CN1032398C - 数据总线接口装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种总线接口装置，该装置在多个外圈设备(111)中的一个与一根数据总线之间提供接口。数据总线接口驱动电路(243)能够把数据偏置到数据总线(109)的电压电平，接收具有不同幅度的数据信号(233)。并且不受由于感应的噪声、不同的环境条件造成的地电压的差异的影响。数据总线接口驱动电路(243)能传送超过1MHz转换率的数据，并具有较低的EMI和RFI辐射。

Description

数据总线接口装置
广义地说，本发明涉及一种数据总线驱动器，更具体地来说，是涉及用于无线电话中的高速度低幅值数字数据总线的自偏置数据总线驱动电路。
目前，在无线电话领域中采用着一个在转发器和一架无线电话的手机(handset)之间传送话音或者数据的技术。这种技术需要包括二根独立的总线，第一根包含着数据信号，第二根则包含着音频或者声音信号。这样就允许采用不具有电磁干扰(EMI)或者射频干扰(RFI)问题的较低速数据信号总线。
现在以及将来，在以微处理器为基础的系统中，微处理器间的通讯越来越快，无线电话能够把数字音频信号和数据信号结合到一根总线上。这根总线能够在把话音信号和数据信号送至转发器之前不使它们分离的前提下允许使用无线电话技术的新发展成果，如在总线上增加自动回答器，传真机和调制解调器。这将减少使外设与转发器互连所需的连线的数量，并允许使用公共接口技术。然而，这种数据总线必须能以最小的RFI和EMI辐射实现高速数据传送，而且对来自总线电话周围的其他子系统的干扰具有很高的耐受度。汽车中的环境是必须考虑和其他子系统的干扰的一个重要例子，其原因是与其他子系统如引擎控制模块和电气控制的止动系统(suspension  sys-tem)相距很近。
减少RFI和EMI辐射量的一个方法是把数据总线上的信号电平的幅度由5伏峰峰值(Vpp)减至0.5Vpp。这种幅度的减少将极大地减少辐射量，但也产生多个其他问题：第一，系统将对EMI和RFI干扰相当敏感，第二，系统将对周围地参考电位的电势的差异也相当敏感。在设计高速数据总线时的其他复杂问题还在于：转发器和手机或其他外围设备间的距离、转发器和外围设备之间的环境差异、转发器和外围设备的分离的电源线能有几英尺，并且可能有分离的电源。首先，转发器和外部设备间的距离使得总线必须伸展至这个距离。这个距离增加了总线引入其它子系统的噪声以及地电位发生变化的机会。其次，外设可能处于不同的环境状态下，比方说，转发器可能处于(车尾)行李箱中，而手机则可能位于乘员舱内，温度上的差异将严重影响一些元件的工作状态及其电压电平。最后，不同的设备用不同的电源也增加了地电压电位漂移的机会。
因此，我们需要这些一种高速数字数据总线驱动电路，即它能发送幅度低于0.5伏的信号，并且不受环境特性、电源、地电位和信号电平的差异的影响。
本发明的目的是提供一个能给多个外围单元中的一个和一根数据总线之间提供接口的数据总线接口驱动器。该数据总线接口驱动器能够接收具有不同幅值的数据信号，并且不受引入的噪声和不同的环境条件引起的地电位差异的影响。这种数据总线接口驱动器能以超过1MHz的速率传送数据，并且具有低的EMI和RFI辐射。
图1是一个射频数据通信系统的方框图。
图2是根据本发明的总线驱动电路的示意图。
图3是本发明的总线驱动电路的示意图。
图1是一个具有固定地址转发器101和一个移动式或者便携式转发器103的射频(RF)数据通信系统。移动式或者便携式转发器103从固定点转发器101接收RF信号并向它送到RF信号。这些RF信号被耦合至天线105，并被转发器107解调并转换成数据信号。转发器107可以通过一根串行数字数据总线109把数据信号送至外围设备，或者通过这根总线从外围设备接收数据信号。本例中外设是一个手机111和一个传真机113，但不能排除其它外部设备。
图2是转发器107和外设手机111之间的数字数据总线的元件分解图。虽然图2中只示出了转发器107和手机111，这样的数据总线也可以用于多外设结构中。数字数据总线109被表示为上行连成211和下行连成203。这些连成能使手机111和转发器107之间进行数据传输。对所有的外部设备来说，这个数据总线驱动电路243是一样的，它用作二个主要目的：该数据总线驱动电路243为数据总线上行连成211建立一个单一的电压偏置电平，并通过把上行连成211上的数据总线信号中的这个直流电压电平送入数据总线驱动电路243中消除了数据总线上来自各个外围设备中不同基准电平。第二，它把总线接口芯片(BIC)207输出的数据信号的电压电平分压至数据总线109上使用的数据信号的幅度。对于本发明而言，该芯片输出的电压的幅度为5Vpp，它被分压至为0.5Vpp，其它可以相比较的分压方案这里也可以使用。
由于数据总线109使用的是小幅度信号，因此它必须在相同的参考电位点上被驱动，从而确保对数据总线109进行正确的极性控制。实现对数据总线109的控制的首要途径由外围设备来实现，就是使最低的Q2基板电位迫使所有其他外设中的Q2的基板-发射极结被反偏，从而防止其他外设驱动该总线。所有外设的公共偏置点通过晶体管Q1227和Q2213的反馈来实现。本电路包括电阻231、电容229以及晶体管Q1227，去除掉了总线211上的数据信号的交流成份。在Q1的发射极，具有总线上行连线211的公共偏置电压。这个公共偏置电压接下来用来偏置晶体管Q2。由于这个反馈的作用，对于总线上行连线211来说，信号中的成份、地电位或者电源电位的变化都已被消除，从总线接口芯片207输出的数据的电压信号电平的变化也已消除。
信号线233上的从总线接口芯片207输出的数据信号具有的幅度随外设的不同而不同。本例中，从外设中输出的数据信号的幅度在0—5伏之间。电阻217和223构成了一个分压网络，把上述幅度降至Q1227的发射极上的偏置电压上下0.5Vpp。电容221和219构成了一个滤波机制，用于去除电路中的噪声。电感215已起滤波的作用。
一旦外设将233降至其低状态并维持一个预定时间时从而获得对总线的控制时，它就使晶体管Q2 213导通，数据被从上行连线211送出，送至转发器107。外设225的电源可能与转发器237的电源不同。不管它们如何不同，数据总线仍应具有一个公共偏置电压。原始的偏置电位因转发器电源237和电阻器239产生。当外设最初工作时，通/断开关201以及下行连线203也被切换至导通状态。这将使下行总线接地，进而通知转发器107：一个新的外围设备111已与串行总线107相连，下行连线用来从转发器107向所有的外围设备送出一个公共的时钟源。从外设111送出的所有数据信号必须具有约50％的有效占空比。有效占空比50％被定义成数据信号的平均值等于峰峰值电压的1/2。这能使偏置点稳定在转换电平的中点，从而使转发器能正确地恢复出数据。如果输出信号线233在一段足够长的时间内保持高状态或者低状态，那么Q1227的发射路上的DC偏置电平将最终被调整到数据被保持住的电压电平，这将引起数据传输错误。这个潜在的问题由送出能确保数据信号的转换的曼彻斯特缩码数据来实现。
图3是图2中的实施例的一种管型。本实施例中所作的主要改进在于：主机或者转发器107决定Q1315的发射路输出端上的偏置电平，在决定该偏置电平时参考了来自主转发器107的下行连线303以外的偏置电平。其余电路与图2中的完全相同。
在本实施例中有二个关键部分。第一，使用了数据总线中的直流电压电平来偏置外围设备输出的数字信号。这样的偏值消除了来自数据信号的环境特性、电源、地电位、和各个外围设备的信号电平的差异。第二，把各个外围设备输出的信号的幅值调整成一个公共的低幅度信号。通过调整这个幅度，就能发现一个既实现总线存取又能实现低EMI和RFI辐射的电压。

Claims (7)

1.一种总线接口装置，具有一个第一端和一个第二端，上述的第一端与一根数据总线相连，上述的第二端与第一外围设备的至少一个输入端和至少一个输出端相连，上述的数据总线接收幅度不超过0.5V的第一数据信号，上述的至少一个输出端产生一个第二信号，上述的至少一个输入端与数据总线相连，该总线接口装置包括：
用来偏置与数据总线相耦合的第二信号的装置，
用来把第二信号的幅度调整到一个与一个滤波装置有关的预定电平的装置，以及
用来响应于上述的第二信号，访问与上述的调整装置相连的上述数据总线并与之相连的装置。
2.根据权利要求1的总线接口装置，其中上述的偏置装置还包括：
一个具有一个基极、一个发射极和一个集电极的第一晶体管，上述的集电极与一个第一电压电平相连，而上述的发射极与一个第二电压电平相连；
一个具有一个第一端和一个第二端的第二电容，上述的第二端与上述的第二电压电平相连；
一个具有一个第一端和一个第二端的电阻器，上述的第一端与该数据总线相连，上述的第二端与上述第二电容的第一端和上述的第一晶体管的基极相连。
3.根据权利要求1的总线接口装置，其中上述的调整装置还包括：
一个具有一个第一端和一个第二端的第三电阻，上述的第一端与上述滤波装置相连，
一个具有一个第一端和一个第二端的第四电阻，上述的第一端与上述的第三电阻的第二端相连，上述的第二端与上述外围设备的至少一个输出端相连。
4.根据权利要求1的总线接口装置，其中上述的访问装置还包括一个具有一个基极、一个集电极和一个发射极的第二晶体管，上述的基极与上述的调整装置的第一端相连，上述的集电极与一个第二电压电平相连，上述的发射极与上述数据总线相连。
5.根据权利要求1的总线接口装置，其中上述的第一晶体管是NPN晶体管。
6.根据权利要求1的总线接口装置，其中上述的第二晶体管是PNP晶体管。
7.根据前述任一权利要求的总线接口装置，其中，所述总线接口装置被设置在一个无线电话中，所述无线电话包括一个转发器、一个外围设备和一条用于在所述转发器和外围设备之间传送数据信号的数据总线，所述总线接口装置设置在所述外围设备中。
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