CN103339678B - 用于电子存储装置的无源接口 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于将电子存储装置连接到外部电路的无源接口。所述无源接口包括位于电子存储装置上的信号接点、电源接点和接地接点。第一无源元件在所述信号接点和所述电源接点之间形成电连接。第二无源元件在所述电源接点和所述接地接点之间形成电连接。电源接点通过信号接点和电源接点之间的电连接接收调解后的电压信号。这种无源接口可用于多种装置中，所述装置包括用于本安型应用的头戴耳机。

Description

用于电子存储装置的无源接口

技术领域

本发明涉及用于电子存储装置的接口，更具体地讲，涉及将电子存储装置连接到外部电路的无源接口。

背景技术

计算机和其他电子装置在很多情况下依赖于保存的信息。保存的信息（在很多情况下为数字数据）可记录于存储装置（例如，集成电路芯片）中并且可用于制定和指导电路动作的决策。随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)为用于电子电路中的两种常用类型的存储器。RAM通常被认为是易失性的，以使得如果失去或关闭存储装置的电源，则会丢失所保存的数据。另一方面，ROM通常被认为是稳定的，但传统上不能进行修改（或难以修改）。然而，ROM的较新形式（例如EPROM和EEPROM）能够进行多次的擦除和再编程。

当存储装置用于电子装置中时，其需要与电子装置的电路或外部电路中的其他点的电连接。这些电接点（通常称为引脚）将外部电路连接到电子存储装置。连接到电子存储装置上的接点的接口或外部电路中增加数量的线路可为存储装置产生较多种类的电源电平或较多的数据线。然而，增加数量的电连接也可增加电气短路或电气误差的风险并且需要较大的成本和空间。用于存储装置的与外部电路具有减少数量的电连接的接口将为受欢迎的。

发明内容

本发明提供了用于电子存储装置的与外部电路具有减少数量的电连接的接口。更具体地讲，提供了利用单个电连接将电子存储装置上的信号接点和电源接点电连接到外部电路的无源接口。这种接口相对于用于电子存储装置的现有接口可具有若干优点。例如，需要仅一条线路来将外部电路电连接到信号接点和电源接点能够减少将电子存储装置连接到外部电路或电子装置所需的电连接的总数。这又能够减少这种接口所需的空间量。这能够提供有益效果，例如较高的设计灵活性，或者具体地讲，电子存储装置和电路的其他部分之间的较小连接缆线。

此外，本发明能够提供本安型应用中的优点。本安型装置被设计为使得其中的电子设备受到保护以防经受爆炸性环境和不合常规的操作条件。本安型设计内在的理论为确保电子系统在任何给定时间获得的电能和热能均为足够低的，以使得不可能发生危险性环境的引燃。本发明可通过减少从外部电路连接到电子储存装置所需的电连接的数量而有助于本安型系统。用于本安型系统的认证可因国家而有所不同。例如，在美国，可需要工厂互保研究中心（Factory Mutual）认证。在欧洲，94/9/EC条例（也称为ATEX（“易爆炸环境（Atmosphères Explosibles）”））支配本安型装置。

在第一情况下，本发明提供了用于电子存储装置的无源接口。无源接口包括位于电子存储装置上的信号接点、电源接点和接地接点。第一无源元件在信号接点和电源接点之间形成电连接。第二无源元件在电源接点和接地接点之间形成电连接。电源接点通过信号接点和电源接点之间的电连接接收调解后的电压信号。

本发明还提供了将外部电路连接到电子存储装置的方法。所述方法包括将外部电路的信号线电连接到电子存储装置上的信号接点并且将第一无源元件电连接在电子存储装置上的信号接点和电源接点之间。所述方法还包括将第二无源元件电连接在电子存储装置上的电源接点和接地接点之间并且将外部电路的地线电连接到接地接点。电源接点通过信号接点和电源接点之间的电连接接收调解后的电压信号。

本发明还提供了包括一按通头戴耳机的通信头戴耳机，所述一按通头戴耳机包括换能器、扬声器、传声器和电子存储装置。电子存储装置设有无源接口。无源接口包括位于电子存储装置上的信号接点、电源接点、和接地接点。第一无源元件在信号接点和电源接点之间形成电连接。第二无源元件在电源接点和接地接点之间形成电连接。电源接点通过信号接点和电源接点之间的电连接接收调解后的电压信号。

附图说明

结合附图，由以下对本发明各实施例的详细描述可以更全面地理解本发明，其中：

图1示出了示例性的电子存储装置；

图2示出了符合本发明的无源接口的框图；

图3A-3B示出了用于将电子存储装置电连接到外部电路的无源接口的示意图；

图4A-4B示出了当将电子存储装置利用无源接口连接到外部电路时正从电子存储装置读取数据过程中的电源接点和信号接点处的电压电平；并且

图5示出了其中可使用将电子存储装置连接到外部电路的无源接口的示例性头戴耳机。

附图未必按比例绘制。附图中所使用的类似标号是指类似部件。然而，应当理解，使用标号来指代给定附图中的部件并非意图限制另一附图中使用相同标号标记的部件。

具体实施方式

本发明涉及用于将电子存储装置电连接到外部电路的无源接口。无源接口可导致较小的接口空间需求、较高的设计灵活性，并且具体地讲，可导致电子存储装置和电路的其他部件之间的较小连接缆线。另外，无源接口可导致减少的电线和较低的电能，这在本安型系统中可为有价值的。

图1示出了可与无源接口结合使用的示例性的电子存储装置10。电子存储装置10可为集成电路（也称为IC、芯片、或微芯片）。电子存储装置的类型的例子包括：RAM、ROM、EPROM、EEPROM、FLASH、和任何其他适当类型的电子存储装置。

电子存储装置10的主体12可由半导体装置和电子元件制成，并且可制备在半导体材料的基底的表面中。电子存储装置10上的引脚14提供电子存储装置10和外部电路之间的电接点。电子存储装置10可具有任何适当数量的引脚，例如，3个、4个、8个、16个等等。引脚14通常具有指定的功能，包括（但不限于）电源、地、时钟、控制、数据、数据输入和数据输出、以及其他信号。单个电子存储装置10可具有多个电源引脚，所述多个电源引脚旨在被连接到多个不同电源。电子存储装置10也可具有多个数据引脚以用于串行或并行通信。一些电子存储装置10可具有单个数据引脚以用于接收和发送数据。与电子存储装置的通信可为同步的或异步的。

电子存储装置10可通过多种方式连接到外部电路。在其中电子存储装置10为芯片的一些构型中，其可被焊接到电路板，使得每个引脚14电连接到电路板上的指定焊盘。电路板焊盘通常连接到迹线，所述迹线将引脚14电连接到外部电路的其他电子元件和部件。在其他构型中，电子存储装置10可为通过缆线连接到底座或外部装置的设备（例如，连接到收音机、计算机、移动电话、或其他装置的头戴耳机）的部分。在这种情况下，将设备连接到底座或外部装置的缆线包括导线，以用于电子存储装置10的每一个引脚14，所述引脚14旨在连接到底座装置中的外部电路。这将参照图5进行更详细的描述。

图2示出了符合本发明的用于电子存储装置20的无源接口24的框图。在图2中，电子存储装置20示为具有信号接点26、电源接点27和接地接点28。然而，根据本发明，电子存储装置20可具有多个信号接点26、电源接点27和接地接点28，除此之外还可具有其他接点。信号接点26可用于任何瞬态信号的通信，例如，发送数据、接收数据、发送和接收数据、接收时钟信号、或任何其他合适的信号。电源接点28可被构造为直流电源接点，使得电源接点28被设计用于连接到基本上稳定的电压源。在这种构型中，电源接点28可被构造用于接收任何适当的电压电平，例如，1.8V、3.3V、5V、或任何其他电压，包括这些所列范围中的电压电平。接地接点28可电连接到外部电路中具有零伏恒压值或某些其他电压（通常低于电连接到电源接点27的电压电平）的接点。

示出了将电子存储装置20连接到外部电路30所需的常规接口22。在这种接口22中，需要信号接点26、电源接点27和接地接点28到外部电路30的单独连接。相比之下，符合本发明的无源接口24在无源接口24外面仅需要信号接点26和接地接点28的单独电连接以将电子存储装置连接到外部电路30。在符合本发明的示例性实施例中，无源接口24仅使用无源元件，例如电阻器、电容器、和电感器。

图3A-3B示出了用于将电子存储装置20电连接到外部电路的无源接口的示意图。在图3A中，电子存储装置20具有信号接点26、电源接点27和接地接点28。无源接口24包括第一无源元件和第二无源元件。在此构型中，第一无源元件为电阻器23并且第二无源元件为电容器25。第一无源元件（电阻器23）电连接在信号接点26和电源接点27之间。第二无源元件（电容器25）电连接在电源接点27和接地接点28之间。电源接点27通过信号接点26和电源接点27之间的电连接接收调解后的电压信号。在此示例性实施例中，通过流过第一无源元件（电阻器23）的电流来产生调解电压信号。通过将信号接点26连接到外部电路30的信号线以及通过将接地接点28连接到外部电路30的地线来将电子存储装置20连接到外部电路30。

可使用多种不同的方法来选择电阻器23和电容器25的数值。例如，在电子存储装置20的一种构型中，无源接口24可用于如下装置中，其中外部电路30需要与电子存储装置20的仅间歇通信。这种装置的实例可包括如参照图5所述的头戴耳机（例如一按通头戴耳机），除此之外还可包括其他装置，例如对讲传声器、入耳式头戴耳机、以及其中可能有利的是存储并且随后读取产品性能信息或其他此类特征的装置。在这种装置中，信号接点26在电子存储装置20与外部电路30的某些通信周期过程中保持为空闲的。这种空闲时间可称为“驻留时间”。在驻留时间期间，电容器25再充电以增加电源接点27处的电压电平，如参照图4A-4B更详细所述。使电源接点27处的电压电平增加到通信必需电平所需的驻留时间定义为：

T=5*R*C

其中“T”是驻留时间，“R”是电阻器23的以欧姆(Ω)为单位的电阻值，并且“C”是电容器25的以法拉(F)为单位的电容值。

从上述公式显而易见的是，选择小数值的R和C能够使所需的驻留时间缩至最短。然而，C被优选地选择为仍足够大的以保持足够的电荷，由此来完成信号接点上的所需数量的事务同时将电压电平保持为等于或高于电子存储装置20所需的最低工作电压以用于通过信号接点26发送和接收信号。选择C的数值时应考虑的因素包括电子存储装置的最低工作电压、在与电子存储装置20通信时通过信号接点26发送的电流、以及通过信号接点26发送的信号的频率。电容值C可为一系列合适的数值，例如0.1μF至1.0F、或这两者间的任何数值。

同样，R可被选择为适当的尽可能小的，以最小化驻留时间。然而，当选择R的数值时可考虑其他因素。例如，R优选为足够大的，以提供信号接点26与电源接点27的隔离，由此允许通过信号接点26来传送信号，从而实现电子存储装置适当发挥功能所需的最小输出低电压(VOL)电平。还应考虑电子存储装置规格的逻辑电平低电压(VL)。电阻值R可为一系列合适的数值，例如1Ω至100kΩ范围内的数值。

图3B示出了其中无源接口24包括第一无源元件和第二无源元件的构型。在此构型中，第一无源元件为电感器21，并且第二无源元件为电阻器29。第一无源元件（电感器21）电连接在信号接点26和电源接点27之间。第二无源元件（电阻器29）电连接在电源接点27和接地接点28之间。电源接点27通过信号接点26和电源接点27之间的电连接接收调解后的电压信号。在此示例性实施例中，通过流过第一无源元件（电感器21）的电流来产生调解电压信号。通过将信号接点26连接到外部电路30的信号线以及通过将接地接点28连接到外部电路30的地线来将电子存储装置20连接到外部电路30。

对于图3B所示的构型，按照如下所示公式来计算驻留时间：

T=(5*L)/R

其中“T”是驻留时间，“L”是电感器21的以亨利(H)为单位的电感值，并且“R”是电阻器29的以欧姆为单位的电阻值。

如同图3A一样，图3B中的电感器21和电阻器29的数值可被选择用于最小化电子存储装置20的通信周期之间所需的驻留时间。此处，为了最小化所需的驻留时间，L优选为尽可能小的数值并且R优选为尽可能大的数值。在选择L的数值中应考虑的附加因素包括确保L上的电压差为足够大的，以提供信号接点26与电源接点27的隔离，由此允许通过信号接点26来传送信号，从而实现电子存储装置适当发挥功能所需的VOL电平。还应考虑电子存储装置规格的VL。电感值L可为一系列合适的数值，例如1mH至1H范围内的数值。

当选择R的数值时，因素包括确保R为足够大的以将电源接点处的电压电平保持为足够高的，由此来完成信号接点上的所需数量的事务同时将电压电平保持为等于或高于电子存储装置20所需的最低工作电压以用于通过信号接点26发送和接收信号。选择R的数值时应考虑的因素包括电子存储装置的最低工作电压、在与电子存储装置20通信时通过信号接点26发送的电流、以及通过信号接点26发送的信号的频率。电阻值R可为一系列合适的数值，例如10Ω至1kΩ范围内的数值。

在图3A和3B中，为了将电子存储装置20电连接到外部电路，仅需要两个接点，相比之下，在常规接口中需要三个接点。本领域的技术人员将易于理解的是，这种接口可用于具有任何所需数量的引脚的电子存储装置以实现类似的优点。本领域的技术人员还将理解的是，可使用无源电子元件的组合来取代第一无源电子元件或第二无源电子元件。例如，可使用多个并联的、串联的、或混联的元件来取代电阻器23、电容器25、电感器21、或电阻器29。

图4A示出了当将电子存储装置利用图3A所示的无源接口连接到外部电路时正从电子存储装置读取数据过程中的电源接点和信号接点处的电压电平。轴线40表示时间并且轴线42表示电压电平。在图4A中，轴线40的时间标度是每个大格40a为20ms。轴线42的电压标度是每个大格42a为500mV。信号电压电平44是在信号接点26处监测到的。电源电压电平46是在电源接点27处监测到的。在其中信号电压电平44上下振荡的时间周期期间，在电子存储装置和外部电路之间通过信号接点26产生通信周期。在通信周期期间，电源电压电平46因电容器25的放电而逐渐地降低。当在信号接点26上不产生通信时，数据电压电平看起来为较高的。在此时间期间，电容器25再充电，由此提高电源电压电平46。

图4B示出了如同图4A的正从电子存储装置读取数据过程中的电源接点和信号接点处的电压电平，但示出了较小的时间周期。在图4B中，轴线40的时间标度是每个大格40a为200μs。轴线42的电压标度是每个大格42a为500mV。如同图4B一样，在通信周期期间，电源电压电平46因电容器25的放电而逐渐地降低。在此图示实施例中，如果通信周期无限期地延长，则电源电压电平46将降至电子存储装置所需的最低工作电压电平之下。

图5示出了其中可使用将电子存储装置连接到外部电路的无源接口的示例性头戴耳机50。头戴耳机50包括耳罩52，所述耳罩52可有源地或无源地保护佩戴者的耳以免经受环境噪声。可通过头带56来连接耳罩52以使其固定到佩戴者的耳上。将扬声器54装配到耳罩52内以放大接收到的声音，以便佩戴者能够听到。这种头戴耳机可为还包括传声器（未示出）的一按通头戴耳机，其中佩戴者可在讲话之前按压按钮（未示出）以启动传声器。当佩戴者停止按压按钮时，传声器将中止接收佩戴者的声音。电源和数据缆线58将头戴耳机50电连接到收音机或其他通信装置。

可将具有符合本发明的无源接口的电子存储装置装配到头戴耳机50或类似的头戴耳机（例如入耳式头戴耳机）内。电子存储装置可用于存储有关头戴耳机50的信息，例如有关头戴耳机50的使用时间、维护史、接触、服务日期、产品历史或类型的信息。当随后将头戴耳机连接到外部装置时，可通过无源接口和电源缆线58将存储的信息发送到外部装置。外部装置鉴定头戴耳机50以确认其是否为恰当的头戴耳机、是否需要维护、是否应替换、或是否具有任何其他所需组的信息。

当利用符合本发明的无源接口将电子存储装置连接到外部电路时，这可减少将电子存储装置连接到外部电路（例如，收音机或其他通信装置中的外部电路）所需的电连接数。无源接口的此类用途可减少用于数据和电源缆线58的导线数。另外，减少的电连接可提高便利性以满足用于危险性环境中的本安型应用的需求。减少的电连接数也可降低对于连接器的需要、降低电衰竭的机率、以及降低用于制备装置的材料成本。

实例

构造用于电子存储装置的无源接口并且将数据写入电子存储装置以及从电子存储装置读取数据。所用的存储装置为由亚利桑那州钱德勒（Chandler,Arizona）的Microchip Technology Inc.制备的具有1Kbit存储器的Serial EEPROM。使用图3A所示的接口来将电子存储装置连接到外部电路。电阻器具有10kΩ的电阻。电容器具有3μF的电容。外部电路与电子存储装置在指定用于该装置的最大频率（100kHz）下进行通信。选择的电阻器和电容器的数值确保电源接点接收到用于装置的足够能量，以在大约1秒的时间内发送存储器(1Kbit)的全部内容。利用上文指定的驻留时间公式：

T=5*R*C

其中“T”是驻留时间，“R”是电阻器的以欧姆为单位的电阻值，并且“C”是电容器的以法拉为单位的电容值，含有合适数值的公式如下：

T=5*(3μF)*(10kΩ)

再充电电源节点处的电压电平需要的所得驻留时间为约150毫秒。

尽管已经结合优选的实施例描述了本公开，但是本领域的技术人员将知道，可以在不脱离本公开的精神和范围的条件下进行形式和细节上的修改。

Claims (23)

1.一种用于电子存储装置的无源接口，所述无源接口包括：

位于电子存储装置上的信号接点、电源接点和接地接点；

在所述信号接点和所述电源接点之间形成电连接的第一无源元件；

在所述电源接点和所述接地接点之间形成电连接的第二无源元件；

其中所述电源接点通过所述信号接点和所述电源接点之间的所述电连接接收调节后的电压信号；

其中所述信号接点为瞬态信号接点并且其中所述电源接点为直流电源接点。

2.根据权利要求1所述的无源接口，其中所述无源接口为本安型系统的一部分。

3.根据权利要求1所述的无源接口，其中所述第一无源元件包括电阻器并且所述第二无源元件包括电容器。

4.根据权利要求3所述的无源接口，其中所述电阻器具有介于1欧姆和100k欧姆之间的电阻。

5.根据权利要求3所述的无源接口，其中所述电容器具有介于0.1微法拉和1.0法拉之间的电容。

6.根据权利要求1所述的无源接口，其中所述第一无源元件包括电感器并且所述第二无源元件包括电阻器。

7.根据权利要求6所述的无源接口，其中所述电感器具有介于0.001亨利和1.0亨利之间的电感。

8.根据权利要求6所述的无源接口，其中所述电阻器具有介于10欧姆和1k欧姆之间的电阻。

9.根据权利要求1所述的无源接口，其中通过所述信号接点来发送数据。

10.根据权利要求1所述的无源接口，其中所述信号接点为输入和输出接点。

11.根据权利要求1所述的无源接口，其中所述信号接点为时钟接点。

12.根据权利要求1所述的无源接口，其中所述电子存储装置能够通过所述信号接点来发送和接收数据。

13.根据权利要求1所述的无源接口，其中所述无源接口包括在头戴耳机中。

14.根据权利要求13所述的无源接口，其中所述头戴耳机为一按通头戴耳机。

15.一种通过使用无源接口将外部电路连接到电子存储装置的方法，所述方法包括：

将所述外部电路的信号线电连接到所述电子存储装置上的信号接点；

将第一无源元件电连接在所述电子存储装置上的所述信号接点和电源接点之间；

将第二无源元件电连接在所述电子存储装置上的所述电源接点和接地接点之间；

将所述外部电路的地线电连接到所述接地接点；

其中所述电源接点通过所述信号接点和所述电源接点之间的所述电连接接收调节后的电压信号；

其中所述信号接点为瞬态信号接点并且其中所述电源接点为直流电源接点。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述无源接口为本安型系统的一部分。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一无源元件包括电阻器并且其中所述第二无源元件包括电容器。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二无源元件包括电感器并且其中所述第二无源元件包括电阻器。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述电子存储装置能够通过所述信号接点来发送和接收数据。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述无源接口包括在头戴耳机中。

21.根据权利要求15所述的方法，其中所述电子存储装置为串行EEPROM。

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述电子存储装置用于存储有关下述至少一者的信息：使用时间、维护史、接触、和类型。

23.一种通信头戴耳机，所述通信头戴耳机包括：

一按通头戴耳机，所述一按通头戴耳机包括换能器、扬声器、传声器和电子存储装置；

其中所述电子存储装置设有无源接口；

其中所述无源接口包括：

位于电子存储装置上的信号接点、电源接点和接地接点；

在所述信号接点和所述电源接点之间形成电连接的第一无源元件；

在所述电源接点和所述接地接点之间形成电连接的第二无源元件；并且

其中所述电源接点通过所述信号接点和所述电源接点之间的所述电连接接收调节后的电压信号；

其中所述信号接点为瞬态信号接点并且其中所述电源接点为直流电源接点。