CN102693204A - 支持多接口类型和端接的现场总线接口电路板 - Google Patents
支持多接口类型和端接的现场总线接口电路板 Download PDFInfo
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Abstract
本发明为“支持多接口类型和端接的现场总线接口电路板”。一种接口电路板设备可包括：共享的电路板(100)底座；安置在电路板(100)底座上并具有配置成接收多个收发器部件类型的电路收发器部位的收发器部分(115)；安置在电路板(100)底座上并具有配置成接收多个端接部件类型的电路端接部位的端接部分(110)；以及操作地耦合到收发器部分和端接部分(115、110)的连接部分(125)，其中基于多个收发器部件类型和多个端接部件类型，收发器部分(115)、端接部分(110)和连接部分(125)可配置成支持多个接口类型。
Description
技术领域
本文所公开的主题涉及总线接口，并且更具体地说，涉及支持多接口类型的接口电路板。
背景技术
当前，有许多连接器接口，例如串行总线和现场总线。不同的仪表可能需要不同的接口。因此，例如计算机等控制系统可包括若干个不同接口，这会占据控制系统上有限的硬件空间。但是，当前仪表通常实现数量有限的接口类型，其中包括过程现场总线(PROFIBUS)、控制器局域网总线(CANBUS)及基金会现场总线(H1 FF)。即使接口类型数量有限，有限的硬件空间仍会被多个接口塞满。在减少所用硬件空间的一种尝试中，制造商采用了外部子板，其中每个特定类型的接口具有单独的电路板，从而可减少所用硬件空间。然后，主控制电路板在制造时会安装可选的接口子板之一。
虽然多个接口全部可与单独连接器共存，但除了由额外零件而增加的成本之外，需要更多的板面积用于额外零件和连接器。另外，由于不会同时使用多个接口，装置变得更加昂贵并且比所需的更大。在减少所用硬件空间量的其它尝试中，端接选择使用了开关以连接或断开电阻器的端接阵列。但这个解决方案要求用户基于沿总线的装置位置定位并设置开关。
发明内容
按照本发明的一个方面，描述了一种接口电路板设备。该接口电路板设备可包括：共享的电路板底座；安置在电路板底座上并具有配置成接收多个收发器部件类型的电路收发器部位的收发器部分；安置在电路板底座上并具有配置成接收多个端接部件类型的电路端接部位的端接部分；以及操作地耦合到收发器部分和端接部分的连接部分，其中基于多个收发器部件类型和多个端接部件类型，收发器部分、端接部分和连接部分可配置成支持多个接口类型。
按照本发明的另一个方面，描述了一种现场总线接口电路板系统。该现场总线接口电路板可包括：共享的电路板底座，包括安置在电路板底座上并具有配置成接收多个收发器部件类型的电路收发器部位的收发器部分；安置在电路板底座上并具有配置成接收多个端接部件类型的电路端接部位的端接部分；操作地耦合到收发器部分和端接部分的连接部分；以及操作地耦合到电路板底座并且具有实现用于多个接口类型的协议和信号的指令的控制器。
通过结合附图的下文描述，这些及其它优点和特征将变得更显而易见。
附图说明
在本说明书的结论部分的权利要求中具体指出作为本发明的主题并明确要求其权益。通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述及其它特征和优点显而易见，在附图中：
图1示出包括支持多接口类型的示范接口电路板的系统的框图。
图2示出根据示范实施例的连接器的引脚分配和类别选择的表格。
图3示出示范电路的电路图，其中可在根据示范实施例进行制造时选择多个接口类型和相应零件。
详细描述参照附图、作为举例来说明本发明的实施例以及优点和特征。
具体实施方式
图1示出包括支持多接口类型的示范接口电路板100的系统10的框图。如本文中所述，电子系统包含许多类型的接口，并且相似的系统仅在连接器处提供的串行接口类型方面有所不同。例如，控制模块缺乏足够尺寸以支持多个连接器，促成用于每个特定接口形式的不同模块类型，如用于PROFIBUS、CANBUS和H1 FF的单独模型。PROFIBUS、CANBUS和H1FF均使用相同的连接器形式。例如，连接器形式可以是但不限于DB9、RJ、DIN和接线条。为了便于说明，在本文中描述DB9形连接器。如图2中所示，接口形式PROFIBUS、CANBUS和H1 FF使用相同的连接器形式，但引脚分配和类别(公插头或母插座)有所不同，如图2中所示。在示范实施例中，本文所述的系统采用常见电路板底座布局，以使得电路板上安装的零件在接口类型之间变化，同时允许以较低的每块板成本实现裸电路板的大量使用。
虽然PROFIBUS、CANBUS和H1 FF描述为可共存的三种接口类型并且在电路板100上制造，但是应该意识到，在其它示范实施例中可考虑其它类型的接口。因此，PROFIBUS、CANBUS和H1 FF仅为说明性目的讨论。
示范电路板100可包括可全部在电路板上共存的若干部分105、110、115、120，并且有利地在制造时配置成用作接口类型之一(例如PROFIBUS、CANBUS和H1 FF)。第一收发器部分105可配置用于PROFIBUS和H1 FF收发器，可包括可选的RS485半双工收发器，其输出还耦合到端接部分110。电路板100可进一步包括配置用于CANBUS接口和收发器的第二收发器部分115，它也连接到端接部分110。第一收发器部分和第二收发器部分105、115和端接电路进一步通过跳线(例如，零欧姆电阻器)的矩阵部分120耦合到DB9连接器的连接部分125。如图2的表格200所示并如本文中进一步描述的，DB9连接器的引脚分配和类别选择可在制造过程中确定要在电路板100上设置什么类型的接口时确定和设置。然后，DB9连接器可耦合到系统10的现场总线130。本领域的技术人员会意识到，多个接口类型中的每一个具有映射到DB9连接器的唯一信号。在示范实施例中，矩阵部分120配置成支持唯一信号映射的每一个。
在示范实施例中，电路板100的接口通过来自系统10的逻辑和/或FPGA控制器部分135的一组共享信号进行控制，基于板上安装的选择的接口为信号指配不同功能。例如，由制造商加载到控制器部分的固件可确定接口类型所实现的协议和信号。在示范实施例中，控制器部分135可以是基于以太网的。控制器部分135可进一步耦合到系统10中的其它接口/电子器件140。
如本文中所述，制造商基于材料单为所需接口选择要安装的特定零件，其中包括集成电路、电阻器的特定零件和其它部件基于接口类型添加或移除。
因此，示范电路板100在较大系统10内提供现场总线130接口并支持多种类型的协议和连接中的一个，其中协议类型(例如，PROFIBUS、CANBUS和H1 FF)在制造接口时通过接口的电路板100上安装的部件的选择进行选择。连接经由常见共享的连接器形式(例如DB9)，并进一步执行制造部件选择以将特定连接器引脚指配到接口功能。接口的操作经由到电路板的系统10的其余部分的连接，其中基于安装的接口，这些连接具有不同功能。现场总线接口电路板100进一步支持内部控制的端接网络(例如，端接部分110)，以使得包含此电路板和接口的模块可安装在沿接口总线的任何位置而无需额外端接。
图3示出示范电路300的电路图，其中在制造时选择PROFIBUS、CANBUS和H1 FF及相应零件。如本文中所述，电路300包括三个收发器部分UT1、UT2、UT3。该布局进一步包括端接部分T，其中包括电阻器RT1、RT2、RT3、RT4、RT5、RT6、RT7、继电器K1和晶体管QT。电路300进一步包括FPGA输入线路OPTION1、OPTION2、OPTION3、OPTION4、OPTION5、OPTION6。该布局进一步包括输出线路RJ1、RJ2、RJ3、RJ4、RJ5、RJ6(例如，0欧姆跳线)作为跳线矩阵，以与外部连接器C(例如，本文所述的DB9连接器)进行接口。
如本文中所述，电路300包括可在制造时配置成若干接口(例如但不限于PROFIBUS、CANBUS和H1 FF)中的一个的部件部分，如接下来所述。
对于PROFIBUS，UT1、RT1、RT3、RT3、RT4、RT6、RT7、QT、K1安装在电路300上。另外，母DB9连接器安装在连接器部分C中。跳线RJ1、RJ3连接以使得UTI高态有效输出(CANH)连接到母DB9的连接器引脚3(参见图2)。跳线RJ2、RJ4连接以使得低态有效输出(信号CANL)去往母DB9连接器的连接器引脚8(参见图2)。跳线RJ5、RJ6连接以使得UT1的公共信号去往DB9连接器的引脚5(参见图2)。对于PROFIBUS，UT2、UT3和RT5未安装。控制器的信号为OPTION1(用于接收器有效，RA)、OPTION2(用于传送启用，TE)、OPTION3(用于接收器返回，RB)、OPTION4(用于传送输出，TA)、OPTION5(用于端接控制)、以及OPTION6(用于经由晶体管QT和继电器K1来自端接部分T的继电器反馈)。UT1输入进一步包括浮动供电电压VBS和控制电压VCO。
对于H1 FF，UT1、RT1、RT2、RT3、RT4、RT6、RT7、QT、K1安装在电路300上。另外，公DB9连接器连接在连接器部分C中。跳线RJ1、RJ3连接以使得UTI高态有效输出(CANH)连接到DB9公连接器的连接器引脚6(参见图2)。跳线RJ2、RJ4连接以使得低态有效输出(信号CANL)去往公DB9连接器的连接器引脚7(参见图2)。对于H1 FF，UT2、UT3和RT5未安装。控制器的信号为OPTION1(用于接收器有效)、OPTION2(用于传送启用)、OPTION3(用于接收器返回)、OPTION4(用于传送输出)、OPTION5(用于端接控制)、以及OPTION6(用于经由晶体管QT和继电器K1来自端接部分T的继电器反馈)。UT1输入进一步包括浮动供电电压VBS和控制电压VCO。
对于CANBUS，UT2、UT3、RT2、RT5、RT6、RT7、Q1、K1安装在电路300上。另外，公DB9连接器连接在连接器部分C中。跳线RJ1、RJ3连接以使得UT3高态有效输出(CANH)连接到DB9公连接器的连接器引脚7(参见图2)。跳线RJ2、RJ4连接以使得低态有效输出(信号CANL)去往公DB9连接器的连接器引脚5和6(参见图2)。对于CANBUS，UT1、RT1、RT3和RT5未安装。控制器的信号为OPTION1(用于选择)、OPTION2(用于时钟)、OPTION3(用于到CAN的数据)、OPTION4(用于来自CAN的数据)、OPTION5(用于CAN中断)、以及OPTION6(用于经由晶体管QT和继电器K1来自端接部分T的继电器反馈)。
接口控制相似地随接口类型变化。如本文中针对PROFIBUS和H1FF所述，收发器部分UT1可以是RS485收发器，如图3中所示。因此，PROFIBUS和H1 FF均依靠半双工串行传输，由控制逻辑内的UART控制，它可在31.25Kbps操作。对于PROFIBUS和H1 FF，电学上的主要不同在于连接器的类别和连接。CANBUS实现经由UT2到接口驱动程序的同步外围接口(SPI)端口，重新指配选项引脚用于选择(UT2上的NCS输入)、时钟(UT2上的SCK输入)及数据流(UT2上的SI和SO)。此外，UT2将TXD和RXD信号分别映射到UT3上的TXD、RXD信号。信号I/O1输出到端接部分T。UT3输入进一步包括参考计时器Rs和参考电压Vref，浮动供电电压VBS和控制电压VCO。
如本文中所述，总线的端接也在电路300中提供。端接需要电路与用于传输线路端接的端接电阻器连接和断开，如接下来所述。在包含电路300的模块沿总线与其它模块一起附连到现场总线时，总线末端需要端接，并且对于在总线中部内连接的模块，需要断开端接。继电器K1允许晶体管RT1、RT2和RT3的端接阵列的连接，例如允许上拉端接、并联端接和下拉端接。
作为继电器将端接从总线断开的反馈，晶体管RT6和RT7允许在继电器K1连接端接时拉低OPTION6信号并在K1断开端接时拉高OPTION6信号。继电器K1的控制通过晶体管QT实现，由OPTION5(使用相同收发器UT1的PROFIBUS或H1 FF)或来自CAN接口UT2的I/O1信号驱动。因此，继电器K1可以是双极双掷(DPDT)继电器，与需要更昂贵继电器的具有单独反馈开关的三极继电器形成对比，由此降低了电路300的成本。
如本领域的技术人员将会意识到的，本发明的方面，例如作为在制造时加载以按照配置(如，在FPGA控制器部分135中)匹配硬件的具有不同代码分支的一个程序或不同程序的组成部分的、生成适当信息流和以不同方式驱动可配置线路的指令，可实现为系统、方法或计算机程序产品以视所选接口提供信号的控制和功能性。相应地，本发明的方面可采取全硬件实施例、全软件实施例(包括固件、常驻软件、微码等)或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，它们在本文一般可全部称作“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的方面可采取在一个或多个计算机可读存储介质中实现的计算机程序产品的形式，介质中包含计算机可读程序代码。
可使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。例如，计算机可读存储介质可以是但不限于是电子、磁、光、电磁、红外线或半导体系统、设备、装置或以上各项的任何适当组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)将包括下列各项：具有一个或多个电线的电连接、便携计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤、便携压缩盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置或以上各项的任何适当组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可包含或存储由指令执行系统、设备或装置使用或者与其结合使用的程序的任何有形介质。
计算机可读信号介质可包括其中包含计算机可读程序代码(例如，在基带中或作为载波的组成部分)的传播数据信号。这种传播信号可采用多种形式的任何之一，包括但并不限于电磁、光或其任何适当组合。计算机可读信号介质可以是不属于计算机可读存储介质并且可传递、传播或传输由指令执行系统、设备或装置使用或者与其结合使用的程序的任何计算机可读介质。
计算机可读介质上包含的程序代码可使用任何适当介质进行传送，介质包括但不限于无线、有线、光纤缆线、RF等或以上各项的任何适当组合。
用于执行本发明的方面操作的计算机程序代码可通过一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括如Java、Smalltalk或C++等面向对象的编程语言，或如“C”编程语言或类似编程语言等常规过程编程语言。程序代码可完全在用户计算机上、部分在用户计算机上作为独立软件包运行，部分在用户计算机且部分在远程计算机上或者完全在远程计算机或服务器上运行。在后一种情形下，远程计算机可通过任何类型的网络连接到用户的计算机，网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可到外部计算机(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)的连接。
技术效果包括因实现常见电路板以容纳多个接口类型的基本部分和部件而降低的成本。通过在共享的电路板布局上结合多种功能实现的制造和硬件开发成本的降低。通过使用常见电路板，大规模制造带来的更大产量导致更低的总成本。
本文所述的示范实施例进一步包括可编程总线端接，使能经由固件的控制信号更改。本文所述的示范实施例进一步包括当仅使用DPDT继电器(其成本低于3PDT继电器)时继电器操作的诊断验证。硬件中的多协议支持进一步需要端接电路中的变化。通过提供继电器开关和端接电阻器网络，协议的不同可通过材料单更改来提供(改变电阻器的移除和/或插入及值)。继电器开关还允许模块沿现场总线的定位，其中端点需要连接端接，而线缆中部连接需要断开端接。过去的实现需要用户设置跳线或开关以便选择端接，本文所述的示范实施例实现模块内部设置控制下的继电器(通常由另一接口如以太网或控制面板设置供应)。
虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是易于理解本发明并不局限于所公开的实施例。更确切地，本发明可修改以结合上文未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的改变、变更、替换或等效布置。另外，虽然描述了本发明的多种实施例，但是应当理解，本发明的方面可仅包括描述的实施例中的一些。因此，本发明并不受上述描述的限制，而是仅由所附权利要求来限制。
| 10 | 系统 |
| 100 | 接口电路板 |
| 105 | 收发器部分 |
| 110 | 端接部分 |
| 115 | 收发器部分 |
| 120 | 矩阵部分 |
| 125 | 连接部分 |
| 130 | 现场总线 |
| 135 | 控制器部分 |
| 140 | 接口/电子器件 |
| 300 | 电路 |
| UT1、UT2、UT3 | 收发器部分 |
| RT1、RT2、RT3、RT4、RT5、RT6、RT7 | 电阻器 |
| K1 | 继电器 |
| QT | 电阻器 |
| OPTION1 | 输入线路 |
| OPTION2 | 输入线路 |
| OPTION3 | 输入线路 |
| OPTION4 | 输入线路 |
| OPTION5 | 输入线路 |
| OPTION6 | 输入线路 |
| RJ1、RJ2、RJ3、RJ4、RJ5、RJ6 | 输出线路 |
| C | 外部连接器 |
| T | 端接部分 |
| VBS | 浮动供电电压 |
| VCO | 控制电压 |
| CANL | 信号 |
| CANH | 输出 |
Claims (10)
1.一种接口电路板设备，包括：
共享的电路板(100)底座；
收发器部分(115)，其安置在所述电路板(100)底座上并具有配置成接收多个收发器部件类型的电路收发器部位；
端接部分(110)，其安置在所述电路板(100)底座上并具有配置成接收多个端接部件类型的电路端接部位；以及
连接部分(125)，其操作地耦合到所述收发器部分和端接部分(115、110)，
其中所述收发器部分(115)、所述端接部分(110)和所述连接部分(125)可配置成基于所述多个收发器部件类型和所述多个端接部件类型支持多个接口类型。
2.如权利要求1所述的设备，还包括安置在所述端接部分(110)与所述连接部分(125)之间的矩阵部分(120)。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述矩阵部分(120)还安置在所述收发器部分(115)与所述连接部分(125)之间。
4.如权利要求2所述的设备，其中，所述矩阵部分(120)配置成路由接口信号到安置在所述连接部分(125)中的连接器。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述矩阵部分(120)配置成支持所述多个接口类型，所述多个接口类型中的每一个具有映射到所述连接器的唯一信号。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述收发器部分(115)和所述端接部分(110)配置成接收多个控制器信号输入，所述控制器信号输入中的每一个基于所述多个接口类型的选择的接口类型具有唯一的配置。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述端接部分(110)配置成支持用于所述多个接口类型的多个端接类型。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述端接部分(110)包括多个端接电阻器，其配置成支持用于所述多个接口类型的每一个的端接。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述端接部分(110)包括配置成连接所述端接电阻器与所述连接部分的继电器。
10.如权利要求1所述的设备，其中，所述收发器部分(115)配置成支持一个或多个收发器类型，所述一个或多个收发器类型配置成支持所述多个接口类型。
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