CN103516572A - 内置接口电路 - Google Patents

Abstract

提供一种内置接口电路，即使设备陷入了异常动作状态，也能够将对网络的影响抑制在最小限度内。本发明的内置接口电路具有：差动接收器(14)，通过一对接收端子(Rx1、Rx2)接收差动串行信号；差动驱动器(15)，向一对发送端子(Tx1、Tx2)输出差动串行信号；通过设备状态判断单元(与门31)判断内置有该内置接口电路的设备是否处于正常运行状态，在设备状态判断单元判断为处于正常运行状态时，切换单元(17、18)分别将一对接收端子与差动接收器(14)之间、以及差动驱动器(15)与一对发送端子之间连接，在设备状态判断单元判断为处于不正常运行状态时，切换单元(17、18)将一对接收端子与一对发送端子之间连接。

Description

内置接口电路

技术领域

本发明涉及一种内置在与网络连接的设备中的内置接口电路(Built-inInterface Circuit)。

背景技术

通过半双工方式的差动串行接口进行设备间连接的网络，具有各种各样的网络连接机构。例如，具有需进行高速通信的路径、连接台数众多的路径和布线长度长的路径等按各种规格组建的最佳结构。此外，在半双工方式的差动串行接口中，主要在发送/接收中共用双线的差动信号，通过通信状况监视器和协议控制来形成收发定时。

例如，专利文献1中，假设了CPU等的控制器与显示面板或照相机等周围设备之间的通信接口，通过将本机的发送端口连接在后级的接收端口上，并且将本机的接收端口连接在前级的发送端口上来组建网络。在专利文献1中公开了如下的方法：将控制设备和被控制设备连接成环状的网络，使得在连接有大量的被控制设备的情况下，不需要增加信号线的根数，就能够以最小限度的信号线来连接所有的设备。

此外，在专利文献2中提出了如下的方法，即，以将本机的发送端口连接在后级的接收端口上、且将本机的接收端口连接在前级的发送端口上而构成的环形网络为前提。在这种网络中，即使数据传送环境恶化，也可通过用于区别同步信号(Locking Signal)和训练信号(Training signal)的训练标题信号来进行初始化，使各设备同步，并且彼此设定判断电平，由此能够进行单向通信。

专利文献1日本国专利特开2007-49217号公报

专利文献2日本国专利特开2005-150970号公报

上述半双工方式的差动串行接口主要应用于具有接收/发送功能的多台设备在彼此之间进行通信的场合。作为使用了该半双工方式的差动串行接口的网络构成的优点，例如可举出以下几点：由于只需使用二根形成差动信号的布线就能够进行网络连接，所以能够降低组建网络所需的成本；以及能够精简各设备的接口电路等。

另一方面，作为组建该网络时的制约点，例如可举出以下几点：需要使用与半双工方式相对应的协议；以及需要对与布线长度和连接设备台数对应的通信质量(通信速度、误码率等)进行验证。尤其是布线长度和通信速度的影响大，为了保证一定的通信质量，随着布线长度的增加，不得不降低通信速度。随着通信速度的下降，系统的响应性能等会受到影响，所以优选使网络实现高速化。

此外，网络上连接的设备台数越多，设备发生故障时对网络的影响越大。在所述专利文献1中，使网络正常运行的前提是，通过本机来判断并转发接收数据的功能要处于正常运行状态，在因设备故障或电源异常等而陷入了异常动作状态时，与该设备的后级连接的网络上的通信线路可能会失效而导致无法进行通信。此外，在所述专利文献2中也存在同样的问题。

在与网络连接的设备因设备故障或电源异常等而陷入了异常动作状态时，可以采用各种技术来解决。例如，在从该异常动作状态的设备向其他设备发送了异常通知信息等时，在其他设备侧以绕过该异常动作状态的设备的方式在网络上组建其他路径，由此在其他的设备之间进行通信。

此外，还可能会发生无法发送异常通知信息等的故障。为了应对这种故障，例如需要使各设备具备始终监视接收数据是否发生了异常的监视功能、定期进行通信以确认其他设备的状态的确认功能等。也就是说，需要预先在设备中设置用于与网络连接的设备陷入了异常动作状态时在其他设备侧对该状态进行检测的功能，并且需要对网络上的通信路径进行变更等，所以会对网络产生很大的影响。

发明内容

本发明是鉴于以上的情况而作出的，本发明的目的在于，提供一种内置接口电路，使得与网络连接的设备即便陷入了异常动作状态，也能够维持与网络上的其他设备之间的连接状态，从而能够将对网络系统的影响抑制在最小范围内。

为了解决上述课题，本发明提供一种内置接口电路，其特征在于，具有：一对接收端子；一对发送端子；设备状态判断单元，所述设备状态判断单元判断内置有所述内置接口电路的设备是否处于正常运行状态；差动接收器，所述差动接收器通过所述一对接收端子接收差动串行信号；差动驱动器，所述差动驱动器向所述一对发送端子输出差动串行信号；以及切换单元，在所述设备状态判断单元判断为处于正常运行状态时，所述切换单元分别将所述一对接收端子与所述差动接收器之间\以及所述差动驱动器与所述一对发送端子之间连接，在所述设备状态判断单元判断为处于不正常运行状态时，所述切换单元将所述一对接收端子与所述一对发送端子之间连接。

(发明效果)

根据本发明，能够实现一种即使与网络连接的设备陷入了异常动作状态也能够维持与该网络上的其他设备之间的连接状态，从而能够将对网络的影响抑制在最小的范围内的内置接口电路。

附图说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的内置接口电路的电路结构图。

图2(a)是说明开关元件的说明图，图2(b)是表示开关元件被切换到与图1相反的一侧时的连接状态的局部电路结构图。

图3是将N台内置有实施方式的内置接口电路的设备连接而构成环形网络时的结构图。

图4是说明内置有实施方式的内置接口电路的设备的发送时的处理步骤的流程图。

图5是将图3的环形网络应用于门禁管理系统中时的结构图。

图6是实施方式的变形例所涉及的内置接口电路的局部电路结构图。

符号说明：

1-1～1-N、1-P、1-Q内置接口电路

5-1～5-N、5-P、5-Q设备

7p、7q网络

11 连接器

Rx、Rx1、Rx2 接收端子

Tx、Tx1、Tx2 发送端子

13 差动串行收发器

14 差动接收器

15 差动驱动器

17、17a 第一开关元件

18、18a 第二开关元件

19 励磁线圈

21 控制部分

23 WDT功能部分

25 电压监视功能部分

27 第一电阻

28 第二电阻

29 晶体管

31、33、33a 与门

35、35、35a 或门

41、42 非门

具体实施方式

以下，适当参照附图对本发明的内置接口电路的的实施方式进行详细说明。此外，在各附图中，针对相同的部分采用相同的符号来表示，并省略重复的说明。

[实施方式]

图1是本发明的一实施方式所涉及的内置接口电路50的电路结构图。本实施方式的内置接口电路50内置在各种输入设备或各种传感器等设备中，是用于将该设备连接到通过半双工方式的差动串行接口进行设备间连接的网络上的接口电路。此外，如后所述，在实施方式的内置接口电路50中，差动串行信号的连接关系根据设备状态而被切换，图2b表示切换到与图1相反的连接关系时的局部电路结构图。

在图1中，内置接口电路50具有连接器11、差动串行收发器13、第一开关元件17、第二开关元件18、励磁线圈19、控制部分21、晶体管29、第一电阻27、第二电阻28、与门(AND gate)31、33、37以及或门(ORgate)35。

连接器11具有分开设置的差动串行接口的接收端子和发送端子。也就是说，具有正极性端子Rx1和反极性端子Rx2作为接收端子(Rx)，并且具有正极性端子Tx1和反极性端子Tx2作为发送端子(Tx)。根据这种发送端子和接收端子的分开设置结构，能够与其他设备进行菊花链(DaisyChain)连接。

此外，差动串行收发器13中具有通过一对接收端子Rx1、Rx2接收差动串行信号的差动接收器14、和通过一对发送端子Tx1、Tx2输出差动串行信号的差动驱动器15。另外，差动接收器14的使能端子(负逻辑)与接地电位GND连接，差动接收器14被控制成始终有效。此外，差动驱动器15的使能端子(正逻辑)与后述的设备状态信号DST连接，通过该设备状态信号DST来控制差动驱动器15的有效/无效。

另外，权利要求书中所述的切换单元具有第一开关元件17、第二开关元件18、励磁线圈19、第一电阻27、第二电阻28以及晶体管29。

第一电阻27的一端与接收端子的反极性端子Rx2以及差动接收器14的反极性输入连接，另一端与第一开关元件17的第一端子A1连接。此外，第二电阻28的一端与发送端子的正极性端子Tx1以及差动驱动器15的正极性输出连接，另一端与第二开关元件18的第一端子A2连接。第一电阻27和第二电阻28在菊花链连接中的与其他设备的1对1连接中分别作为终端电阻而发挥作用。

第一开关元件17具有与第一电阻27的另一端连接的第一端子A1、与第二电阻28的一端连接的第二端子B1、以及与接收端子的正极性端子Rx1和差动接收器13的正极性输入连接的第三端子C1，用于切换第三端子C1与第一端子A1或者第三端子C1与第二端子B1之间的连接。

此外，第二开关元件18具有与第二电阻28的另一端连接的第一端子A2、与第一电阻27的一端连接的第二端子B2、以及与发送端子的反极性端子Tx2和差动驱动器15的反极性输出连接的第三端子C2，用于切换所述第三端子与所述第一端子或者所述第三端子与所述第二端子之间的连接。

也就是说，在第一开关元件17和第二开关元件18分别与第一端子A1、A2侧连接(图1所示的连接状态)时，将输入到一对接收端子Rx1、Rx2中的差动串行信号供应给差动接收器14。此时，接收该信号的差动串行信号线的正极性侧与反极性侧之间经由第一电阻27连接，通过终端电阻(第一电阻27)进行终端处理。同时，从差动驱动器15输出的差动串行信号输出到一对发送端子Tx1、Tx2中。此时，发送该信号的差动串行信号线的正极性侧与反极性侧之间经由第二电阻28连接，通过终端电阻(第二电阻28)来进行终端处理。

在第一开关元件17和第二开关元件18分别与第二端子B1、B2侧连接时(图2(b)所示的连接状态)，发送端子与接收端子之间被短路，输入到一对接收端子Rx1、Rx2中的差动串行信号直接输出到一对发送端子Tx1、Tx2。此时，终端电阻(第一电阻27或者第二电阻28)不与差动串行信号连接。

如图2(a)所示，第一开关元件17和第二开关元件18通过由励磁线圈19构成的机械式继电器20来实现，连接通过(pnp)晶体管29的导通/截止来切换。也就是说，励磁线圈19与晶体管29串联连接，并连接在电源电位Vcc与接地电位GND之间，晶体管29的基极上连接有后述的设备状态信号DST。

在设备状态信号DST处于高电平(设备处于通常状态)时，晶体管29处于截止状态，励磁线圈19未被施加电压，第一开关元件17和第二开关元件18分别与第一端子A1、A2侧连接(图1所示的连接状态)。另一方面，在设备状态信号DST处于低电平(设备处于非通常状态)时，晶体管29处于导通状态，励磁线圈19被施加电压，第一开关元件17和第二开关元件18分别与第二端子B1、B2侧连接(图2(b)所示的连接状态)。

控制部分21由MPU(Micro-Processing Unit，微处理单元)或者DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)等处理器、存储了程序和各种数据的ROM(Read Only Memory，只读存储器)和RAM(RandomAccess Memory，随机存取存储器)等存储器构成，通过差动接收器14和差动驱动器15进行差动串行信号的收发。也就是说，在进行接收时，读入来自差动接收器14的接收数据RXD，在进行发送时，通过或门35将发送数据TXD输出到差动驱动器15。另外，MPU或者DSP可以使用内置有该内置接口电路50的设备(以下称为“本机”)为了控制设备动作而具备的MPU或者DSP，也可以采用独立的数据通信控制专用的MPU或者DSP。

此外，本实施方式的内置接口电路50具有连接差动接收器14的输出和差动驱动器15的输入的旁通电路。旁通电路具体通过与门33和或门35来实现，在与门33获取接收数据RXD和转发使能信号DE的逻辑积，由或门35获取与门33的输出和发送数据TXD的逻辑和。

也就是说，在判断经由该旁通电路实现的转发功能的有效/无效的转发使能信号DE处于高电平时，接收数据RXD直通(Through)与门33。在发送数据TXD处于低电平时，直通与门33后的接收数据RXD直通或门35，转发功能变为有效。转发使能信号DE是从控制部分21输出的信号。另一方面，在转发使能信号DE处于低电平时，禁止接收数据RXD直通与门33，所以只有来自控制部分21的发送数据TXD能够直通与门33，处于能够实施本机的发送功能的状态。

在此，只在不进行本机的收发，并且将来自与本机的接收端子连接的第一其他设备的差动串行信号转发到与本机的发送端子连接的第二其他设备的转发功能设定为有效时，控制部分21才将该转发使能信号DE设定为有效(高电平)。换言之，在进行本机的收发时，控制部分21将转发使能信号DE设定为无效(低电平)。

与门31相当于权利要求书中的设备状态判断单元，用于判断内置有该内置接口电路的设备(本机)是否处于正常运行状态，输出设备状态信号DST。在本实施方式中，根据电压监视功能部分25输出的电源接通信号PWO、WDT功能部分23输出的WDT复位信号WTR、以及控制部分21输出的起动完成信号STC，判断设备(本机)的运行状态。

电压监视功能部分25始终监视本机的电源电压(Vcc)，在电源电压低于规定的电位时，将电源接通信号PWO设定为低电平。因此，在本机的电源关闭或者停电(包括瞬间停电)等时，电源接通信号PWO处于低电平。

WDT功能部分23在以硬件方式测量时间的监视计时器(Watch-DogTimer)出现了超时时，将WDT复位信号WTR设定为低电平。例如，基于该WDT的计时的校验功能被内置于在构成控制部分21的MPU或者DSP等处理器上运行的程序的正规的处理例程中等中。此时，如果WDT没有在规定的时间内复位(例如，应该在该处理例程的规定的定时执行的WDT复位命令没有被执行)时，出现WDT超时，作为系统复位信号，WDT复位信号WTR变为低电平。

此外，WDT功能部分23和电压监视功能部分25是作为设备具备的RAS(Reliability Availability and Serviceability，可靠性、可用性和可服务性)功能而普遍具备的，在本实施方式中，WDT功能部分23和电压监视功能部分25不包括在内置接口电路50的构成部件中。此外，作为设备不正常运行的状态，例示了WDT超时状态、本机的电源未接通的状态，但也可以是只使用这种状态中的任一种状态的构成，并且也可以设置成根据除此之外的其他原因来判断不正常运行的状态。

此外，起动完成信号STC只在控制部分21的运行状态处于通常状态时变为高电平。例如，在设备的电源接通或者再次接通后，或者在设备再起动后，在控制部分21变为能够运行的状态(能够进行数据收发的状态)之前，设为设备起动还未完成，起动完成信号STC保持在低电平状态。此外，在结束设备(本机)的运行时，在已经没有必要进行基于控制部分21收发的时间点，起动完成信号STC变为低电平，以此来避免切断设备电源时剩余的接收数据RXD残留。

由于在与门31中获取电源接通信号PWO、WDT复位信号WTR以及起动完成信号STC的逻辑积来生成设备状态信号DST，所以在这些信号均变为高电平时，判断为设备(本机)的运行状态处于正常运行状态，并输出高电平的设备状态信号DST。

此时，如上所述，晶体管29变为截止状态，没有电压施加在励磁线圈19上，第一开关元件17和第二开关元件18分别与第一端子A1、A2侧连接(图1所示的连接状态)。由此，差动串行接口的接收侧和发送侧被分离，并且同时第一电阻27和第二电阻28分别与接收侧和发送侧连接，变为终端处理实施后的电路结构。此外，设备状态信号DST与差动串行收发器13的差动驱动器15的使能端子(正逻辑)连接，从而能够实施本机的发送功能、或者经由旁通电路(与门33和或门35)的转发功能。

另一方面，当电源接通信号PWO、WDT复位信号WTR和起动完成信号STC中的任一个变为低电平时，判断为设备(本机)的运行状态处于不正常运行状态，并且从与门31输出低电平的设备状态信号DST。

此时，如上所述，晶体管29变为导通状态，电压施加在励磁线圈19上，第一开关元件17和第二开关元件18分别与第二端子B1、B2侧连接(图2(b)所示的连接状态)。也就是说，输入到一对接收端子Rx1、Rx2中的差动串行信号直接输出到一对发送端子Tx1、Tx2，该设备的转发差动串行信号的转发功能无条件地工作。

如上所述，在本机的运行状态处于不正常运行状态时，通过设备状态信号DST使差动驱动器15变得无效，从而强制地使本机的发送功能和通过旁通电路(与门33和或门35)实现的转发功能变为无效。另外，该设备的转发功能是通过第一开关元件17和第二开关元件18的切换来维持的。

针对电源接通信号PWO和WDT复位信号WTR，由与门37获取两者的逻辑积，并将该逻辑积的结果作为复位信号RST输出到控制部分21。如上所述，在设备(本机)的运行状态变为不正常运行状态后，在其原因已经解除的情况下，例如，本机的电源在停电后因电源恢复供电而被接通的场合，或者在WDT超时时本机的电源还未被切断而是重新进行了起动的场合，该复位信号RST变为高电平，控制部分21能够检测出该情况。也就是说，在通过控制部分21进行恢复(Recovery)处理的同时，设备状态信号DST变为高电平，返回到图1所示的能够进行转发或发送的连接状态。

另外，如本实施方式所示，在判断为不正常运行状态的原因中包括检测电源断开的电源接通信号PWO时，需要通过电池备份来维持通过第一开关元件17和第二开关元件18进行的切换状态。电池备份例如针对电压监视功能部分25、与门31、以及与励磁线圈19和晶体管29的串联电路连接的电源电位Vcc进行。

图3示出了对N台(N为3以上的整数)的内置有本实施方式的内置接口电路50的设备进行菊花链连接而构成的环形网络。

在图3中，环形网络具有N台设备1-1～1-N。第N台设备1-N的一对发送端子Tx经由线缆5-N而连接到第一台设备1-1的一对接收端子Rx上。第j台(j＝2～N-1)设备1-j的一对接收端子Rx经由线缆5-j-1与第j-1台设备1-j-1的一对发送端子Tx连接。此外，第j台设备1-j的一对发送端子Tx经由线缆5-j与第j+1台设备1-j+1的一对接收端子Rx连接。也就是说，在相邻的设备之间将发送Tx端子和接收端子Rx一对一地连接，构成环状的网络(在此，在进行参考符号的标注时，采用了“x-y-1”和“x-y+1”形式的参考符号，其中的第一个“-”表示“的”的含义，第二个“-”表示减法符号)。

此外，在图3中，作为N台设备1-1～1-N中的各设备的内部结构，只示出了内置接口电路50的局部电路40。在此，局部电路40在图1所示的结构中具有连接器11、差动串行收发器13、第一开关元件17、第二开关元件18、第一电阻27以及第二电阻28。

在图3中，在设备1-1～1-N的运行状态中，第j台设备1-j处于不正常运行状态，第j台设备1-j以外的设备处于正常运行状态。因此，在第j台设备1-j以外的设备中，第一开关元件17和第二开关元件18分别与第一端子A1、A2侧连接，处于能够分别经由发送端子Tx转发或者发送经由接收端子Rx接收到的差动串行信号或者本机的发送数据的连接状态。

另一方面，在第j台设备1-j中，第一开关元件17和第二开关元件18分别与第二端子B1、B2侧连接，处于只能够进行将输入到接收端子Rx的差动串行信号直接输出到发送端子Tx的转发的连接状态。此时，第j台设备1-j中的第一电阻27和第二电阻28不与转发路径连接，在从第j-1台设备1-j-1的发送侧到第j+1台设备1-j+1的接收侧的传送路径中，设备1-j-1的第二电阻28和设备1-j+1的第一电阻27分别作为终端电阻而发挥功能。

如上所述，在处于非正常运行状态的设备中，通过第一开关元件17和第二开关元件18的切换，至少维持该设备的转发功能，以此来维持在环形网络上的通信路径，所以能够将对该网络以及该网络的处于正常运行状态的其他设备的影响控制在最小限度内。

以下，参照图4说明在与这种环形网络连接的一台设备中进行的网络的故障检测，该故障检测是在控制部分21进行发送时进行的。图4是说明发送时的处理步骤的流程图。

首先，控制部分21判断本机的应用程序有无发出发送要求(步骤S101)。在此，例如在设备是用于进行门禁管理的读卡器时，在该设备(读卡器)读取到认证信息(ID数据)时等情况下，产生从应用程序发出的发送要求。该有无发送要求的判断断断续续地进行，直到产生发送要求为止，在从应用程序发出了串行通信的发送要求时(S101为有)，进入步骤S102。

接着，控制部分21确认有无接收到来自网络的数据，即确认有无接收中断信号(步骤S102)。在确认到接收中断信号(步骤S102为有)时，由于网络处于使用状态，所以优先进行该接收处理，进入步骤S103实施接收处理。此外，转发使能信号DE变为高电平，接收数据RXD被读入控制部分21中，并经由旁通电路(与门33和或门35)以及差动驱动器15而转发到与发送端子Tx连接的其他设备。

另一方面，在没有确认到接收中断信号时(S102为无)，控制部分21进入步骤S104，将转发使能信号DE设定为低电平，使旁通电路的转发功能变得无效，同时将发送功能设定为有效。

接着，控制部分21以1字节为单位实施数据发送处理(步骤S105)。此时，对该1字节数据的发送次数进行计数的发送次数计数器的计数递增，同时对从该1字节数据的发送开始起算的经过时间进行计时的收发计时器开始进行计时动作。发送次数计数器和收发计时器具体可以由硬件来实现，或者也可以由软件来实现。

控制部分21等待从本机发送的发送数据在网络上循环一周后回到本机。也就是说，判断是否接收到本机的发送数据(步骤S106)。另外，由于来自本机的发送数据被发送到网络上开始到循环一周返回到本机为止的期间，在其他设备侧优先进行接收中断处理，所以只要网络没有发生故障等，本机就不会接收本机的发送数据以外的数据。

在没有接收到本机的发送数据时(S106为否)，控制部分21判断收发计时器的值是否在规定的超时值以上(步骤S111)。当收发计时器的值在超时值以下时(S111为否)，再次在步骤S106中确认有没有接收到本机的发送数据。

也就是说，通过步骤S106和步骤S111来判断从本机发送的发送数据是否在超时值期间内在网络上循环一周后返回到了本机，在达到超时值为止的期间内接收到了本机的发送数据时(S106为是)，进入步骤S107。另一方面，在达到超时值为止的期间内没有接收到本机的发送数据时(S111为是)，进入步骤S112。

在进行步骤S106的判断时，通过将接收到的数据与控制部分21发送的1字节数据进行比较，以进行一致性判断。此外，作为在步骤S111中使用的超时值，使用预先设定的值。例如，将转发路径中的信号传送的延迟时间加上形成与发送比特数(在此为1字节＝8比特)相应的串行数据所需的时间而得到的时间作为超时值，其中，上述延迟时间是从控制部分21发送发送数据TXD起到作为接收数据RXD而接收在网络中循环一周后返回的该发送数据为止的信号传送的延迟时间。

在本机发送发送数据后，如果在达到超时值为止的期间内接收到本机的发送数据(S106为是)，则可以视为网络正常地进行了该1字节数据的收发动作。此时，控制部分21将转发使能信号DE设定为高电平(步骤S107)，并且将旁通电路的转发功能设定为有效的同时，将发送功能设定为无效。

接着，控制部分21在清除发送次数计数器之后(步骤S108)，确认有无下一个发送数据(步骤S109)，在有下一个发送数据时，返回步骤102，针对下一字节数据重复一系列处理。此外，在没有下一个发送数据时，结束处理。

另一方面，在本机发送发送数据后，如果在达到超时值为止的期间内仍然没有接收到本机的发送数据(S111为Yes)，则控制部分21将转发使能信号DE设定为高电平(步骤S112)，并且将旁通电路的转发功能设定为有效的同时，将发送功能设定为无效。

接着，控制部分21参照发送次数计数器，判断该1字节数据的发送次数是否达到了K次(步骤S113)，在还没有达到K次时(S113为否)，返回步骤102，对该1字节数据重复进行一系列的处理。其中，判断所使用的系数K用于规定发生了故障时(收发数据不一致或者接收超时时)的重试次数，重试最多可以进行K-1次。具体来说是，例如K＝2～3。

另一方面，在该1字节数据的发送次数达到了K次时(S113为是)，清除发送次数计数器(步骤S114)后，判断为网络发生了故障，生成错误记录，并且将其存储在存储器中(步骤S115)，之后结束处理。其中，错误记录例如是与所发生的故障的现象(收发数据不一致或者接收超时)、发送数据、接收数据(仅限于有接收数据的场合)以及时间数据(仅限于设备具有时钟功能的场合)等有关的记录。

图5表示将图3的环形网络应用于大楼管理系统时的系统结构图。在图5中，大楼管理系统具有：对整个系统进行统一管理且具有信息收集功能的服务器62、能够阅览由服务器62收集到的信息的客户端PC61、包含第一网络7p和第二网络7q的多个环形网络、以及与这些结构要素连接并对数据通信进行中继的集线器63。此外，大楼管理系统包括由摄像装置构成的监视系统或空调控制系统等各种系统，但在图5中省略了这些系统的图示。

环形网络7p、7q的区分例如按照楼层或者规定的区域划分等进行，构成各个网络的设备中的一个设备具有该网络的主控制器的功能。图5中，在第一网络7p和第二网络7q中，各自的第一台设备1-1具有主控制器功能，通过各自所具有的接口电路50与集线器63连接。此外，也可以设置成不将主控制器功能内置在一台设备中，而是另行设置成具有独立的主控制器的结构。

在第一网络7p和第二网络7q中，构成设备的台数各不相同，分别为P台和Q台，但两者的结构大致相同。因此，将第一网络7p的结构作为代表来具体说明，省略第二网络7q的说明。

第一网络7p具有P台设备1-1～1-P，与图3相同，在相邻的设备之间发送端子Tx和接收端子Rx经由线缆5-1～5-P而被一对一地连接，构成环形网络。例如，第一网络7p是用于实现门禁管理系统的网络时，设备1-1～1-P为读卡器和电子锁等。以下，假设设备1-3为读卡器，设备1-4为电子锁，以进入时的安全管理为例，说明具体的数据收发。

在出入者使ID卡靠近或者接触读卡器(设备1-3)后，读卡器读取记录在ID卡中的认证信息、即ID数据，通过具有主控制器功能的设备1-1将其传送到服务器62中。服务器62具有注册有进入许可者的ID的数据库，核对传送来的ID数据与注册在数据库中的ID，在注册有相同的ID时，将表示允许进入的信号发送到设备1-1，并在存储器等中记录进入者的ID数据和进入时间作为进入履历。另一方面，如果是未注册的ID，则服务器62将表示不允许进入的信号发送到设备1-1。设备1-1向电子锁(设备1-4)发送与从服务器62接收到的允许进入的信号或者不允许进入的信号相应的控制信号，对电子锁(设备1-4)的打开或闭合进行控制。

具有主控制器功能的设备1-1、与读卡器(设备1-3)和电子锁(设备1-4)之间的数据交换通过上述半双工方式的差动串行接口进行。例如，在读卡器(设备1-3)读取了ID数据时，产生针对控制部分21的发送要求，进行参照图4进行了说明的发送处理。此外，如上所述，在网络发生了故障时(收发数据不一致或者接收超时时)，将与该故障相关的错误记录保持在控制部分21的存储器中。将各设备1-1～1-P的错误记录定期地或者根据来自服务器62的要求，通过具有主控制器功能的设备1-1传送到服务器62中以进行统一管理。此外，通过客户端PC61能够确认服务器62内的包括错误记录在内的各种信息，在维修时或者系统发生了异常时，这些信息被提供为排除故障所需的信息。

如以上说明，本实施方式的内置接口电路具有接收通过一对接收端子Rx1、Rx2接收差动串行信号的差动接收器14、以及向一对发送端子Tx1、Tx2输出差动串行信号的差动驱动器15，通过设备状态判断单元(与门31)，判断内置有该内置接口电路的设备是否处于正常运行状态，在设备状态判断单元判断为处于正常运行状态时，通过切换单元(第一开关元件17和第二开关元件18)，分别连接一对接收端子Rx1、Rx2与差动接收器14之间、以及差动驱动器15与一对发送端子Tx1、Tx2之间，而且在设备状态判断单元判断为处于不正常运行状态时，通过切换单元(第一开关元件17和第二开关元件18)，连接一对接收端子Rx1、Rx2与一对发送端子Tx1、Tx2之间。具体来说，不正常运行状态包括设备的动作发生了异常的状态、设备的起动还未完成的状态和/或设备的电源未接通的状态。

如上所述，在本实施方式中，在通过发送端子和接收端子的分离结构构成网络的情况下，设备能够与其他设备进行菊花链连接，通过采用1∶1连接的布线连接，与多点式连接相比，能够缩短每一次收发(1根线缆)的布线长度，能够组建布线长度不易受到连接设备的台数影响的结构。此外，能够取消信号布线的分支(Stub)，由于不受反射的影响，所以能够抑制信号延迟，其结果，能够实现传送速度的高速化。

另一方面，由于切换单元根据设备的运行状态自律地进行切换，所以即使在设备发生了不正常的运行状态、例如在发生了设备的电源异常或者设备故障等时，使发送端子与接收端子之间短路，所以对网络侧来说，该设备与其他设备之间始终维持连接状态，能够将对网络的影响控制在最小限度内。此外，设备不需要具备对来自其他设备的接收数据进行监视等的监视功能，所以能够以更为简单的设备结构，即使在与网络连接的设备陷入了异常动作状态时，也能维持与该网络中的其他设备的连接状态，由此能够实现可将对网络系统的影响抑制在最小限度内的内置接口电路。

在本实施方式中，切换单元具有：第一电阻27，该第一电阻27的一端与接收端子的反极性端子Rx2以及差动接收器14的反极性输入连接；第二电阻28，该第二电阻28的一端与发送端子的正极性端子Tx1以及差动驱动器15的正极性输出连接。此外，切换单元还具有第一开关元件17，该第一开关元件17具有与第一电阻27的另一端连接的第一端子A1、与第二电阻28的一端连接的第二端子B1、以及与接收端子的正极性端子Rx1和差动接收器14的正极性输入连接的第三端子C1，用于切换第三端子C1和第一端子A1的连接或者第三端子C1和第二端子B1的连接。并且，切换单元还具有第二开关元件18，该第二开关元件18具有与第二电阻28的另一端连接的第一端子A2、与第一电阻27的一端连接的第二端子B2、以及与发送端子的反极性端子Tx2和差动驱动器15的反极性输出连接的第三端子C2，用于切换第三端子C2和第一端子A2的连接或者第三端子C2和第二端子B2的连接。

此时，在设备状态判断单元(与门31)判断为处于正常运行状态时，连接第一开关元件17的第三端子C1和第一端子A1的同时，连接第二开关元件18的第三端子C2和第一端子A2，在设备状态判断单元(与门31)判断为处于不正常运行状态时，连接第一开关元件17的第三端子C1和第二端子B1的同时，连接第二开关元件18的第三端子C2和第二端子B2。

根据上述结构以及设备状态判断单元的状态判断进行切换，在设备处于正常运行状态时，接收该信号的差动串行信号线的正极性侧与反极性侧之间经由第一电阻27连接，通过终端电阻(第一电阻27)实施终端处理。同时，发送该信号的差动串行信号线的正极性侧与反极性侧之间经由第二电阻28连接，通过终端电阻(第二电阻28)实施终端处理。此外，在设备处于不正常运行状态时，终端电阻(第一电阻27或者第二电阻28)不与差动串行信号连接。如此，在1∶1连接的布线连接中，终端电阻在最佳位置处有效，所以能够提高差动串行信号的信号波形的质量。

另外，在本实施方式中具有控制部分21，该控制部分21对通过差动接收器14和差动驱动器15进行的差动串行信号的接收和发送进行控制，通过控制部分21将差动接收器14设定为始终能够工作，将差动驱动器15设定为只能在设备状态判断单元(与门31)判断为处于正常运行状态时才能工作。如此，在设备处于不正常运行状态时，本机的发送功能无效，所以能够通过硬件来防止异常动作时的误发送处理，能够维持网络的通信质量。

在本实施方式中，具有连接差动接收器14的输出和差动驱动器15的输入的旁通电路(与门33和或门35)，并且只在将来自第一其他设备的差动串行信号转发到第二其他设备的转发功能设定为有效时，控制部分21才将旁通电路设定为有效。由此，不需要通过控制部分21的软件等进行的内容判断处理就能够经由旁通电路使接收数据RXD直通到发送侧，所以能够将传递时间的时间损耗抑制在最小限度内。

此外，在本实施方式中，当内置有该内置接口电路的设备是具有第N台(N为3以上的整数)设备1-N的一对发送端子与第一台设备1-1的一对接收端子连接、第j台(j＝2～N-1)设备1-j的一对接收端子与第j-1台设备1-j-1的一对发送端子连接、第j台设备1-j的一对发送端子与第j+1台设备1-j+1的一对接收端子连接的N台设备1-1～1-N的网络系统中的一台设备时，在从该设备发送差动串行信号后，如果没有在一定期间内接收到该差动串行信号或者在一定期间内接收到的差动串行信号与所发送的差动串行信号不一致，则控制部分21判断为网络系统发生了异常。

如上所述，由于在发送处理中进行一致性确认，即确认是否正确地接收到发送数据、以及接收到的数据是否为本机发送的数据，所以每次发送数据时均能够确认网络的健全性。

此外，在本实施方式中，当内置有该内置接口电路的设备是与上述同等的网络系统中的一台设备时，在从该设备发送差动串行信号的期间、以及该发送后到接收该差动串行信号为止的期间或者从该发送后起的一定期间内，控制部分21将转发功能设定为无效。如此，通过防止接收数据RXD在发送处理期间经由旁通电路被转发，能够使在一次发送中产生的数据在环形网络内循环的次数限定为一次，由此能够维持网络的传送效率，避免网络的传送效率下降。

[第一变形例]

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但本发明不受这些实施方式及其变形例的限定，不脱离本发明的宗旨的范围内的设计变更等也包括在本发明中。例如，在上述实施方式中，将第一开关元件17和第二开关元件18的第一端子称为了A1、A2，将第二端子称为B1、B2，但这些称呼与继电器中的a接点和b接点没有关联。因此，即使将A1、A2和B1、B2的称呼调换也没有问题。

此外，在上述实施方式中，在本机的运行状态处于不正常运行状态时，在励磁线圈19上施加电压，使第一开关元件17和第二开关元件18分别与第二端子B1、B2侧连接，但本发明并不仅限于该结构。也可以构造成将晶体管29设定为npn型，在本机的运行状态处于正常运行状态时，在励磁线圈19上施加电压，使第一开关元件17和第二开关元件18分别与第一端子A1、A2侧连接。不过，通常由于不正常运行状态的期间与正常运行状态的期间相比非常短，所以在耗电量方面，实施方式的结构的耗电量更小。

在实施方式中，由机械式继电器实现了第一开关元件17和第二开关元件18，但也可以构造成使用MOSFET(Mtal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)的结构。图6示出了使用MOSFET构成第一开关元件和第二开关元件时的内置接口电路的局部电路结构图。

在图6中，第一开关元件17a具有非门41和n沟道型MOSFET43、44，第二开关元件18a具有非门42和n沟道型MOSFET46、47。

也就是说，本变形例中的切换单元具有：第一电阻27，该第一电阻27的一端与接收端子的反极性端子Rx2以及差动接收器14的反极性输入连接；第二电阻28，该第二电阻28的一端与发送端子的正极性端子Tx1以及差动驱动器15的正极性输出连接。此外，切换单元还具有：一端与第一电阻27的另一端连接、另一端与接收端子的正极性端子Rx1以及差动接收器14的正极性输入连接的MOSFET43(第三开关元件)；一端与第二电阻28的一端连接、另一端与接收端子的正极性端子Rx1以及差动接收器14的正极性输入连接的MOSFET44(第四开关元件)。另外，切换单元还具有：一端与第一电阻27的一端连接、另一端与发送端子的反极性端子Tx2以及差动驱动器15的反极性输出连接的MOSFET47(第五开关元件)；以及一端与第二电阻28的另一端连接、另一端与发送端子的反极性端子Tx2以及差动驱动器15的反极性输出连接的MOSFET46(第六开关元件)。

此时，在设备状态判断单元(与门31)判断为处于正常运行状态时，对MOSFET43和MOSFET46进行闭合(导通)控制，并且对MOSFET44和MOSFET47进行开放(截止)控制，在设备状态判断单元(与门31)判断为处于不正常运行状态时，对MOSFET43和MOSFET46进行开放(截止)控制，并且对MOSFET44和MOSFET47进行闭合(导通)控制。

根据上述结构以及设备状态判断单元的状态判断进行切换，与实施方式一样，在1∶1连接的布线连接中，终端电阻在最佳位置处成为有效，所以能够提高差动串行信号的信号波形的质量。此外，在采用MOSFET等晶体管的电压降相对比较大的结构时，优选使用上述无需考虑电压降的机械式继电器。此外，与实施方式一样，在被判断为不正常运行状态的原因中包括电源接通信号PWO时，需要进行电池备份。在图6的结构中，除了未图示的电压监视功能部分25以外，还对与门31和非门41、42进行电池备份。

[第二变形例]

此外，在实施方式中，通过与门33和或门35构成旁通电路，并且通过转发使能信号DE来控制了转发功能的有效/无效，但也可以如图6所示，通过或门35a和与门33a构成旁通电路，并且通过发送使能信号TE来控制转发功能的有效/无效。

也就是说，在图6中，本变形例的旁通电路具有或门35a以及与门33a，由或门35a获取接收数据RXD和发送使能信号TE的逻辑和，由与门33a获取或门35a的输出和发送数据TXD的逻辑积。

在判断发送功能的有效/无效的发送使能信号TE为低电平(无效)时，接收数据RXD直通或门35a。在发送数据TXD为高电平时，直通或门35a后的接收数据RXD直通与门33a，转发功能变为有效。发送使能信号TE是从控制部分21输出的信号。此外，在发送使能信号TE为高电平(有效)时，接收数据RXD通过或门35a变为无效，所以只能够从与门33a输出发送数据TXD，成为能够实施本机的发送功能的状态。

[第三变形例]

在图3的环形网络中，只要是具有半双工方式的差动串行接口，并且通过该环形网络的协议进行通信的设备，即使不具有上述实施方式或者变形例的内置接口，也能够将该设备连接在线缆5-1～5-N上。也就是说，能够通过局部的多点连接来增设设备。

由此，例如，在重新组建网络时，在混合使用新旧设备的情况下，能够通过多点连接将旧型号的设备连接在网络上等，由此能够更灵活地组建系统。不过，由于存在分支连接，所以在要求系统的响应性能的情况下，通过多点连接增设的设备数量会受到限制。

Claims (8)

1.一种内置接口电路，其特征在于，具有：

一对接收端子；

一对发送端子；

设备状态判断单元，所述设备状态判断单元判断内置有所述内置接口电路的设备是否处于正常运行状态；

差动接收器，所述差动接收器通过所述一对接收端子接收差动串行信号；

差动驱动器，所述差动驱动器向所述一对发送端子输出差动串行信号；以及

切换单元，在所述设备状态判断单元判断为处于正常运行状态时，所述切换单元分别将所述一对接收端子与所述差动接收器之间、以及所述差动驱动器与所述一对发送端子之间连接，在所述设备状态判断单元判断为处于不正常运行状态时，所述切换单元将所述一对接收端子与所述一对发送端子之间连接。

2.如权利要求1所述的内置接口电路，其特征在于，

所述不正常运行状态包括所述设备的动作发生了异常的状态、所述设备的起动没有完成的状态和/或没有接通所述设备的电源的状态。

3.如权利要求1或者2所述的内置接口电路，其特征在于，

所述切换单元具有：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述接收端子的反极性端子以及所述差动接收器的反极性输入连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述发送端子的正极性端子以及所述差动驱动器的正极性输出连接；

第一开关元件，所述第一开关元件具有与所述第一电阻的另一端连接的第一端子、与所述第二电阻的一端连接的第二端子、以及与所述接收端子的正极性端子和所述差动接收器的正极性输入连接的第三端子，用于切换所述第三端子和所述第一端子的连接或者所述第三端子和所述第二端子的连接；

第二开关元件，所述第二开关元件具有与所述第二电阻的另一端连接的第一端子、与所述第一电阻的一端连接的第二端子、以及与所述发送端子的反极性端子和所述差动驱动器的反极性输出连接的第三端子，用于切换所述第三端子和所述第一端子的连接或者所述第三端子和所述第二端子的连接，

在所述设备状态判断单元判断为处于正常运行状态时，所述切换单元连接所述第一开关元件的所述第三端子和所述第一端子，并且连接所述第二开关元件的所述第三端子和所述第一端子，

在所述设备状态判断单元判断为处于不正常运行状态时，所述切换单元连接所述第一开关元件的所述第三端子和所述第二端子，并且连接所述第二开关元件的所述第三端子和所述第二端子。

4.如权利要求1或者2所述的内置接口电路，其特征在于，

所述切换单元具有：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述接收端子的反极性端子以及所述差动接收器的反极性输入连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述发送端子的正极性端子以及所述差动驱动器的正极性输出连接；

第三开关元件，所述第三开关元件的一端与所述第一电阻的另一端连接，另一端与所述接收端子的正极性端子以及所述差动接收器的正极性输入连接；

第四开关元件，所述第四开关元件的一端与所述第二电阻的一端连接，另一端与所述接收端子的正极性端子以及所述差动接收器的正极性输入连接；

第五开关元件，所述第五开关元件的一端与所述第一电阻的一端连接，另一端与所述发送端子的反极性端子以及所述差动驱动器的反极性输出连接；以及

第六开关元件，所述第六开关元件的一端与所述第二电阻的另一端连接，另一端与所述发送端子的反极性端子以及所述差动驱动器的反极性输出连接，

在所述设备状态判断单元判断为处于正常运行状态时，所述切换单元对所述第三开关元件和第五开关元件进行闭合控制，并且对所述第四开关元件和第六开关元件进行开放控制，

在所述设备状态判断单元判断为处于不正常运行状态时，所述切换单元对所述第三开关元件和第五开关元件进行开放控制，并且对所述第四开关元件和第六开关元件进行闭合控制。

5.如权利要求1或者2所述的内置接口电路，其特征在于，

所述内置接口电路具有控制单元，所述控制单元对通过所述差动接收器和所述差动驱动器进行的差动串行信号的接收和发送进行控制，

所述控制单元将所述差动接收器设定为始终能够进行动作，将所述差动驱动器设定为只有在所述设备状态判断单元判断为处于正常运行状态时才能够进行动作。

6.如权利要求5所述的内置接口电路，其特征在于，

所述内置接口电路具有旁通电路，所述旁通电路连接所述差动接收器的输出和所述差动驱动器的输入，

所述控制单元只有在使将来自第一其他设备的差动串行信号转发到第二其他设备的转发功能有效时，才将所述旁通电路设定为有效。

7.如权利要求1或者2所述的内置接口电路，其特征在于，

当内置有该内置接口电路的设备是具有第N台设备的一对发送端子与第一台设备的一对接收端子连接、第j台设备的一对接收端子与第j-1台设备的一对发送端子连接、第j台设备的一对发送端子与第j+1台设备的一对接收端子连接的N台设备的网络系统中的一台设备时，

从该设备发送了差动串行信号后在一定期间内没有接收到该差动串行信号时、或者在一定期间内接收到的差动串行信号与所发送的差动串行信号不一致时，所述控制单元判断为所述网络系统发生了异常，

其中，N为3以上的整数，j＝2～N-1。

8.如权利要求6所述的内置接口电路，其特征在于，

当内置有该内置接口电路的设备是具有第N台设备的一对发送端子与第一台设备的一对接收端子连接、第j台设备的一对接收端子与第j-1台设备的一对发送端子连接、第j台设备的一对发送端子与第j+1台设备的一对接收端子连接的N台设备的网络系统中的一台设备时，

在从该设备发送差动串行信号的期间、以及该发送后到接收该差动串行信号为止的期间或者从该发送后起算的一定期间内，所述控制单元将所述转发功能设定为无效，

其中，N为3以上的整数，j＝2～N-1。

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