CN103346894B - 芯片间接口转换电路和网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种芯片间接口转换电路和网络设备。该电路包括第一光耦和第二光耦；第一光耦的第一二极管的阳极与第一电压源连接，阴极与第一数据端口连接；第一光耦的第一三极管的集电极分别与第二数据端口和第二电压源连接，发射极接地；第二光耦的第二二极管的阳极与第二电压源连接，阴极与第二数据端口连接；第二光耦的第二三极管的集电极分别与第一数据端口和第一电压源连接，发射极接地；第一三极管的集电极与第二二极管的阴极连接，第二三极管的集电极与所述第一二极管的阴极连接。本发明实施例提供的芯片间接口转换电路可实现芯片间信号的双向通讯，且兼容不同规格的供电控制芯片。

Description

芯片间接口转换电路和网络设备

技术领域

本发明实施例涉及光电转换技术，尤其涉及一种芯片间接口转换电路和网络设备。

背景技术

随着信息技术和视频监控行业的不断发展，网络摄像头用于户外越来越广泛，网络供电设备（Power Supply Equipment，简称PSE）的供电技术也应运而生，与此同时作为供电主体的网络视频录像机（Network Video Recorder，简称NVR）对需对网络供电进行管理，NVR芯片与供电控制芯片之间的通信显得越来越重要。

通常，在NVR中配置有NVR主芯片和供电控制芯片（PSE芯片），NVR主芯片用于控制NVR整个系统的运行，作为整体控制中心，同时，NVR主芯片通过PSE芯片连接至供电受体的供电设备，例如IPC等，PSE芯片用来实现对网络供电的有效控制。

在监控产品中，PSE芯片和NVR主芯片中分别带有I2C（内置集成电路，inter-integrated circuit）接口，两芯片通过I2C接口相连，便于NVR主芯片获取PSE芯片的工作状态，有效控制网络摄像机的供电。但是PSE芯片需要50V左右的高压供电，而NVR主芯片工作在5V左右低压状态，两者不能直连通讯，需要在NVR主芯片和PSE芯片之间添加接口防护电路，来保障NVR主芯片与PSE主芯片之间的稳定有效通信。目前在现有技术中，PSE芯片采用单向光耦来做I2C电平隔离转换，PSE芯片端将串行数据（Serious data，简称SDA）信号分成串行数据输入（Serious data input，简称SDAI）和串行数据输出（Serious dataoutput，简称SDAO），原来的双向信号分解为输入和输出的单向信号，即将标准的I2C信号分解为时钟、输入和输出，三根线的信号，通过单向光耦来实现I2C中的串行时钟（Seriousclock，简称SCL）、串行数据输入（Serious Data Input，简称SDAI）和串行数据输出（Serious Data Output，简称SDAO）传输，SDAI和SDAO可统称为SDA。

但是现有技术也存在一定缺陷，一方面无法实现SDA的双向通讯，另一方面也不是所有厂家的PSE芯片都是将SDA信号分为SDAI和SDAO，存在兼容性差问题。

发明内容

本发明实施例提供一种芯片间接口转换电路和网络设备，用以解决以上现有技术的缺陷，实现I2C的稳定通讯，尤其是SDA信号的双向通讯，兼容不同规格的PSE芯片。

第一方面，本发明实施例提供一种芯片间接口转换电路，包括：

第一光耦和第二光耦，其中所述第一光耦包括第一二极管和第一三极管，所述第二光耦包括第二二极管和第二三极管；

所述第一二极管的阳极与第一电压源连接，所述第一二极管的阴极与第一数据端口连接；所述第一三极管的集电极分别与第二数据端口和第二电压源连接，所述第一三极管的发射极接地；

所述第二二极管的阳极与所述第二电压源连接，所述第二二极管的阴极与所述第二数据端口连接；所述第二三极管的集电极分别与所述第一数据端口和所述第一电压源连接，所述第二三极管的发射极接地；

所述第一三极管的集电极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二三极管的集电极与所述第一二极管的阴极连接。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第二三极管的集电极通过第一电阻与所述第一二极管的阴极连接，且所述第一电阻为可调节电阻。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第一三极管的集电极通过第二电阻与第二电压源连接；所述第二三极管的集电极通过第三电阻与第一电压源连接。

在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第一三极管的集电极通过第四电阻与所述第二二极管的阴极连接，且所述第四电阻为可调节电阻；

在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第一电压源通过第五电阻与所述第一二极管的阳极连接；所述第二电压源通过第六电阻与所述第二二极管的阳极连接。

在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述第一三极管的发射极通过第七电阻接地；所述第二三极管的发射极通过第八电阻接地。

第二方面，本发明实施例提供一种网络设备，包括主芯片和供电控制芯片，其中，所述主芯片和供电控制芯片各自的内置集成电路的数据端口之间通过本发明任意实施例提供的芯片间接口转换电路相连。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述转换电路与各芯片数据端口的连接点还与各芯片的时钟端口相连。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述主芯片为网络视频录像机主芯片。

本发明实施例提供的芯片间接口转换电路，通过多个分立器件搭建转换电路，实现高电平信号和低电平信号的有效传输，解决了PSE芯片和NVR主芯片之间信号的双向传输通讯，并可兼容不同规格的PSE芯片。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的芯片间接口转换电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的网络设备的工作拓扑图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提供的芯片间接口转换电路的结构示意图。在网络设备中一般会设置主芯片和供电控制芯片，供电控制芯片即PSE芯片。两芯片各自设有I2C接口，两I2C接口之间通过芯片间接口转换电路相连。以NVR作为网络设备为例，主芯片即为NVR主芯片。以下均以NVR主芯片为例进行说明，但本领域技术人员可以理解，其他网络设备的主芯片也可适用此电路。

该芯片间接口转换电路设置在NVR主芯片和PSE芯片之间，为通讯接口的光电转换电路。NVR主芯片和PSE芯片的I2C接口分别设置有时钟端口和数据端口，数据端口记为SDA_NVR和SDA_PSE，时钟端口记为SCL。数据端口分别与各芯片内部的信号源相连来传输数据信号，数据信号以高电平和低电平的电压信号来表示。时钟端口与芯片内部时钟源相连，同样以高电平和低电平的脉冲电压信号传输时钟信号。

如图1所示：该芯片间接口转换电路包括第一光耦U1和第二光耦U2，其中第一光耦U1包括第一二极管D1和第一三极管T1，第二光耦U2包括第二二极管D2和第二三极管T2。两个二极管D1和D2分别为发光二极管，在导通时发光，两个三极管T1和T2的基极与对应的二极管对应设置，在二极管发光时三极管导通。第一二极管D1的阳极P1与第一电压源VCC1连接，第一二极管D1的阴极N1与第一数据端口SDA_PSE连接；第一三极管T1的集电极C1分别与第二数据端口SDA_NVR和第二电压源VCC2连接，第一三极管T1的发射极E1接地；第二二极管D2的阳极P2与第二电压源VCC2连接，第二二极管D2的阴极N2与第二数据端口SDA_NVR连接；第二三极管T2的集电极C2分别与第一数据端口SDA_PSE和第一电压源VCC2连接，第二三极管T2的发射极E2接地；第一三极管的集电极C1与第二二极管的阴极N2连接，所述第二三极管的集电极C2与第一二极管的阴极N1连接。

上述芯片间接口转换电路中，两个电源VCC1和VCC2由网络设备内的供电控制芯片提供，其用于提供高电平，电压范围一般是3.3-5伏。接地处用于提供低电平，其电压一般视为零，但本领域技术人员可以理解，能提供相对低电压的电平点都可以视为接地。

下面详细说明芯片间接口转换电路的工作过程，本实施例中的低电平和高电平均为逻辑电平的含义，高电平的电压值大于低电平的电压值，例如，高电平的电压值范围是3-5伏，低电平的电压值范围是0-0.25伏。基于上述方案，该芯片间接口转换电路的工作过程为：

当SDA_PSE端输出低电平时，SDA_PSE端由高电平变换为低电平。此时第一二极管D1的阴极N1电平被SDA_PSE的低电平拉低，使得第一二极管D1导通，第一二极管D1发光触发第一三极管T1导通；在第一光耦U1导通后，第一三极管T1的集电极C1电平被拉低，同时与集电极C1电连接的SDA_NVR管脚也会被拉低为低电平，从而第二二极管D2的阴极N2的电平也就会被拉低，这样第二二极管D2导通，第二二极管D2发光触发第二三极管T2导通；在第二光耦U2导通后，第二三极管T2的集电极C2和发射极E2之间的电压就很小，从而就有电流从电源流向地，此时第二三极管T2的集电极C2的电平为低电平，对SDA_PSE端信号就没有影响。因此该电路可以从SDA_PSE端至SDA_NVR端有效传输低电平信号。由于此电路是对称结构，所以基于相同原理也可以从SDA_NVR传递低电平信号至SDA_PSE端。

当SDA_PSE端输出高电平信号时，SDA_PSE端的电平由高电平变换为低电平。此时第一二极管D1的阴极N1电平被拉高，使得第一光耦U1慢慢无法正常导通；第一三极管T1的集电极C1和发射极E1之间电阻变大，所以第一三极管T1的集电极C1被第二电压源VCC2拉高，导致与第一三极管T1的集电极C1电连接的第二二极管D2的阴极N2电平被拉高，第二光耦U2也就慢慢无法正常导通，从而第二三极管T2的集电极C2和发射极E2之间的电阻、电压不断变大，则与第二三极管T2的集电极C2连接的第一二极管D1的阴极N1的电压逐渐接近第一电压源VCC1的电压，即SDA_PSE端电压接近第一电压源VCC1；由于第一光耦U1也无法正常导通，第一三极管T1的集电极C1和发射极E1之间电阻、电压也会不断变大，最终第一三极管T1的集电极C1被拉高至第二电压源VCC2，即SDA_NVR端电压接近第二电压源VCC2。所以当SDA_PSE端传输高电平信号时，SDA_NVR端也为高电平，实现高电平时有效传输信号。由于此电路是对称结构，所以基于同样原理也可以从SDA_NVR端传递高电平信号至SDA_PSE端。

如图1所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的芯片间接口转换电路还可以包括：

第二三极管T2的集电极C2通过第一电阻R1与第一二极管D1的阴极N1连接。可通过改变第一电阻R1的大小来调节信号传输过程中高低电平反转的时间，还可剔除传输信号中的毛刺。

第一三极管T1的集电极C1通过第二电阻R2与第二电压源VCC2连接；第二三极管T2的集电极C2通过第三电阻R3与第一电压源VCC1连接。此处该第二电阻R2和第三电阻R3起到上拉电阻作用，并且还具有限流的作用

第一三极管T1的集电极C1通过第四电阻R4与第二二极管D2的阴极N2连接。可通过改变第一电阻R1的大小来调节高低电平反转的时间，还可剔除传输信号中的毛刺。

第一电压源VCC1通过第五电阻R5与第一二极管D1的阳极P1连接；第二电压源VCC2通过第六电阻R6与第二二极管D2的阳极P2连接。此处该第五电阻R5和第六电阻R6具有限压作用。

第一三极管T1的发射极E1通过第七电阻R7接地；第二三极管T2的发射极E2通过第八电阻R8接地。此处该第七电阻R7和第八电阻R8具有限流、限压的作用，且还可通过改变R7和R8的大小来调节信号传输过程中高低电平反转的时间。

此外，需要说明的是，在本发明实施例中的第一电压源VCC1和第二电压源VCC2的取值可以选择为3.3伏或5伏，而各电阻的取值根据电压源的大小而定，其中R2和R7可选择取值在2000欧左右，剩下电阻的取值范围在1000欧以下，通常选择为百欧级别。本发明实施例提供的电路中电阻和电压的数值并不以此为限，可以根据实际所应用的网络设备的电压要求来设定。且优选是各电阻可设置为可调电阻，从而能根据实际需要调整阻值。

数据端口可以为双向交互的SDA端口，也可以为两个单向的SDAI和SDAO端口。对不同规格的供电控制芯片，有些芯片有SDAI和SDAO两根线，有些芯片仅有SDA一根线。若存在两根线时，可以将第一电阻R1和第四电阻R4处断开，从而将SDA分成两根线分别进行SDAI和SDAO通讯。此外，I2C两边的电压不同，可以采用不同的端接电压来实现I2C的电平转换，从而达到对不同I2C接口电平的转换。所以，该转换电路对电压具有一定的兼容性，也可对不同规格芯片具有一定兼容性。

图2为本发明实施例提供的网络设备的工作拓扑图，如图2所示，本实施例提供的网络设备包括主芯片10和供电控制芯片20，其中，所述主芯片10和供电控制芯片20各自的内置集成电路的数据端口SDA之间通过本发明任意实施例所提供的芯片间接口转换电路30相连。

则网络设备的主芯片和供电控制芯片可以基于该转换电路传输数据信号。

优选是，所述转换电路的结构也可用于传输SCL，将所述转换电路与各芯片数据端口的连接点替换为与各芯片的时钟端口相连。即，该转换电路不仅能够用于传输数据信号，同时还可以替换为用于传输时钟信号。

本发明实施例中，该主芯片优选为网络视频录像机主芯片，即该网络设备为NVR设备。通常，PSE芯片需要50V左右的高压供电，即处理高压环境中。而NVR主芯片工作在5V左右低压状态。通常工作于高低压环境的两个芯片并不能直连来传输信号。本发明实施例所提供的转换电路解决了这一问题，通过光耦与电源的电路配合，有效地隔离传输低压信号。并且，本发明实施例的技术方案，利用了光耦信号传输，能够满足较高的信号传输速率，一般可达到数兆赫的级别。当然，本领域技术人员可以理解，该网络设备不限于为NVR，还可以为其他需要实现网络供电的设备。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种芯片间接口转换电路，其特征在于，包括第一光耦和第二光耦，其中所述第一光耦包括第一二极管和第一三极管，所述第二光耦包括第二二极管和第二三极管；

所述第一二极管的阳极与第一电压源连接，所述第一二极管的阴极与第一数据端口连接；所述第一三极管的集电极分别与第二数据端口和第二电压源连接，所述第一三极管的发射极接地；

所述第二二极管的阳极与所述第二电压源连接，所述第二二极管的阴极与所述第二数据端口连接；所述第二三极管的集电极分别与所述第一数据端口和所述第一电压源连接，所述第二三极管的发射极接地；

所述第一三极管的集电极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二三极管的集电极与所述第一二极管的阴极连接；

所述第二三极管的集电极通过第一电阻与所述第一二极管的阴极连接；所述第一电阻为可调节电阻；

所述第一三极管的集电极通过第二电阻与第二电压源连接；所述第二三极管的集电极通过第三电阻与第一电压源连接；

所述第一三极管的集电极通过第四电阻与所述第二二极管的阴极连接；所述第四电阻为可调节电阻；

所述第一电压源通过第五电阻与所述第一二极管的阳极连接；所述第二电压源通过第六电阻与所述第二二极管的阳极连接；

所述第一电压源通过所述第三电阻和第一电阻与所述第一数据端口连接；所述第二电压源通过所述第二电阻与所述第二数据端口连接。

2.根据权利要求1所述的芯片间接口转换电路，其特征在于，所述第一三极管的发射极通过第七电阻接地；所述第二三极管的发射极通过第八电阻接地。

3.一种网络设备，包括主芯片和供电控制芯片，其特征在于，所述主芯片和供电控制芯片各自的内置集成电路的数据端口之间通过权利要求1～2任一项所述的芯片间接口转换电路相连。

4.根据权利要求3所述的网络设备，其特征在于，所述转换电路与各芯片数据端口的连接点还与各芯片的时钟端口相连。

5.根据权利要求3所述的网络设备，其特征在于，所述主芯片为网络视频录像机主芯片。