CN104272217B

CN104272217B - 主‑从接口

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Publication number: CN104272217B
Application number: CN201380024439.1A
Authority: CN
Inventors: P·科尔皮宁; P·莱诺宁
Original assignee: Nokia Technologies Oy
Current assignee: Origin Asset Group Co ltd
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2017-07-28
Anticipated expiration: 2033-02-14
Also published as: US9015393B2; EP2825931B1; WO2013135946A2; EP2825931A4; WO2013135946A3; US20130246675A1; EP2825931A2; CN104272217A

Abstract

总线接口将主装置与一个或多个从装置耦合。当检测到总线上的状况时，一个或多个从装置可以将总线状况强制延展预先确定的持续时间。该强制延展可以包括强制电压电平，导致总线上的其他装置改变模式。总线上的主装置可以检测变化幅度外的总线状况并且，作为响应，采取动作将总线状态改变为稳定的状况。总线接口可以包含电源触点和用于在主机装置和一个或多个电池组之间通信的单线总线。

Description

主-从接口

背景技术

移动装置，例如蜂窝电话、便携式计算机、电子阅读器、以及个人数字助理，都使用电池以便于携带。近年来，移动产业处理器接口(MIPI)联盟(“Mobile Industry ProcessorInterface Alliance”)已经开发出电池和移动装置之间的标准接口。电池接口(BIF)规范定义电池和移动装置之间的电气和通信接口。BIF规范支持低成本电池和所谓的“智能”电池两者，“智能”电池含有用于处理安全性特点(例如认证)以及例如温度监控的其他更先进的电池功能的有源元件。

在一些情况中，在电池组和主机装置之间可能发生毛刺。

发明内容

本节介绍本发明的一些变形的简要内容。意图不在于辨别出本发明的关键的或需要的元件。本发明可以不包含本节所述的许多或所有的特点而被实践。

在一些变形中，当从装置检测到总线上的转换时退出模式时，从装置将总线驱动在转换电平持续延展的持续时间，保证总线上的其他组件检测到该延展的持续时间电平。在没有毛刺的情况(例如，真正的中断)中这导致总线上的低脉冲被延展(没有作用但是没有危害)。在毛刺的情况中，这基本上延展该毛刺并且允许其他(包括主装置)检测该状况，避免了主装置执行周期轮询的需要。

在一些变形中，主装置可以以较慢的速率发送指令，例如启动中断指令，并且因此增加τ_BIF的时间。这样具有两个效果。首先，起初导致问题的毛刺的持续时间可以被减少。第二，这样可以延展从装置将总线驱动为低电平的时间，并且因此可以更容易被主装置检测到。

可选地，主装置可以通过它能够检测短的触点断路的方式被实施。此可选的特点可以防止与整个被从装置驱动的延展的毛刺重叠的较长的触点断路。

本发明的一些变形包括执行例如上文所述的那些多种功能的主和从系统(以及其中的组件)，以及存储有指令的存储器或其他计算机可读的介质，这些指令当被执行时执行例如上文所述的功能。

附图说明

图1示出示例性电池接口，其包含主机装置101和电池组102之间的电气连接；

图2示出毛刺的示例，毛刺可以导致从单元退出第一模式而主单元检测不到该模式被退出；

图3示出用于在总线上延展检测到的状况的示例性方法；

图4示出在总线的主侧所见到的在接触断路期间的总线电压的示例；

图5示出包含本文描述的多种特点的示例性电池接口；

图6示出包含步骤和功能的示例性流程图，这些步骤和功能可以在本发明的某些变形中执行。

具体实施方式

参照OSI参考模型，BIF规范定义物理层和数据链路层两者。如图1所示，主机装置101(例如，移动电话)通过一系列成对的连接体VBAT(电池电压)、BCL(电池通信线路)、以及GND(接地)与电池组102耦合。主机装置101可以包括主通信单元103，而电池组102可以包括一个或多个从单元106。电池组102还包含电池芯107，其通过连接体VBAT和GND与主机装置101耦合以向主机装置101供电。尽管在图1中未示出，但是其他的从单元还可以与主机装置101内的和/或其他电池组内的BCL耦合。

主机装置101和电池组102之间的通信于单个BCL线路上通过将BCL转换至GND来执行。主单元103通过(经由处理器104或主机装置101内另外的电路组件)触发开关108来发送数据，而从单元106通过(经由处理器114)触发开关112来发送数据。数据在每个单元中于BCL上被接收并且可以穿过各自的施密特触发器(“Schmitt triggers”)111和113来帮助抑制BCL总线上的噪声。在每个单元中的处理器104和114可以执行指令以于总线上发送和接收数据。主机装置101还可以包含一个或多个其他组件，例如RF集成电路105，用于执行例如在无线网络上通信的功能。

主机装置101和电池组102之间的信令传送(例如，数据传输)是基于BCL上信号电平的变化之间消逝的时间。比特通过调制信号切换器之间的持续时间被发送，与脉冲-宽度调制类似。(BIF规范将此称为时间距离编码)。短比特的持续时间为τ_BIF，以及长比特的持续时间为3τ_BIF，这里3τ_BIF是BIF时间基准。BIF时间基准是由主单元定义的，用于每个带有训练序列的数据字。每个字开始于训练序列，其提供两个下降沿之间的固定的4τ_BIF的参考持续时间从而将从单元定时校准为传输速度。

主单元可以选择规定边界内的任意τ_BIF，并且它可以改变从一个数据字至另一个数据字所使用的τ_BIF。主单元发起通信，并且主单元设置通信速度。从单元按每个指令适应速度并且在回复时使用相同的速度。

主单元103具有位于总线上的上拉电阻器109(在活跃的通信中通常为几个千欧，在空闲模式通常为几百千欧)。从单元106具有通常在240千欧至450千欧之间变化的下拉电阻器110，其用于检测电池类型和电池移除。从单元的下拉电阻器110具有可以被主机装置101感知为分压器的电阻R_ID以便确定电池容量、电池类型、或其他参数。

BCL总线可以是四个模式中的一个：活跃、待机、关闭、或中断模式。当等待由从单元生成的中断事件时使用中断模式。当主装置在BCL上发送启动中断(EINT)指令时进入中断模式，允许与BCL耦合的任意从装置向主装置103发起中断。当中断发生时，主机装置101轮询每个从装置中的寄存器从而确定发生了什么中断以及，基于此中断，恰当地处理它。当下列状况中的任何一个发生时中断模式结束：

状况1：当从装置检测到内部中断，它在τ_BIF持续时间内以低电压驱动BCL总线以及退出中断模式并且进入活跃模式。

状况2：当主装置或从装置检测到总线低电压持续时间为τ_BIF，它退出中断模式并且进入活跃模式。

由于电池组的移动，毛刺可能在通信线路BCL上发生，导致于电池连接体处的短期断路。由于电池组中的下拉电阻110，BCL线路的电压在从装置侧在毛刺持续时间内降低，这可能导致从装置不正确地检测到状况2。因为主装置具有上拉电阻109，所以BCL线路在主装置侧保持高电压并且因此主装置从来不会看到毛刺，以及更重要地，主装置从来不会看到中断模式的退出状况。

关于图2，主单元103和从单元106最初处于活跃模式中。经过一段时间后，主单元103在BCL上发出EINT指令，其导致主单元和从单元都进入中断模式。经过第二段时间后，从单元在BCL上看到毛刺，导致它退出中断模式并且再次进入活跃模式。但是，主单元103可能没有检测到该毛刺，所以它仍处在中断模式中。此不匹配的情况导致主单元继续无限期地等待中断，然而从单元或多个从单元将不会生成中断因为它们已经转换到活跃模式。

这种情况可以最严重地影响到这样的用例：在该用例中，从单元被用于通过温度感知功能使用该功能的阈值能力(即，当温度处在给出的窗口之外时生成中断)持续地监控电池温度。

如果中断模式不能被信任，主单元必须周期性地退出中断模式，检查从单元的状况，以及再次进入中断模式。这可以增加电力消耗并且需要处理器的时间。

图3示出，根据本发明的一些变形，一种用于延展在总线上检测到的状况(例如毛刺)的方法。与图2中所示的情况相似，主装置103和从装置106开始时在活跃模式中，并且主装置103发出启动中断指令EINT，导致主装置和从装置两者都转变到中断模式。总线上的其他从(未示出)也转变到中断模式。

当毛刺发生时，从装置可以检测到总线上的转变并且，根据某些变形，从装置延展总线状况(例如，保持总线下至接地)持续延展的时段，从而保证主装置检测到该转变。此后，主装置和从装置都转变到活跃模式。

在一些变形中，从装置可以将总线状况延展足够长的时间从而它可以合理地确定总线上的其他装置将会把脉冲当作中断指令。例如，非常短的脉冲可以被延展为至少τ_BIF的持续时间，并且可能被延展为多个τ_BIF的持续时间。如果毛刺是“长的”(例如，和τ_BIF一样长或者比τ_BIF更长)，从装置可以完全不需要扩张总线状况，因为它可以合理地确定总线上的其他装置将会把毛刺当作中断指令。

在一些变形中，与用来检测电池移除的电路系统相似的电路系统可以被用来检测短的电压尖峰。例如，当比较器检测到电压超过电池移除阈值时，数字滤波器可以立刻发送短的触点中断。在其他变形中，电路系统可以被配置为检测到来自主机去向从装置的电流减小，发出接触断路的信令。其他变形当然也是可能的。

在正常状态中，总线的电压电平是基于分压器R_up/R_down。在接触断路时，R_down消失并且因此总线电压接近上拉电压，即比逻辑1更高。如果这些短的接触断路被检测到并且通过中断被指示给主装置，那么主机可以能够更快地从潜在的错误状况恢复。所以，根据一些变形，当在电池通信线路中有短的接触断路时，主机可以看到下列事件中的一个或者两个：

1.延展的毛刺(图3)。这是被主机当作正常中断的退出状况检测的。

2.比逻辑1更高的短脉冲(图4)。例如，这可以被主机当作来自电压比较器的中断信号检测到。

图4示出在接触断路期间总线上的主单元侧所见的总线电压的示例，包括第一持续时间401，在此第一持续时间401期间总线电压是比逻辑1的电平短暂地更高的短脉冲。在一些变形中，检测到的超过总线上有效的逻辑电平的电压电平被当作如下所述的将导致进一步动作的变化幅度之外的总线状况对待。在第二持续时间402期间，例如由于中断，从单元将总线电平驱动为低电平持续延展的持续时间。

当检测到变化幅度外的总线状况401时(例如，检测到的电压电平超过总线上有效的逻辑电平)，主机可以首先等待总线来解决，如果总线之前处于非活跃模式中则创建唤醒脉冲来唤醒从单元，然后核实它可以与从单元通信。当检测到中断402时，主机可以当作有正常的中断继续工作(例如，核实中断的来源，如有中断则将其处理，并且重新启动中断)。在主机侧处正常的中断过程包括以下：第一，主机得到中断脉冲(其可以是延展的毛刺)。第二，主机读每个从单元的中断状态寄存器(IRQ_STS)，(例如)使用BIF规范中规定的指令。如果有中断，它们被处理并且IRQ_STS标记被重置。最后，使用EINT指令，总线可以被命令回到中断模式。

如果事件401和402时间上十分靠近，所述的用于事件402的过程应当也包括事件401。即，在检测到低脉冲时总线不需要分开的唤醒，并且当读中断状态寄存器时通信核实可以隐含地完成。

在主机处检测短的接触断路还可以在其他情况中使用，例如在断电或待机状态中，其中短的接触断路可能唤醒从装置。因为正常地主机不会检测到断路，检测短的高脉冲可以被用来确定从装置可能已经唤醒，导致主机再次将从装置设置为睡眠模式或命令从装置进入不同的模式。

图5示出包含本文所述的多种特点的电池接口。图5中所示的安排与图1中所示的安排相似，除了主机装置和从装置已被增加了一些如上文所解释的那样执行的功能之外。由图5的右侧开始，电池组102包含驱动电路115，其通过延展检测到的总线上的总线状况来驱动总线BCL。如上文所解释的，例如，驱动电路115可以在足以触发主单元103中的模式改变的最短的持续时间中抑制BCL线路。驱动电路115可以在软件中实施(例如，处理器114的存储器)，从而使得当处理器114在BCL总线上检测到低脉冲时，它指示驱动电路115强制BCL总线电平为低持续预先确定的持续时间，延展检测到的总线状态。或者，驱动电路115可以作为分开的电路用模拟和/或数字组件实施。

图5的左侧示出主机装置101包含总线检测和逻辑电路116，如上文所解释的其可以检测BCL总线上比预先确定的值(例如，高逻辑电平)更高的电压电平。作为对该检测的响应，总线检测和逻辑电路116可以向一个或多个从单元发出指令，其中该指令引起从单元进入不同的模式或状态。与驱动115一起时，电路116的功能可以被合并到处理器114和与其有关联的存储指令的存储器(未示出)中，或者它们可以在分开的电路中被实施。与如上文讨论的从电路系统一起时，这个电路系统可以以多种方式检测状况。例如，当主机检测到电池组正在吸收比最高允许的电池电阻值少的电流时，主机可以将此理解为接触断路或电池移除。一般来说，以上的结构性的元件，或其中的部分，可以被看做用于执行操作以实施本发明的一个或多个实施例的部件。例如，这些部件可以包含用于处理或分析数据的部件、用于检测总线上的状况的部件、用于通过总线通信的部件、用于驱动总线的电压电平的部件、用于通过调制总线上的信号电平的持续时间来通信的部件、用于在与装置关联的模式之间转变的部件、和/或用于接收或发送指令的部件。

在一些变形中，主单元可以以较慢的速率发送指令，例如启动中断的指令，并且因此增加τ_BIF的时间。例如，规范允许主单元为每个字选择通信速率。主单元可以选择用于启动中断指令的速率，该速率比为在总线上使用的其他的字和指令所选择的大多数或所有速率更慢。

这样可以具有两个效果。首先，起初导致问题的毛刺的持续时间可以被减少。第二，这样可以延展从单元将总线驱动为低的时间，并且因此可以更容易被主单元检测到。

如上文所描述的主单元和从单元中的功能可以在硬件、软件、或两者的结合中被实施，包括如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)那样的结构和其他已知的那些结构。一个或多个有形的计算机可读介质，例如一个或多个存储器，可以存储那些当被一个或多个处理器执行时执行本文所述的功能的可执行指令。

图6示出包含可以在本发明的某些变形中被执行的步骤和功能的流程图。从图6的左侧开始，在步骤601中主-从系统(例如，兼容BIF的电池/主机系统)中的从装置检测总线状况，例如总线上的低电压电平。作为对检测总线状况的响应，在步骤602中从装置强制延展的总线状况。在一些变形中，这可以包含强制总线上的低电压电平持续延展的持续时间(例如，对应于模式改变信号的预先确定的最短持续时间)，导致总线上的其他装置将该强制的状况理解为模式改变。

在步骤603中，从装置可以确定强制的状况是否构成对从装置的模式改变。例如，如果从装置本来是在中断模式中，它可以转变为活跃模式。从装置可以转变的那些模式的其他示例包括待机模式和断电模式。如果强制的状况对应模式改变，那么在步骤604中从装置改变为新的模式。

在步骤605中，主装置检测到总线上的延展的总线状况。例如，主装置可以检测到BCL总线上的电压电平已经在足够的持续时间内被保持低电平从而发出模式改变的信号。作为一个示例，如果主装置本来是在中断模式中，它可以基于延展的总线状况转变为活跃模式。主装置可以转变的那些模式的其他示例包括待机模式和断电模式。在步骤606中，主装置可以确定它是否应当转变为不同的模式。如果强制的状况对应模式改变，那么在步骤607中主装置改变为新的模式。

在步骤608中，此过程可以结束。

图6的右侧示出可以被主装置和从装置执行的其他步骤。在步骤609中，主装置可以检测到变化幅度外的总线状况。例如，主装置可以检测到比为逻辑1的电平规定的范围和持续时间更高的电压尖峰。例如，这样的尖峰可能由正在被连接、断开、或冲撞的电池组产生，导致总线上的短的电压尖峰。

在步骤610中，作为对检测到变化幅度外的总线状况的响应，主装置可以采取动作将总线状态改变为稳定的状况。例如，主装置可以向总线上的那些从装置发出一个或多个指令，例如改变为不同的模式的指令。例如，主装置可以指令从装置重置、待机、断电、和/或进入上文所述的其他模式。

在步骤611中，作为对主装置发出的指令的响应，总线上的那些从装置改变模式。

应当认识到上文所述的原理可以具有许多变形，并且本发明不是意在被本文所述的特点和变形限制。

Claims

1.一种用于主-从接口的方法，包括：

检测总线上的状况，所述状况指示耦合到所述总线的至少一个设备从第一模式转变到第二模式，所述总线将主装置和一个或多个从装置耦合，其中所述主装置和所述一个或多个从装置通过将总线上的电压电平在低电压电平和高电压电平之间交替改变而通信，以及其中所述第一模式与所述第二模式不同，所述第一模式使得所述一个或多个从装置能够向所述主装置发起中断；

作为对检测所述状况的响应，将总线上的状况强制延展预先确定的持续时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述将总线上的状况强制延展包括将所述总线的电压电平驱动预先确定的持续时间。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述主装置和一个或多个所述从装置通过调制总线上的信号电平的持续时间来通信。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在一个或多个所述从装置处转变为与总线上的装置关联的不同的模式的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：

在一个或多个所述从装置处，接收来自所述主装置的进入中断模式的指令；

作为对接收所述指令的响应，在一个或多个所述从装置处进入所述中断模式；以及

作为对所述检测总线上的状况的响应，将一个或多个所述从装置转变为非中断模式。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述总线包括主机装置和一个或多个电池组之间的单线总线。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，当所述总线在中断模式时由所述从装置中的一个产生总线上的中断信号。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在所述主装置处，检测来自一个或多个所述从装置的中断信号并且，作为响应，基于从一个或多个所述从装置读取的信号来处理一个或多个中断。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述将总线上的状况强制延展是由一个或多个所述从装置完成。

10.一种用于主-从接口的设备，包括：

总线接口，其包括用于电源的触点和将所述设备与总线耦合的通信线路；以及

从电路系统，其与所述总线接口耦合并且被配置为在所述总线上与主装置通信，其中所述从电路系统被进一步配置为，

通过将总线上的电压电平在低电压电平和高电压电平之间交替改变而与所述主装置通信；

检测所述总线上的状况，所述状况指示耦合到所述总线的至少一个设备从第一模式转变到第二模式；

作为对检测所述状况的响应，将所述总线上的状况强制延展预先确定的持续时间。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述从电路系统通过将所述总线的电压电平驱动所述预先确定的持续时间，来将所述总线上的状况强制延展。

12.根据权利要求10所述的设备，其中所述从电路系统通过调制所述总线上的信号电平的持续时间与所述主装置通信。

13.根据权利要求10所述的设备，其中所述从电路系统被进一步配置为转变为与所述总线上的装置关联的不同的模式。

14.根据权利要求10所述的设备，其中所述从电路系统被进一步配置为：

接收来自所述主装置的进入中断模式的指令；

作为对接收所述指令的响应，进入所述中断模式；以及

作为对检测所述总线上的状况的响应，转变为非中断模式。

15.根据权利要求10所述的设备，其中所述总线包括主机装置和一个或多个电池组之间的单线总线。

16.根据权利要求10所述的设备，其中所述从电路系统被进一步配置为当所述总线在中断模式时产生总线上的中断信号。

17.一种用于主-从接口的方法，包括：

在被配置为与一个或多个从装置在总线上通信的主装置处，检测所述总线上变化幅度外的状况；以及

作为对检测变化幅度外的状况的响应，采取动作将总线状态改变为稳定的状况。

18.根据权利要求17所述的方法，其中检测所述总线上变化幅度外的状况包括检测超过用于所述总线上的有效逻辑电平的电压电平的电压电平。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述采取动作包括产生在总线上的指令发往一个或多个从装置令其改变为不同的模式。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述总线包括用于在主机装置和一个或多个电池组之间通信的单个通信线路，并且其中产生指令包括通过调制总线上的信号电平的持续时间在所述总线上通信。

21.一种用于主-从接口的设备，包括：

电路系统，其与所述总线接口耦合并且被配置为通过将所述总线上的电压电平在低电压电平和高电压电平之间交替改变从而与一个或多个从装置于所述总线上通信；

其中所述电路系统被进一步配置为

检测所述总线上变化幅度外的状况，以及

作为对检测所述总线上变化幅度外的状况的响应，产生所述总线上的指令发往一个或多个所述从装置，其中所述指令指示一个或多个所述从装置转换模式。