基于本发明思想的其它实施例，亦均在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高效两线制电源调制总线，它是这么实现的，该调制总线包括用以提供电源及调制信号的两条总线，其特征在于该调制总线还包括：

采样电路，由设置在两条总线之间的分压电阻组成，下述的滞回反馈电路和低通滤波电路的电压采样点均设置在所述的分压电阻之间；

滞回反馈电路，它由滞回量调整电阻和滞回反馈电阻共同组成，它的电压采样点设置在所述采样电路的分压电阻之间，输出端与下述的信号比较器的正端相连接，输出端的电压等于采样电压和滞回量电压之和；

低通滤波电路，它由低通滤波电阻和低通滤波电容共同组成，它的电压采样点设置在所述采样电路的分压电阻之间，其输出端构成下述信号比较器的负端输入电压；

信号比较器，它是用以接收滞回反馈电路输入的电压信号和低通滤波电路输入的电压信号，进行电压比较以实现信号输出的器件。

2.根据权利要求1所述的高效两线制电源调制总线，其特征在于：所述的滞回反馈电阻远大于两个采样电阻，以至于反馈回的电流对电路采样点的电压影响很小。

3.根据权利要求1所述的高效两线制电源调制总线，其特征在于：所述的滞回反馈电阻，其推荐值为4.7MΩ。

4.根据权利要求1所述的高效两线制电源调制总线，其特征在于：所述的高效两线制电源调制总线中各器件的构成关系是

其中，

V₂是信号比较器负端输入电压，对应着低通滤波电路的电压输入，

V₃是信号比较器正端输入电压，对应着滞回反馈电路的电压输入，

R₁是设置在所述采样电路中的一个采样电压， 

R₂是设置在所述采样电路中的另一个采样电压，

R₃是设置在所述低通滤波电路中的低通滤波电阻，

R₄是设置在所述滞回反馈电路中的滞回量调整电阻，

R₅是设置在所述滞回反馈电路中的滞回反馈电阻，

C₁是设置在所述低通滤波电路中的低通滤波电容，

V₁₀是所述采样电路中的初始电压采样值，

V_out0是所述的信号比较器中初始的信号输出电平，

Δ(t)是所述总线的电压变化，

前述公式中，当Δ(t)对应着干扰信号时，若t有解则干扰成功，若t无解则干扰失败，

当Δ(t)对应着数据信号时，若t有解且t＜1/Baud rate，则传输成功，若t无解则数据传输失败。

5.根据权利要求1所述的高效两线制电源调制总线，其特征在于：所述的高效两线制电源调制总线，可与数据采集模块、监控功能模块、通信功能模块相连接，作为相应模块的数据通讯及电源供给结构。

6.一种高效两线制电源调制总线的实现方法，它是这么实现的，该方法包括如下步骤：

步骤1，利用信号发送器，将数字信号进行调制，并加载到总线上；

步骤2，利用分压电路从总线的采样电路之间获得采样电压，并将经低通滤波电路处理过的电压信号作为信号比较器的负端的输入信号，利用滞回反馈电路从总线之间获得采样电压，向比较器的正端输入叠加比较器反馈量后的电压信号；

步骤3，信号比较器根据滞回反馈电路和低通滤波电路两者所输入电压信号，确定信号比较器输出电平。

7.根据权利要求6所述的高效两线制电源调制总线的实现方法，其特征在于：所述步骤2中的低通滤波电路和滞回反馈电路，是经由两总线相连的采样电阻之间来实现电压采样操作的。

8.根据权利要求6所述的高效两线制电源调制总线的实现方法，其特征在于：所述步骤2中的滞回反馈电路中的滞回反馈电阻，远大 于所述的两个总线之间的采样电阻。

9.根据权利要求6所述的高效两线制电源调制总线的实现方法，其特征在于：在所述的各步骤中，实现信号比较器输出电平的翻转条件是

V₃＞V₂，若V₃₀＜V₂₀，

V₃＜V₂，若V₃₀＞V₂₀，

其中，V₁₀＝R₂/(R₁+R₂)*V_bus0，V₁₀表示V₁在0时刻的电平

V₂₀＝V₁₀，

V₃₀＝V₁₀+R₄/(R₄+R₅)*(V_out0-V₁₀)，

，

其中，

V₁₀是所述采样电路中的初始电压采样值，

V₂是信号比较器负端输入电压，对应着低通滤波电路的电压输入，

V₃是信号比较器正端输入电压，对应着滞回反馈电路的电压输入，

V₂₀表示V₂在0时刻的电平；

V₃₀表示V₃在0时刻的电平；

V_bus0表示总线在0时刻的电平，

R₁是设置在所述采样电路中的一个采样电压，

R₂是设置在所述采样电路中的另一个采样电压，

R₃是设置在所述低通滤波电路中的低通滤波电阻，

R₄是设置在所述滞回反馈电路中的滞回量调整电阻，

R₅是设置在所述滞回反馈电路中的滞回反馈电阻，

C₁是设置在所述低通滤波电路中的低通滤波电容，

V_out0是所述的信号比较器中初始的信号输出电平，

Δ(t)是所述总线的电压变化。

10.根据权利要求9所述的高效两线制电源调制总线的实现方法，其特征在于：所述的高效两线制电源调制总线的实现方法，分别 在数据采集模块、监控功能模块、通信功能模块中，以前述的电平翻转条件在实现电源传输的基础上实现数据信号的传输操作。 

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