CN104426527B - 用于传输数据的方法及电路 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及用于传输数据的方法及电路。本发明揭示用于在第一电路(102)与第二电路(104)之间传送数据的数据传送装置(100)及方法。数据传送装置(100)包含具有多个数据通道(110)的第一电路(102)，其中所述数据通道(110)中的至少一者为作用数据通道。串行化器(118)具有多个输入(121到124)及一输出(126)，其中所述输入(121到124)耦合到所述多个数据通道(110)。所述串行化器(118)用于一次仅将一个作用通道耦合到所述输出(126)。隔离势垒(112)耦合到所述串行化器(118)的所述输出(126)，所述隔离势垒(112)使瞬态衰减且使基本频率通过。第二电路(104)包含具有一输入(142)及至少一个输出(166)的解串行化器(160)，所述输入(142)耦合到所述隔离势垒(112)，所述至少一个输出(166)为至少一个作用数据通道。

Description

用于传输数据的方法及电路

技术领域

本申请案涉及数据传输技术。

背景技术

需要在经隔离电路之间进行一些数据传输。举例来说，一些电路上的传感器以高电压操作，而处理由所述传感器产生的数据的处理器以低电压操作。在电路上产生的瞬态具有中断或破坏在所述电路之间传输的数据的可能性。为了克服因瞬态造成的数据传输问题，在电路之间耦合隔离势垒。在一些实施例中，隔离势垒为使与瞬态相关联的频率衰减的电容器。

关于在高电压电路与低电压电路之间传输数据的问题中的一者为所有数据通道均需要隔离势垒。当需要多个通道时，还需要相同数目个昂贵隔离势垒。除花费之外，隔离势垒还通常较大，此需要电路上的较大区。

发明内容

本发明揭示用于在第一与第二电路之间传送数据的数据传送装置及方法。数据传送装置包含具有多个数据通道的第一电路，其中所述数据通道中的至少一者为作用数据通道。串行化器具有多个输入及一输出，其中所述输入耦合到所述多个数据通道。所述串行化器用于一次仅将一个作用通道耦合到所述输出。隔离势垒耦合到所述串行化器的所述输出，所述隔离势垒使瞬态衰减且使与数据传送相关联的基本频率通过。第二电路包含具有一输入及至少一个输出的解串行化器，所述输入耦合到所述隔离势垒，所述至少一个输出为至少一个作用数据通道。

附图说明

图1是用于在两个电路之间传输数据的系统的实施例的框图。

图2A是展示由图1的串行化器产生的数据信号的实施例的示范性时序图。

图2B是在由图1的调制器调制之后的图2A的数据信号的示范性实施例。

图3是描述图1的系统的操作的示范性实施例的流程图。

具体实施方式

图1是用于在个别地称为第一电路102及第二电路104的两个电路之间传输数据的系统100的框图。在图1的实施例中，第一电路102称为低电压电路且所述第二电路称为高电压电路。第一电路102(为低电压电路)包含处理数据且通常以低电压操作的装置。在一些实施例中，第一电路102以约3.3伏或5.0伏的电压操作。第二电路104通常以比第一电路102中的电压高得多的电压操作。在一些实施例中，第二电路104与以数百伏操作的电机控制器相关联。上文所描述的第一电路102及第二电路104的电压为示范性的，且第一电路102及第二电路104可以事实上任何电压操作。

系统100使得来自第一电路102上的多个数据通道110的数据能够传输到第二电路104。系统100将作用的数据通道110(称为作用通道)(其可能并非所有数据通道110)上的数据串行化。经串行化数据通过势垒112传输到第二电路104。经串行化数据接着由第二电路104解串行化。通过仅将作用通道上的数据传输到第二电路104，相对于常规数据传输技术增加了传输的带宽且减少了延时。

第一电路102包含耦合到数据通道110的串行化器118。在一些实施例中，串行化器118为多路复用器或包含多路复用器。在图1的实施例中，存在个别地称为第一数据通道121、第二数据通道122、第三数据通道123及第四数据通道124的四个数据通道110。在图1的实施例中，并非所有数据通道110均为作用的，此意味着并非所有数据通道110均经配置以传输数据。举例来说，在一些实施例中，串行化器118经配置以耦合到所有数据通道110，然而，第二电路104使用少于所有数据通道110。出于示范性目的，将第一数据通道121及第二数据通道122视为作用数据通道，此意味着其经配置以传输数据。第三数据通道123及第四数据通道124未经配置以传输数据且有时称为非作用的。

串行化器118经配置以将数据通道110一次一个数据通道地耦合到输出126。在图1的实施例中，串行化器118经配置以仅将作用数据通道121及122耦合到输出126。因此，不在将非作用数据通道123及124耦合到输出126上浪费电路资源。如下文更详细地描述，通过仅将作用数据通道121及122耦合到输出126，电路100通过试图在原本将使第三数据通道123及第四数据通道124连接到输出126时进行传输而不浪费带宽。另外，不在将非作用通道123及124上的数据串行化上花费时间，因此改进了数据传送的延时。在一些实施例中，电路100的用户或制造商将串行化器118编程为仅辨识作用数据通道121及122。

串行化器118的输出126耦合到调制由串行化器118输出的通道上的数据的混频器130。混频器130从振荡器132接收混频信号。由振荡器132产生的混频信号的频率称为基本频率。在一些实施例中，基本频率为16GHz。在一些实施例中，经混频信号称为经包化的，此意味着数据包已被调制。数据包可包含从作用通道121及122接收的数据，所述数据在预定周期之后或在所累积数据已达到预定量之后存储并传输到混频器130。在一些实施例中，经混频信号称为数据突发。在图1的实施例中，经包化信号传输到放大器136的输入134。经放大经包化信号在输出138处从放大器136输出。

放大器136的输出138耦合到隔离势垒112。所述隔离势垒具有第一节点140及第二节点142，其中经包化信号在第一节点140处输入到隔离势垒112且在第二节点142处输出。隔离势垒112使瞬态衰减或阻挡其在第一电路102与第二电路104之间通过。在一些实施例中，隔离势垒112为使与若干瞬态或至少一个瞬态相关联的频率衰减的电容器。在其中隔离势垒112为电容器或具有电容的实施例中，所述隔离势垒充当高通滤波器。因此，由振荡器132产生的基本频率应足够高以在隔离势垒112的通带内。在其它实施例中，隔离势垒112充当带通滤波器，因此所述基本频率在所述滤波器的通带内。在上文所描述的实施例中，与若干瞬态或至少一个瞬态相关联的频率低于或高于基本频率，使得在不使经包化数据衰减的情况下使瞬态衰减。

隔离势垒112的第二节点142耦合到第二电路104。第二电路104将由第一电路102产生的经包化数据解串行化。在图1的实施例中，第二节点142耦合到检测经包化信号的检测器150。在一些实施例中，检测器150为对基本频率进行滤波或使基本频率衰减且留下在作用数据通道上接收的原始数据的包络检测器。检测器150耦合到检测数据信号的存在的比较器154。举例来说，包络检测器150滤除基本频率，此留下数据信号或脉冲。比较器154确定所述脉冲或数据信号是否实际上为数据信号。在一些实施例中，比较器154将所述信号与预定电压进行比较。如果所述数据信号的振幅大于预定电压，那么比较器154使所述信号通过或产生具有预定电压电平的新信号。如果所述信号的振幅小于预定电压，那么比较器不使任何信号通过。此情况可因由第二电路104拾取的噪声或其它异常现象造成，其中噪声或异常现象具有低于预定电压的振幅。

比较器154的输出表示曾耦合于作用数据通道与串行化器118的输出126之间的数据信号。比较器154的输出信号耦合到两个装置，即时钟恢复装置158及解串行化器160。时钟恢复装置158基于比较器154的输出信号恢复或重新建构时钟信号。时钟信号为在产生数据通道110上的数据中所使用的时序信号。为了最小化在第一电路102与第二电路104之间通过的信号的数目，重新建构时钟信号而不是在两个电路102与104之间单独发送时钟信号。如果在电路102与104之间发送时钟信号，那么将需要另一隔离势垒，此为昂贵的且需要系统100上的区。时钟恢复装置158检测来自比较器154的信号中的边缘且在检测后即刻开始重新建构时钟信号。

经重新建构时钟信号在线162上输出到解串行化器160。经重新建构时钟信号由解串行化器160用于重新建构来自比较器154的数据。举例来说，经重新建构时钟信号由解串行化器用于确定何时应对信号进行取样。因此，解串行化器160能够充当使用常规时钟信号的常规解串行化器。解串行化器160在输出数据通道166上输出数据。应注意，仅存在两个输出数据通道166，这是因为在数据通道110上仅存在两个作用数据通道121及122。不在非作用数据通道123及124上传输数据，因此无需输出表示非作用数据通道123及124的数据。

第一电路102上的组件及装置相对于第一接地170操作，且第二电路104上的组件及装置相对于第二接地172操作。第一接地170及第二接地172彼此隔离且在一些实施例中，第二接地172电浮动。基于单独接地170及172，第一电路102上的信号参考到第一接地170，且第二电路104上的信号参考到第二接地172。上文所描述瞬态中的一些瞬态为接地170、172中的一者遭遇电压尖峰或类似物的结果。在常规系统中，瞬态可导致两个电路102、104之间的数据传输中的错误。系统100仅将作用数据通道包化，因此其具有较多带宽来使用在大多数瞬态的带外部的基本频率将数据传输穿过势垒112。因此，系统100较不易受瞬态影响，或具有比常规系统大的共用模式瞬态免疫力(CMTI)。

已描述了系统100的组件，现在将描述系统100的操作的更详细说明。第一电路102在作用数据通道上接收数据信号。在以下示范性实施例中，第一数据通道121及第二数据通道122为作用的，且第三数据通道123及第四数据通道124为非作用的。串行化器118在作用数据通道上接收数据且将所述数据串行化。在一些实施例中，串行化器118具有其中用户选择作用数据通道的用户输入。在其它实施例中，将第一电路102制作为具有比串行化器118可输入的通道的数目少的数目个作用通道。在任一实施例中，仅将作用数据通道上的数据串行化。串行化意指在多个不同并行通道上输入数据且在单个通道上输出数据。在图1的实例中，串行化器118具有四个通道，但仅两个通道为作用的。串行化以时钟速率进行，在图1的实例中，时钟速率为5GHz。

串行化器118需要增加数据速率且识别数据，例如识别数据来源于哪一通道。举例来说，如果在作用通道中的每一者上以100MHz的速率接收数据，那么必须将串行化器118的输出126上的数据增加到至少大于200MHz的数据速率以便将两个通道包化且包含报头数据。为了实现这些功能，以较高速率将数据包化，所述较高速率为上文所描述的时钟速率。另外，将报头信息添加到数据，使得解串行化器160能够识别数据在串行化器118处来源于其的通道。作为实例，系统100可用于电机控制器中，其中第一数据通道121上的数据表示第一电机参数，且第二数据通道122上的数据表示第二电机参数。报头信息识别数据是在哪一通道上接收的，使得第二电路104能够针对电机控制器适当地处理数据。

串行化器118的输出126为具有适当报头的表示从作用通道接收的数据的经包化数据。使用混频器130借助由振荡器132产生的信号调制经包化数据。参考图2A，其为由串行化器118产生的经包化数据的示范性实施例。如图2A中所展示，经包化数据由脉冲组成，其中脉冲的宽度由串行化器118的内部时钟确定。图2B为在由混频器130调制之后的图2A的信号的示范性实施例。在一些实施例中，经调制脉冲称为突发。在其它实施例中，经调制包称为突出。以使得脉冲能够通过隔离势垒112的基本频率调制脉冲。在一些实施例中，所述基本频率大于可影响系统100的瞬态的频率，使得可区分经调制数据与瞬态。举例来说，在一些实施例中，串行化器118的时钟速率为5GHz且基本频率为16GHz。

在一些实施例中，图2B的经调制信号由图1的放大器136放大。在其它实施例中，由混频器130输出的信号足够强以便不需要放大。在图1的实施例中，基本频率足够高以使经调制信号通过隔离势垒112到达检测器150。如上文所描述，接地172浮动，因此基本频率的AC信号能够由检测器150处理而无论第一电路102与第二电路104之间的电压差如何。

在一些实施例中，检测器150为检测突发中的脉冲或经调制信号中的脉冲的包络检测器。举例来说，在一些实施例中，检测器150包含移除基本频率的滤波(未展示)，使得类似于由串行化器118产生的脉冲的原始脉冲保留。在一些实施例中，将检测器150调谐到基本频率。因此，不能由检测器150检测瞬态，这是因为基本频率远大于所预期瞬态频率。通过隔离基本频率与瞬态频率，改进了共用模式瞬态隔离(CMTI)。

检测器150的输出为与由放大器136产生的脉冲类似的脉冲。然而，所述脉冲可在振幅上低于由放大器136产生的脉冲，但具有在一些实施例中大于比较器154的预定电压的振幅。如上文所描述，为了进一步隔离信号与噪声及瞬态，由比较器154将经检测信号与预定电压进行比较。比较器154仅使具有大于预定电压的振幅的经检测信号通过。在这些实施例中，比较器154输出具有预定电压电平的信号，因此由比较器154输出的信号实质上类似于由串行化器118产生的信号。

在此点处，数据呈包形式且需要分离到对应于作用通道或与作用通道相关联的数据的个别通道中。由比较器154产生的信号输出到时钟恢复158及解串行化器160两者。时钟恢复158分析所述信号以确定由串行化器118使用的时钟频率。参考图2A，由x轴上的刻度标记展示时钟。经重新建构时钟信号在线162上输出到解串行化器160，其中解串行化器160用于将由比较器154产生的数据解串行化。解串行化器160在对应于作用通道121及122的两个通道上输出所述数据。在其它实施例中，以串行格式输出所述数据，其中标题或报头信息识别所述数据及/或其中接收所述数据的作用数据通道。

参考图3的流程图300描述系统100的操作。在步骤302中，通过将至少一个作用数据通道上的数据串行化而产生经串行化数据。在步骤304中，将经串行化数据传输穿过耦合于第一电路102与第二电路104之间的隔离势垒112。在步骤306中，使用第二电路104上的电路将经串行化数据解串行化。

虽然已通过实例展示并描述了说明性实施例，但在前述揭示内容的范围内，广泛替代实施例为可能的。

Claims (20)

1.一种数据传送系统，其包括：

第一电路，其具有：

输入数据通道，其经配置以接收用于传输的数据；

串行化器，其经配置以确定所述输入数据通道中的每一者是作用的或是非作用的，且所述串行化器经配置以串行化作用输入数据通道中的数据并忽略非作用输入数据通道；

输出放大器，其与所述串行化器耦合，所述输出放大器经配置以放大用于传输的经串行化数据；以及

第二电路，其与所述第一电路耦合，所述第二电路具有解串行化器，所述解串行化器经配置以解串行化经传输数据。

2.根据权利要求1所述的数据传送系统，其进一步包括：

隔离势垒，其耦合于所述第一电路和所述第二电路之间，所述隔离势垒经配置以使所述经传输数据中的瞬态衰减且使处于基本频率的所述经传输数据通过。

3.根据权利要求2所述的数据传送系统，其中所述隔离势垒包含：

带通滤波器，当将所述经传输数据中的所述瞬态的瞬态频率排除后，所述带通滤波器定义包含基本频率的通带。

4.根据权利要求2所述的数据传送系统，其中所述隔离势垒包含：

高通滤波器，其定义频率阈值，所述频率阈值低于所述基本频率且高于所述经传输数据中的所述瞬态的瞬态频率。

5.根据权利要求1所述的数据传送系统，其中所述第一电路包含：

混频器，其与所述串行化器耦合以接收经串行化数据，所述混频器经配置以隔离势垒可通过的基本频率来转换所述经串行化数据。

6.根据权利要求1所述的数据传送系统，其中所述第一电路经配置以第一电压进行操作，且所述第二电路经配置以高于所述第一电压的第二电压进行操作。

7.根据权利要求6所述的数据传送系统，其中所述第一电压低于10伏特，且所述第二电压高于100伏特。

8.根据权利要求1所述的数据传送系统，其中所述串行化器经配置以将报头嵌入到所述经串行化数据，所述经串行化数据用于指示接收到所述经串行化数据的所述输入数据通道。

9.一种电机系统，其包括：

电机控制器电路，其具有：

输入数据通道，其经配置以接收用于传输的电机数据；

串行化器，其经配置以确定所述输入数据通道中的每一者是作用的或是非作用的，且所述串行化器经配置以串行化作用输入数据通道中的所述电机数据并忽略非作用输入数据通道；

输出放大器，其与所述串行化器耦合，所述输出放大器经配置以放大用于传输的经串行化数据；以及

电机电路，其与所述电机控制器电路耦合，所述电机电路具有解串行化器，所述解串行化器经配置以解串行化经传输数据。

10.根据权利要求9所述的电机系统，其进一步包括：

隔离势垒，其耦合于所述电机控制器电路和所述电机电路之间，所述隔离势垒经配置以使所述经传输数据中的瞬态衰减且使处于基本频率的所述经传输数据通过。

11.根据权利要求10所述的电机系统，其中所述隔离势垒包含：

带通滤波器，当将所述经传输数据中的所述瞬态的瞬态频率排除后，所述带通滤波器定义包含基本频率的通带。

12.根据权利要求10所述的电机系统，其中所述隔离势垒包含：

高通滤波器，其定义频率阈值，所述频率阈值低于所述基本频率且高于所述经传输数据中的所述瞬态的瞬态频率。

13.根据权利要求9所述的电机系统，其中所述电机控制器电路包含：

混频器，其与所述串行化器耦合以接收经串行化数据，所述混频器经配置以隔离势垒可通过的基本频率来转换所述经串行化数据。

14.根据权利要求9所述的电机系统，其中所述串行化器经配置以将报头嵌入到所述经串行化数据，所述经串行化数据用于指示接收到所述经串行化数据的所述输入数据通道。

15.一种低压电路，其经配置以与高压电路通讯，所述低压电路包括：

输入数据通道，其经配置以接收用于传输的数据；

串行化器，其经配置以确定所述输入数据通道中的每一者是作用的或是非作用的，且所述串行化器经配置以串行化作用输入数据通道中的数据并忽略非作用输入数据通道；以及

输出放大器，其与所述串行化器耦合，所述输出放大器经配置以放大用于传输的经串行化数据。

16.根据权利要求15所述的低压电路，其进一步包括：

隔离势垒，其经配置以使经传输数据中的瞬态衰减且使以基本频率传输的所述经传输数据通过。

17.根据权利要求16所述的低压电路，其中所述隔离势垒包含：

带通滤波器，当将所述经传输数据中的所述瞬态的瞬态频率排除后，所述带通滤波器定义包含基本频率的通带。

18.根据权利要求17所述的低压电路，其中所述隔离势垒包含：

高通滤波器，其定义频率阈值，所述频率阈值低于所述基本频率且高于所述经传输数据中的所述瞬态的瞬态频率。

19.根据权利要求15所述的低压电路，其进一步包括：

混频器，其与所述串行化器耦合以接收经串行化数据，所述混频器经配置以隔离势垒可通过的基本频率来转换所述经串行化数据。

20.根据权利要求15所述的低压电路，其中所述串行化器经配置以将报头嵌入到所述经串行化数据，所述经串行化数据用于指示接收到所述经串行化数据的所述输入数据通道。