CN104283584B - 双线导体系统中的功率开关 - Google Patents

双线导体系统中的功率开关 Download PDF

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Abstract

在示例实施例中，一种在双向、多节点的双线导体系统中提供自动音频总线(A2B)芯片的功率开关电路，所述双线导体系统包括在双绞线总线(A2B总线)上互连的多个A2B芯片，其中至少一个A2B芯片作为主节点，以及其余的A2B芯片作为从节点。A2B芯片的功率开关电路根据功率开关过程对A2B总线中的下一个下游A2B芯片顺序地加电，以及所述功率开关电路经配置以在功率开关过程之前、期间和之后检测A2B总线中的故障。每个A2B芯片使能大堆下个下游A2B芯片的功率，而不因为下游A2B总线的故障而危害系统中的任何组件，或破坏在局部A2B芯片的功率供应。

Description

双线导体系统中的功率开关
相关申请的交叉引用
本申请在35U.S.C.§119(e)下请求如下申请的优先权的权益：于2013年7月8日提交的标题为“A2B Protocol Engine”、序列号为61/843，891的美国临时申请；于2013年7月8日提交的标题为“Digital Phase Detector”、序列号为61/843，896的美国临时申请；于2013年7月8日提交的标题为“Differential Decoder”、序列号为61/843，902的美国临时申请；于2013年7月12日提交的标题为“System and Method for Implementing A2BProtocol”、序列号为61/845，542的美国临时申请，其公开内容在此通过引用合并在此。本申请在35U.S.C.§120下是于2012年10月5日提交的标题为“Two-Wire CommunicationSystem for High Speed Data and Power Distribution”、序列号为13/646，397的美国申请和于2012年10月5日提交的标题为“Methods for Discovery,Configuration,andCoordinating Data Communications Between Masters and Slave Devices in aCommunication System”、序列号为13/646，382的美国申请的延续部分并声称优先权的权益。在先申请的公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分并通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及通信总线技术，以及更具体地说，涉及一种双线导体系统中的功率开关。
背景技术
双线导体系统已知在电气和电子领域作为数据和电力传输的手段。这些系统通常采用控制器，用于驱动功率到双线导体中、控制数据传输的时序以及传输和接收数据。主芯片(也称为主节点)由控制器控制，并且主节点依次控制一个或多个从设备(也称为从节点)。如本文所用，“芯片”包括蚀刻或印在半导体材料以形成集成电路的电子元件及其互连的复杂集合。一般而言，双线导体系统上的通信涉及在一根导线上发送时钟信号以及在另一根导线上发送数据信号，时钟信号的上升和/或下降指示所连接芯片之间的数据传送。双线导体系统可以用于无数应用中，诸如汽车、音频信号处理、电话等中的控制系统。
发明内容
本发明总体上涉及一种双线导体系统中的功率开关。具体地，在汽车(以及利用传感器和其他外围设备的其它这种封闭和/或移动系统)中增殖传感器(诸如，麦克风、照相机等)可导致过多的布线量，随之增加系统的复杂性和重量，以及潜在地降低性能和可靠性。特殊类型的双线通信(被称为自动音频总线(A2B)通信)可以用于汽车和其他类似的系统，以减少在各种传感器和传感器控制设备之间数据和功率传输的复杂性。
该A2B总线提供了链接节点之间的多通道、内部集成电路声音(I2S)/时分复用(TDM)链接。它在单一的差分线对上嵌入双向同步数据(例如，数字音频)、时钟和同步信号。A2B支持直接的点至点连接，并允许在不同位置的多个菊花链节点贡献或消耗TDM通道内容。该A2B总线允许下游流量(例如，从主节点到最后一个从节点)和上游流量(例如，到主节点)的时间并允许在同一双绞线上的功率传输。
A2B协议中的发现过程包括在已连接的A2B菊花链中先后从一个A2B芯片到下一个下游A2B芯片开机并建立上游通信。每个A2B芯片可以合适使得到下游A2B芯片的功率，而不损坏系统中的任何部件，避免下游A2B线缆上的线路故障(或其他错误)。此外，使能下一个下游A2B芯片不会破坏当地A2B芯片(可否则中断上游数据和控制通信)的功率。
在示例性实施例中，在包括多个A2B芯片的双向、多节点的双线导体系统中提供A2B芯片的功率开关电路，所述A2B芯片在双绞线总线(A2B总线)上互连，至少一个A2B芯片作为主节点以及其余的A2B芯片作为从节点。A2B芯片的功率开关电路根据功率开关进程对A2B总线中的下一个下游A2B芯片顺序地加电。功率开关电路经配置以在功率开关过程之前、期间和之后检测A2B总线中的故障。
附图说明
图1是示出示意用于功率开关双线导体系统的示例的简化框图；
图2是示出系统的实施例的示例细节的简化框图；
图3是示出系统的实施例的另一示例细节的简化框图；
图4是示出系统的实施例的又一示例细节的简化框图；
图5是示出系统的实施例的又一示例细节的简化框图；
图6是示出系统的实施例的又一示例细节的简化框图；
图7是示出可与本系统的实施例关联的示例操作的简化流程图；
具体实施方式
图1是示出双线导体系统10的简化框图。系统10包括多个节点12(1)-12(N)。12(1)表示主节点，其采用双线通信协议(例如，A2B协议)通过双绞线总线14与三个从节点12(2)-12(N)进行通信。每个从节点12(2)-12(N)可以读和/或写数据从/到一个或多个传感器或其它外围设备16。外围设备的示例包括麦克风(话筒)、麦克风阵列、数字到模拟转换器(DAC)等。主控制器18可以主节点12(1)通过多渠道I2S和内部集成电路(I2C)通信协议进行通信并控制它。该A2B协议引擎的实施例可以允许控制信息和音频数据，该信息和音频数据使用双绞线总线14双向传输以连接每个节点到下一个节点。从节点12(2)-12(N)也可以通过双绞线14供电。
主节点12(1)包括时钟信号(例如，它可以从I2S输入导出)、下游数据，网络控制和功率的始发者；主节点由主控制器518(例如，微处理器)编程，并接收/发送有效载荷向/从主机控制器518。每个从节点12(2)-12(N)包括可以表示为下游数据帧(例如，具有内容的可能多个同步数据时隙的特定节点的单个负荷块)的可能目标和上游数据帧的来源的可寻址网络连接点。同步数据指连续流数据(例如，音频信号)，其中固定的时间间隔(例如，48千赫)和固定的相位间隔两个对应的转换。
根据各种实施例中，每个A2B芯片12(1)-12(N)可以被连接到对应的功率开关电路，其中，所述功率开关电路的一部分可以位于各自的A2B芯片12(1)-12(N)内，以及功率开关电路的剩余部分可位于各自A2B芯片12(1)-12(N)之外。每个A2B芯片12(1)-12(N)的功率开关电路可以使能到A2B总线14上的下一个A2B芯片的功率。每个芯片A2B12(1)-12(N)可以被顺序使能(例如，一次一个)，以及每个A2B芯片可默认上电以从下一个下游A2B芯片分离。该发现过程可以由功率开关电路的一部分中实施的功率开关在每个A2B芯片12(1)-12(N)激活。根据系统10的实施例，A2B总线14的线缆上的使能功率可以完成，而不永久损坏任何相关电路，同时保持现有功率和通信连接，并报告任何下游线缆故障。故障报告可包括所检测故障的定位和故障类型的分类。
在各种实施例中，功率开关可控制A2B链中到下一个下游A2B芯片的下游电压功率(例如，通过A2B总线14连接的A2B芯片12(1)-12(N)的组合)。在由上游主节点12(1)适当编程后，功率开关可以由每个从节点12(2)-12(N)的内部逻辑激活。功率开关也可以控制每个下游A2B芯片12(2)-12(N)上的开关处理，使得在每个A2B芯片12(2)-12(N)的局部功率(例如，在特定引脚由电压测量，诸如VIN)不会在开机过渡期间丢失值的预先确定范围。
在各种实施例中，在激活每个A2B芯片12(2)-12(N)上的功率之前，特定检查(例如，测试，故障排除等)可以对特定线路故障情况执行。例如，连接A2B芯片12(2)-12(N)的线缆可以被暴露于外部环境(例如，空气、水、湿度、温度差、机械冲击等)并可遇到故障。开关机构的部分(包括线路供电)可感测故障、自动退出到下游组件的功率，并报告通过A2B总线14的故障。因此，根据各种实施例，A2B链中的故障可以足够早(例如，开机过程中)检测，以防止后续的系统故障(例如，下游线缆的电气崩溃等)。在转换功率已顺利完成之后，功率开关可以通过一个或多个相应的状态标志指示返回到主节点12(1)和主控制器18的完成状态。
在示例性实施例中，功率开关的特征列表可以包括：内部横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)芯片的低功率；400毫安的最大开关电流；小于1.2Ω的最大电阻；输出短路保护；和输入过电压保护，以支持到系统10中短路到VBAT的VIN(例如，引脚连接到电池电压)。应该注意，虽然只有少数A2B芯片12(1)-12(N)在本文中示出为简化起见，任何数目的A2B芯片可以以类似的方式在系统10的实施例的范围之内相互连接。而且，在实施例的广泛范围内，每一个从节点12(2)-12(N)可以与任何数量的外围芯片进行通信。
转到图2，图2是示出根据系统10的实施例的功率开关电路的示例细节的简化框图。在各种实施例中，系统10可包括例如，A2B芯片12(例如，从节点或主节点)，被配置为接收数据并在A2B总线14上加电。A2B芯片12的功率开关电路根据功率开关过程顺序加电在A2B总线14上的下一个下游A2B芯片。如本文所用，结合示例A2B芯片12的术语“上游”指的是指向主A2B芯片的A2B链的一部分；结合示例A2B芯片12的术语“下游”指的是远离示例A2B芯片12和主A2B芯片的A2B链的一部分。功率在功率开关过程中从上游方向向下游方向流动。
在各种实施例中，功率开关电路被配置用于在功率开关过程之前、期间和之后检测A2B总线14的故障。在一些实施例中，功率开关电路可以在功率开关过程之前、期间和之后感知下游线缆A2B总线14(例如，连接到所述下一个下游A2B芯片的线缆、线等)的条件，并提供反馈到开关控制机构。功率开关电路可以逐步充电下游线缆和下游A2B芯片，而实质同时保留局部功率和数据通信并为下游A2B芯片提供界定的充电时间。例如，功率开关电路可以在功率开关过程期间维持本地功率电压。功率开关电路可以对来自主A2B芯片的命令激活对下游A2B芯片的功率。在一些实施例中，如果下游线缆上没有检测故障，功率开关电路被配置为成功地完成了功率开关过程。
上游耦合网络20可以在A2B总线线缆上分离功率供应线和数据线，并经过功率供应线22A和24A(分别为上游正极功率供应线和负极功率供应线)和上游数据线26A向A2B芯片12分别提供功率和数据。上游功率和数据可以由主芯片A2B转发或从主芯片A2B起源。下游耦合网络28可以被配置为聚集在下游功率供应线22B和24B(下游正功率供应线和负极功率供应线，分别)和下游数据线26B上来自A2B芯片12的功率和数据信号，并经过另一个A2B总线线缆向下游组件(其可以包括其他A2B芯片)提供聚合的信号。
功率开关30可以被设置在下游正极功率供应线22B上。在本文所示的示例实施例中，功率开关30包括由A2B芯片12控制的晶体管，以及便于检测流向下游耦合网络28(例如，作为反馈机制，以确定线路如何响应功率的开关)的功率的功率感测线。功率开关30在A2B芯片12的加电期间有利于分离下游耦合网络28。因此，在具体实施例中，当功率开关30被启用(例如，连接)时，功率开关可对下一个下游A2B芯片激活；当禁用时，功率开关30可以被配置成隔离正在从下一个下游A2B芯片通电的A2B芯片12。
根据不同实施方案，在A2B芯片12被加电之后，A2B芯片12可以被命令(例如，通过合适的控制机构，诸如控制位)以加电下游组件A2B芯片12。根据功率开关的进程，示例A2B芯片12被首先加电，在此期间，它从下游耦合网络28隔离。在A2B芯片加电成功后，A2B芯片12可使得下一个下游A2B芯片12以加电。在接下来的下游A2B芯片的加电转变期间，示例A2B芯片12的功率开关电路可以监视下游线缆的故障，并如果检测到故障则停止功率开关过程。通电的顺序可以沿着A2B链路继续向下进行，直到实质上在A2B链上的所有A2B芯片已经加电。
根据特定的需要，上游耦合网络20和下游耦合网络28可以包括铁氧体磁珠、电感、电容、共模扼流圈和有利于电磁兼容、宽容环境条件(例如，在汽车)以及其他可取特点的其他电器元件。上游耦合网络20和下游耦合网络28的组件可以根据其中使用系统10的具体应用有所不同。系统10的实施例可以根据功率开关进程编程A2B芯片12以使能到下一个下游A2B芯片(如果存在)的功率。
转到图3，图3是示出根据系统10的一个实施例的线路供电的示例细节的简化框图。系统10的各种实施例还可以包括开关和耦合到下游电力线缆的开关控制电路，以根据命令使能下游A2B芯片上的功率。也可以在正极和负极(例如，沿正功率供应线22A/22B和负功率供应线24A/24B)设置开关。输入功率和数据信号可通过A2B总线14传送给A2B芯片12。上游耦合网络20可以包括电感器(例如，或铁氧体磁珠)34，其可便于从输入信号分离出直流(DC)分量(例如，功率组件)，以及电容器32，其可促进从输入信号分离出高频(例如，数据)分量。例如，电感器34可以作为高频率块(例如，在双绞线14上过滤出高速数据能量)，以及电容器32可以作为低的频率块(例如，在双绞线14上过滤出功率)。正功率供应线22A/22B可携带(例如，传输，行为等)的功率信号的正部分(具有正极性的功率信号的部分)，以及负功率供应线24A/24B可携带功率信号的负部分(例如，具有负极性的功率信号的部分)。数据信号可以在数据线26A/26B携带(分别为上游/下游)。
在一个示例性实施例中，A2B芯片12可以包括27V宽容开漏输出引脚SWP，它可以在适当的时间在功率开关进程序列中拉低以开启功率开关30。集成到A2B芯片12中的电流控制开关元件36可以便于感测在下游负功率供应线24B上的功率。如本文所用，术语“电流控制开关元件”包括半导体器件(例如晶体管)，其中，控制偏差设定设备的电阻在非常高或非常低的值，对应于开关的“关”和“开“条件；当开关处于“开”位置“关”之间时，电阻可以随着控制电流而变化。电流控制开关元件36可以电连接引脚VSS到引脚VSSO(也被称为SW)。当合适时，接地元件可以连接到电流控制开关元件36。
在一些实施例中，功率开关30可包括P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，以及电流控制开关元件36可包括N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。附加的合适的电气部件也可包括在各实施例的范围之内。电流控制开关元件36可在某些情况下用作开关，例如，当电流超过特定值时用作短，或当电流低于特定阈值时为开，或反之亦然。电流控制开关元件36可以方便逐渐拉高充电电流(例如，用于供电下游A2B芯片的电流)。在一些实施例中，电流控制开关元件36可以被放置在下游正功率供应线22B中，和功率开关30也可以内部移动到A2B芯片12。连接在正功率供应线22A和负功率供应线24A之间的可选二极管38可为A2B芯片12提供反向电流保护。在各个实施例中，二极管38也可有利于检测系统10中的反向电流。
在一些实施例中，两个开关(例如，功率开关30和电流控制开关元件36)可以是电流控制的。在其它实施例中，功率开关30可以是电流控制，以及电流控制开关元件36可以是常规(例如，普通的，没有电流控制)开关。在加电转变期间，至少一个开关(可能两者)也可以加倍以用作电流源以确保逐渐打开开关。电流的控制可在数字控制电流源实现为逻辑控制，它可以动态地适应线路上的负载，直至达到最佳充电率，例如，以平衡逐渐充电下游功率供应线和A2B芯片，并同时保留本地功率和数据通信，同时还为下格A2B芯片提供用于有界的充电时间，以加快整个数据链路链的发现过程。
根据一些实施例，标签SW(连接到电流控制开关元件36)和SWP(连接到功率开关30)可以根据信号(例如，称为sw_mode的位的值)在至少四种操作模式之一运行，指示A2B芯片12是否正在使用外部开关。仅作为示例，而不是限制，当sw_mode设置为默认值0，内部和外部开关可通过引脚SWP控制以以提供完整的线路隔离，用于线路故障诊断和定位；当sw_mode被设置为1的值，下游线缆开放和反向线诊断可被跳过；当sw_mode被设置为2的值，外部调节器可以被使用，以及某些线路诊断功能可被禁用；当sw_mode被设置为3的值，A2B芯片12可以被设置为预留的工程调试和测试模式，其中，所述诊断程序被关闭，而开关通过完全打开SW上的内部开关并拉低SWP以打开外部功率开关30，接着功率开关过程中的否则正常的开关顺序而连接。控制功率开关30和电流控制开关元件36的信号的合适的值和操作模式可包括在系统10的实施例的范围之内。
根据一些实施例，适当的状态标志可以被设置以指示功率开关过程中的特定事件。例如，第一标记(例如，开始标志)可以从低(例如，0)设置为高(例如，1)，指示功率开关的启动；第二标志(例如，完成标志)可以设置为高，表示功率开关的完成；和第三标志(例如，故障标志)可以设置为高，表明有故障。在一个示例实施例中，如果功率开关进程无法顺利完成，故障标志可转换到高。如果被激活，它可能保持高位，直到开始标志为低电平。当功率开关过程成功完成时，完成标志可以过渡到高，并可保持高位，直到开始标志变低(例如，表明下游线缆断开)。
根据一些实施例，合适的故障代码可设置在故障代码总线上以指示特定的故障类型。例如，为0的错误代码可以指示未检测到故障；为1的错误代码可以指示下游线被短路到地面；为2的错误代码可以指示下游线被短路到电池电压；为3的错误代码可以指示该线缆端子被短接在一起；为4的故障代码可表示开路；为5的错误代码可指示下游线缆被反向连接；为6的错误代码可表示不确定的故障等。各种错误代码设置可实施在实施例的宽泛范围内。
据一些实施例，当检测到危险故障时，合适的自动断开标志设置可以自动地断开功率开关30。危险故障可会破坏局部的A2B芯片12，或正通电的下一个下游A2B芯片12。在一个示例实施例中，如果当自动断开标志被启用(例如，设为1)时检测到故障以及功率开关30被有效地连接，则功率开关30可被断开，结束标志(例如，指示功率开关完成)可变低，使用在故障代码输出总线上设置的合适的故障代码，故障标志(例如，指示故障)可过渡到高。另一方面，如果当检测到故障时自动断开标志被禁用(例如，设置为0)，完成标志可以保持高，功率开关30可以继续保持连接。故障标志和错误代码的输出可以使用故障信息进行更新，但功率开关30的断开可通过主机18、用户干预、软件干预或其它机制来控制。
转到图4，图4是示出根据各种实施例与A2B芯片12相关联的功率开关和诊断硬件的简化框图。功率调节器40可以感知传入(例如，从上游方向)功率供应线22A和24A的任何问题(例如，电压下降)。下游正功率供应线22B的功率开关30可以由正开关驱动器44来驱动。下游负功率供应线24B上的电流控制开关元件36可用作可变负电流吸收器和开关(以及在一些实施例中的电流源)以调节电流。
包括一种或多种感觉比较器50和其它部件的诊断模块48可在功率开关过程之前、期间和之后便于检测下游A2B总线14中的故障。控制逻辑52可控制电流源(例如，电流控制开关元件36)以对A22B总线14上的负载动态适应充电电流，直到达到预先确定的充电率。控制逻辑52可以从功率稳压器40和诊断模块48接收各种状态输入，适当地确定合适的电开关机制，并相应地产生开关和诊断控制以方便系统10中的功率开关和线路诊断。
根据各种实施例，来自A2B芯片12的其他部件的开关启动和时钟信号可有利于配置(例如，编程、控制等)控制逻辑52，控制逻辑52可通过正开关驱动器44控制功率开关30。当功率开关30接通时，上游功率可以连接到下游功率，逐渐增能电流回路(包括通过下一个下游A2B芯片的正功率供应线22B和负功率供应线24B)，而不会引起电流突涌或其他干扰。检测比较器50可将下游功率供应线22B和24B相对于所述输入功率和接地的状态反馈回控制逻辑52，控制逻辑52可以基于功率开关30的状态、通过电流绘制控制开关元件36的电流以及传感比较器50的状态进行下一状态的确定。
功率调节器40可以监控输入功率的状态(例如，质量、健康、环境等)。如果输入功率的质量降低，在A2B芯片12的本地功率的状态的适当反馈可以提供给控制逻辑52。因此，如果功率开始崩溃(例如，功率供应线上的功率浪涌、无需功率、功率波动等)，降解可以充分早期发现，使上电过程可以减缓(或当合适时，停止)，以允许功率降低稳定(例如，停止、消失、安静，等)。例如，功率调节器40可以监测在VIN引脚的电压，并如果VIN的值下降低于预先设定的阈值则提供反馈到控制逻辑52。下游功率供应和数据可因此避免在局部功率供应中的问题(例如，中断、塌陷等)。
在各种实施例中，如果在下游功率使能转变期间功率被启用并还向控制逻辑52反馈信息，诊断模块48可以经配置以在功率开关处理之前、期间以及之后感测下游线缆的条件，例如以检测可损坏电路的故障。在各种故障情况下，诊断模块48可容忍存在于下游线缆上的高线电压。
诊断模块48可以连接到上游和下游侧。在功率开关过程的需求的条件下，诊断模块48可以通过控制逻辑52进行控制。如果指示成功完成功率开关过程中的步骤或指示在下游网络中潜在故障的步骤的失败，诊断模块48可以提供上游和下游功率状态信息返回给控制逻辑52。诊断模块48可以在下游功率开关过程之前、期间或之后监测上游和下游的功率供应线22A/22B和24A/24B的状态。
在一些实施例中，在使能功率传递到下游网络之前，诊断模块48可以检测潜在的破坏性故障。例如，可以通过在下游网络的两个终端上的适度阻力使用电压激励对下游线缆进行激励，以及响应可以感测比较器50感测，该感测比较器50检测(例如，观察、测量等)下游线缆上的激励。故障(诸如，短路到地或高电压)可压倒激励，其然后不能通过感测比较器50来感测。根据感测比较器50输出的签名，该故障的性质可以适当地分类或决定。如果检测到破坏性故障，供电下游网络的处理可被停止，并且故障的存在和类型报告给主机18。
在一些实施例中，诊断模块48还可以通过比较下游线缆状态与上游线缆状态而检测开路故障。例如，如果远端下游负载不存在，这依次可表明开路或反向连接类型故障，下游线缆状态可很快地达到上游线缆状态(例如，在不到预定的时间间隔内)。适当的检测比较器50可以检测下游线缆状态变化的速度，并检测下游线缆状态是否可很快达到上游线缆状态，说明断路故障。
在一些实施例中，诊断模块48可以以相反极性方式通过激励功率供应线22B和24B分类其他故障。如果当相反极性时下游功率供应线22B和24B充电太快(例如，在不到预定的时间间隔内)，可指示开放电路。另一方面，如果下游功率供应线22B和24B对于反向激励响应太慢(例如，在超过预定的时间间隔内)，如由合适的感测比较器50感测的下游线缆状态所指示地，可指示反向极性故障。
在一些实施例中，如果感测比较器50指示该下游功率供应线22B和24B在预定逝去的时间间隔内以最大充电电流没有完全充电，则短路故障可以被检测。来自本地功率稳压电路或检测比较器50的任何状态指示可表明上游(例如，来电)供电水平已降至可接受的操作水平。在所涉及的任何电路元件被损坏之前，使用逐渐增大的电流以激励下游A2B芯片可允许短路的安全检测。
在各种实施例中，在成功完成下游功率开关程序后，诊断模块48还可以例如通过使得比较器50连接到下游功率供应线22B和24B而继续监测下游功率供应线22B和24B。检测比较器50可以指示在预定的可接受范围之外的下游功率电压等级的任何偏离。
在各种实施例中，功率调节器40可以提供本地功率的状态上的反馈，例如，如果充电电流的动态调整开始影响本地功率的可行性，下游功率开关过程可以暂停或减慢。根据各种实施例，控制逻辑电路52可以控制电流控制开关元件36，同时监视由感测比较器50指示的下游功率供应线22B和24B的状态和局部功率调节器的状态，如果有的话。控制逻辑52还可以向数据链路系统(例如，由功率电路分隔的电气电路)报告该电力开关程序的成功结束或检测到分类故障。在系统10的一些实施例中，控制逻辑电路52可以被实现为用于控制在下游功率供应线22B和24B上功率开关的数字电路。在替代实施例中，可以使用等效的模拟控制电路。
当使能下一个下游A2B芯片时，步骤可包括激活功率开关30(例如，通过使能起始标志，例如，通过从0到1设置)。功率开关30可以由控制逻辑52来控制，从而使从VIN派生的本地功率(VOUT33/VOUT)可不超出规定范围(例如，因为它可危及上游通信链路)。在功率开关程序期间，VIN电压可以受控的方式下降，虽然避免了电压调节器掉电状态。在功率开关程序的完成，完成标志可转变为高。
诊断模块48可以检测到故障的下游电缆，并提供适当的反馈到控制逻辑52。控制逻辑52可例如通过设置故障标志为高并在故障代码输出总线上提供非零的故障代码而报告返回(例如，如适用，到主节点或主机18)打开功率开关30的失败尝试。在此期间检测任何故障的预先确定的最大时间间隔可以在控制逻辑电路52配置。在甚至试图使能功率开关30之前可检测的线路故障的情况下，预先确定的时间间隔可以被配置为较小值。
转到图5，图5是示出根据系统10的一个实施例的感测比较器50的示例细节的简化框图。在各种实施例中，诊断模块48可以包括连接到功率供应线22A/22B和24A/24B并比较影响电信号(诸如，电流、电压、电阻等)的测量值与某些预定的参考值或对于彼此的感测比较器50。上游(输入侧)功率供应线22A和24A以及下游(输出侧)功率供应线22B和24B的状态可以由比较器输出的结合状态来指示。例如，一个感测比较器可以测量输入电压VIN，并比较预定的输入电压值。例如非零差异(超出预定界限)可触发从感测比较器50到控制逻辑52的输出。在实施例的宽泛范围内，可测量各种其它参数(诸如，在引脚VSS、VSSO等的电压)。
激励模块54可以使用电压或电流温和地激发下游功率供应线22B和24B以测试线路。感测比较器50对各种激励的响应可指示下游网络上故障的存在或不存在。激励模块54可从控制逻辑50接收控制信号，该控制逻辑50用于激励一个或多个感测比较器50。参考发生器56可为一个或多个感测比较器50产生参考信号。
转到图6，图6是示出包括根据系统10的一个实施例的功率开关和诊断硬件的示例A2B芯片12的简化框图。电感器34包括在上游和下游的功率供应线22A/24A和22B/24B上的铁氧体磁珠。除了正开关驱动器44、电流控制开关元件36、诊断模块48和控制逻辑52，A2B芯片12可以包括A2B收发器60，该A2B收发器60可向/从上游网络(例如，向主节点)发射和接收电信号，以及另一个A2B收发器62可向/从下游网络(例如，向其它从节点)发射和接收电信号。功率调节器40可以包括一个或多个电压调节器64。可包括锁相环路(PLL)66以同步功率开关程序和/或数据传输过程。
共模扼流圈68可以任选地包括在一些实施例中以抵抗电磁干扰，并减少A2B总线14的电磁辐射。在一些实施例中，如该图所示，功率开关30可以提供在A2B芯片12的外部。在其它实施例中，功率开关30和负侧开关(例如，电流控制开关元件36)可被提供在(并集成到)A2B芯片12内。在其它实施例中，功率开关30可被提供在A2B芯片12内，以及负侧开关(例如，电流控制开关元件36)可被提供在A2B芯片12外。
转到图7，图7是示出根据系统10的实施例与功率开关程序相关联的示例性操作100的简化流程图。在各个实施例中，电流控制开关元件36可被操纵以逐渐增加在下游电缆中的充电电流，直到下游电缆已完全充电。在功率处理期间，故障可由相应的检测比较器50和与诊断模块48相关的其他组件进行检测。
在102，到下游A2B芯片12的功率被关闭。可以根据命令(例如，从主节点12(1))例如通过设置开始标志为高开关功率，以表示功率开关的启动。在104，诊断模块48可检测在下游功率供应线22B和24B中的破坏性故障。例如，在诊断模块48中的激发模块54可以使用电压或电流激励下游线缆以检测破坏性故障。如果没有发现故障，在106，功率开关30可以被打开。在108，电流控制开关元件36可以在其充电电流的最低设置被打开。在110，系统10可以等待(例如，对于预先确定的时间间隔)以解决。在112，系统10中的电流稳定速率可以被监测，并确定稳定速率是否高于预定阈值(例如，电流回路太快稳定)。例如，适当的检测比较器50可以监测在下游线缆中的电流变化速率，并将其与在上游线中的电流相比较。
如果当前环路没有过快稳定，表示在下游功率供应线22B和24B中没有开路故障，在114，电流控制开关元件36的电流设置可以逐渐增大。在116，本地功率的状态可以例如在功率稳压器40进行检查。如果状态是可行的(例如，在本说明书中，VIN是“良好”)，表示当地供电没有问题，在118进行确定：下游功率供应线22B和24B是否被完全充电并达到预先确定的充电率。如果下游功率供应线22B和24B被完全充电，在120，功率开关过程可以完成。完成标志可以被设置为高以指示功率开关的完成。
返回104，如果检测到破坏性故障，操作可以循环到122，在该122，故障可报告给控制逻辑52(当合适时，和主节点和/或主机18)。例如，故障标志可以被设置为高以指示故障和相应的故障码可以被注入到故障代码行。同样地，返回到112，如果当前循环过快稳定，指示下游功率供应线22B和24B中的开路故障，操作可以循环回122以当合适时报告检测到的故障。同样地，返回116，如果功率调节器状态为“不良”，表示当地的功率供应是不可行的，在124，等待时间可被启用以解决重新检查状态。如果状态仍然不好，指示故障，操作可以循环到122，在该122，可当合适时报告故障。
返回118，如果下游功率供应线22B和24B没有完全充电，在126，确定电流吸收器是否处于其最大设置。如果在电流控制开关元件36的电流吸收器不在其最高设置，电流吸收器的设置可在114增加，以及操作可此后继续。另一方面，如果电流吸收器设置在最大设置以及下游功率供应线22B和24B都没有完全充电，故障可被指示，以及操作可以循环回122，在该122，当合适时可报告故障。
注意，在本说明书中，在“一个实施例”、“示例实施例”、“实施例”、“另一实施例”、“某些实施例”、“各种实施例”、“另一实施例、“替代实施例”中包括的各种特征(例如，元素、结构、模块、组件、步骤、操作、特性等)的引用意为表示任何这些特征都包含在本公开的一个或多个实施中，但可以或可以不必组合在相同实施例中。
在上述各实施例的讨论中，电容器、时钟、DFF、分频器、电感器、电阻器、放大器、开关、数字核心、晶体管和/或其它组件可以很容易地被替换、取代或以其他方式修改以适应特定的电路需求。此外，应当指出的是，使用配套的电子设备，硬件，软件等提供了用于实现本公开的教义的同样可行的办法。
在一个示例实施例中，附图的任何数量的电路的可以在相关联的电子设备的电路板上实现。该板可以是一般的电路板，可容纳电子设备的内部电子系统的各种组件，并进一步提供其它外围设备的连接器。更具体地，该板可以提供电气连接，系统的其他部件可通过该电气连接进行电通信。任何合适的处理器(包括数字信号处理器、微处理器、芯片组支持等)、存储器元件等可以适当地根据具体配置需求、处理需求、电脑设计等耦合到该板。其它组件(诸如外部存储器、额外的传感器、用于音频/视频显示的控制器，和外围设备)可以通过线缆连接到电路板作为插卡，或集成在主板本身。
在另一示例实施例中，图中的电路可以实现为单独的模块(例如，具有相关组件的设备和配置以执行特定应用或功能的电路)或实现为插件模块到电子设备的应用特定硬件中。注意的是，特定的是，本公开的特定实施例可以容易地部分或全部地包括在芯片上系统(SOC)的封装中。SOC表示集成计算机或其它电子系统的元件到单个芯片中的IC。它可以包含数字、模拟、混合信号以及经常的射频功能：所有这些都可以设置在单个芯片衬底上。其他实施例可以包括多芯片模块(MCM)，具有位于单独的电子封装中并经配置以通过电子封装互相密切交互的多个单个IC。在各种其它实施例中，本文所述的功能可以实施为专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)以及其他半导体芯片中的一个或多个硅芯。
也必须要注意，本文列出的所有规格、尺寸以及关系(例如，多个组件、逻辑运算等)只被提供用于示例和教导的目的。在不偏离本公开的精神或所附权利要求的范围的情况下，这些信息可以被显着地改变。规范仅适用于非限制性的例子，因此，它们应被如此理解。在前面的描述中，示例性实施例已参照特定组件的配置进行描述。在不偏离所附权利要求的范围的情况下，可以对实施例进行各种修改和变化。因此，说明书和附图被视为说明性的而不是限制性的。
需要注意的是，上面参照附图所讨论的业务适用于涉及信号处理的任何集成电路，特别是那些依赖同步信号以执行专门的软件程序或算法，其中一些可关联于处理数字化实时数据。某些实施例中可以涉及多DSP信号处理、浮点处理、信号/控制处理、固定功能处理、微控制器应用等。在某些情况下，本文所讨论的这些特征可以适用于医疗系统、科学仪器、无线和有线通信、雷达、工业过程控制、音频和视频设备、电流传感、仪器(可以是高度精确的)以及基于数字处理的其他系统。
此外，以上所讨论的某些实施例可以提供在数字置备信号处理技术中，用于医疗成像、病人监护、医疗仪器仪表和家庭医疗保健。这可能包括肺显示器、加速度计、心脏速率监视器、心脏起搏器等。其他应用可以涉及汽车技术安全系统(例如，稳定控制系统、驾驶辅助系统、制动系统、信息娱乐系统和任何形式的内部应用)。此外，动力系统(例如，在混合动力汽车和电动汽车中)可以应用本文所述的功能在高精度数据转换产品中，用于电池监控、控制系统、报告控制、维护活动等。
在另外的示例方案中，本公开的教导可以适用于工业市场，包括帮助驱动生产力、能源效率和可靠性的过程控制系统。在消费应用中，上面所讨论的电路的教导可用于图像处理、自动聚焦、以及图像稳定(例如，数码相机、便携式摄像机等)。其他消费应用可以包括音频和视频处理器，用于家庭影院系统、DVD刻录机以及高清电视。然而，其他消费应用可以涉及到先进的触摸屏制器(例如，对于任何类型的便携式媒体设备)。因此，这种技术可以容易地成为智能手机、平板、安全系统、个人电脑、游戏技术、虚拟现实、模拟训练等的一部分。
注意，对于本文中提供许多实施例，交互可以通过两个、三个、四个或更多个电子部件来描述。然而，这样为了清楚起见，并仅作为示例进行。应当理解，该系统可以以任何合适的方式进行合并。沿着类似的设计方案，附图的任何图示组件、模块和元件可以以各种可能的组合配置，所有这些都清楚在本说明书的范围之内。在某些情况下，通过仅参考有限数量的电子元件描述给定流程集合的一个或多个功能更加容易。应当理解，附图的电路及其教义都是现成可扩展的并可容纳大量的部件，以及更复杂/精密的安排和配置。因此，提供的实施例不应该限制范围或抑制电气电路的广泛教导为潜在应用到其他无数的架构。
许多其它的改变、替换、变化、更改和修改对于本领域技术人员是可确定的，以及当落入所附权利要求的范围之内时，本发明包括所有这样的改变、替换、变化、更改和修改。为了协助美国专利和商标局(USPTO)以及此外在本申请上提出的任何专利的任何读者解释所附权利要求，申请人谨指出：申请人(a)不打算任何所附的权利要求援引美国法典第35(6)第6段第112条，因为它存在于申请日，除非单词“用于…的装置”或“用于…的步骤”在特定权利要求中专门使用；以及(b)不打算通过本说明书的任何陈述以没有体现所附权利要求的任何方式而限制本公开。
其他注意、示例和实施方式
需要注意，上面描述的装置的所有可选特征也可相对于本文所述的方法或处理进行实施，以及示例中的细节可在一个或多个实施例的任何地方使用。在第一示例中，提供了一种系统(其可包括任何适当的电路、分频器、电容器、电阻器、电感器、模数转换器、DFF、逻辑门电路、软件、硬件、链接等)，可以是任何类型的计算机的一部分，它可以进一步包括耦合到多个电子部件的电路板。该系统可包括：装置，如果在系统中没有检测到破坏性故障，则用于接通功率开关电路的功率开关；装置，用于在在充电电流的最低设置打开所述功率开关电路的电流源；装置，用于监测在系统中电流稳定的速率；装置，用于检测在A2B芯片的本地功率的状态；和装置，如果稳定速度高于预定阈值以及本地功率是可行的，则逐渐增加充电电流，直到达到预定的充电速率。
该系统还可以包括：装置，用于报告检测到的故障；装置，用于确定下游线缆是否被完全充电；装置，用于使用电流或电压激励下游线缆，以检测破坏性故障；装置，用于等待系统中电流的稳定；装置，用于设置第一标志为高，表示功率开关的启动；装置，用于设定第二标志为高，表示所述功率开关完成；以及装置，用于设定第三标志为高，表示发生故障(例如，在下游线缆中)。
在这些情况下(上文)的“装置，用于…”可包括(但不限于)使用本文所讨论的任何合适的组件，以及任何合适的软件、电路、集线器、计算机代码、逻辑、算法、硬件、控制器、接口、链路总线、通信途径等。在第二示例中，该系统包括存储器还包括进一步包括机器可读指令的存储器，当执行时使得系统执行上面讨论的任何操作。

Claims (16)

1.一种在双向双线通信系统中使用的通信设备的功率开关电路，包括：
上游耦合电路，以通过上游线路对将通信设备芯片耦合至上游通信设备，其中上游耦合电路从通过上游线路对自上游通信设备发送至通信设备的电信号接收数据和功率；
下游耦合电路，以通过下游线路对根据标称功率开关过程将数据和功率提供至下游通信设备；
其中所述功率开关电路在标称功率开关过程之前、期间和之后检测通信系统中的一个或多个故障，并响应于检测到一个或多个故障修改标称功率开关过程；
其中下游耦合电路在标称功率开关过程之前、期间和之后感测下游线路对的情况，并向开关控制机制提供反馈；以及
其中下游耦合电路在界定的充电时间逐渐提供充电电流至下游线路对和下游通信设备，同时保留局部功率和数据通信。
2.根据权利要求1所述的功率开关电路，其中所述功率开关电路在标称功率开关过程期间保持局部功率供应电压。
3.一种在双向双线通信系统中使用的通信设备的功率开关电路，包括：
上游耦合电路，以通过上游线路对将通信设备芯片耦合至上游通信设备，其中上游耦合电路从通过上游线路对自上游通信设备发送至通信设备的电信号接收数据和功率；
下游耦合电路，以通过下游线路对根据标称功率开关过程将数据和功率提供至下游通信设备；
功率开关，以将通信设备从下游通信设备隔离；
诊断模块，包括在所述标称功率开关过程之前、期间和之后检测通信系统中的一个或多个故障的多个感测比较器；
控制逻辑，以控制电流源用于动态将充电电流适应至下游线路对上的负载，直到实现预定充电率；以及
局部功率调节器，以提供对于通信设备处的局部功率供应的状态的反馈。
4.根据权利要求3所述的功率开关电路，其中，所述电流源包括电流控制开关元件。
5.根据权利要求3所述的功率开关电路，其中，所述控制逻辑包括数字电路。
6.根据权利要求3所述的功率开关电路，其中，所述控制逻辑通过开关驱动器控制所述功率开关。
7.根据权利要求3所述的功率开关电路，其中，所述功率开关位于从通信设备中的数据线解耦合的功率供应线的正侧，以及其中所述电流源位于所述功率供应线的负侧。
8.根据权利要求7所述的功率开关电路，其中，所述电流源集成到所述通信设备的芯片中，该芯片包括控制逻辑，以及所述功率开关位于所述芯片之外。
9.根据权利要求7所述的功率开关电路，其中，所述电流源位于所述通信设备的芯片之外，该芯片包括控制逻辑，以及所述功率开关集成到所述芯片中。
10.根据权利要求3所述的功率开关电路，其中，所述诊断模块包括激励模块，所述激励模块使用电压或电流激励所述下游线路对，以及其中如果在下游线路对上不存在故障，所述感测比较器检测所述激励。
11.一种在双向双线通信系统中由通信设备的功率开关电路执行的功率开关方法，所述功率开关方法包括：
如果在系统中没有检测到破坏性故障，则打开所述功率开关电路的功率开关；
在充电电流的最低设置，打开所述功率开关电路的电流源；
监测系统中电流的稳定速率；
检测在通信设备处局部功率供应的状态；以及
如果所述稳定速率高于预定阈值以及所述局部功率供应可行，则增加所述充电电流，直到达到预定充电速率。
12.根据权利要求11所述的功率开关方法，进一步包括：报告所检测的故障。
13.根据权利要求11所述的功率开关方法，进一步包括：确定下游线路对是否完全充电。
14.根据权利要求13所述的功率开关方法，进一步包括：使用电压或电流激励所述下游线路对以检测破坏性故障。
15.根据权利要求11所述的功率开关方法，进一步包括：等待系统中电流的稳定。
16.根据权利要求11所述的功率开关方法，进一步包括：
设置第一标记为高，以指示功率开关的开始；
设置第二标记为高，以指示功率开关的完成；以及
设置第三标记为高，以指示故障。
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