CN105051712A - 两线串行接口及协议 - Google Patents

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Abstract

在一种使用两线串行接口的串行发射方法中，主装置经由所述两线串行接口发射第一同步串行信号以唤醒从装置、后续接着在所述两线串行接口的两线中的一者上的异步数据发射。异步数据信号直接控制所述从装置的功能。

Description

两线串行接口及协议
相关申请案的交叉参考
本申请案主张在2013年3月11日提出申请的第61/776,451号美国临时申请案的权益，所述美国临时申请案的全文并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种(特定来说)用于装置控制及配置的两线串行接口及协议。
背景技术
使用同步或异步协议的串行接口在所属领域中是众所周知的。举例来说，I2C接口总线使用两个总线线路来单独发射时钟信号及相关联数据信号。这些类型的接口为同步的，这是因为所述数据与所述时钟信号同步地发射。一般来说，此类接口比异步接口更稳健且允许较高发射速率。异步接口通常仅将单个线路用于数据发射，其中所述时钟信号可从所发射信号导出。存在此类串行接口的多个不同协议及实施方案。
发明内容
根据一实施例，一种使用两线串行接口的串行发射方法包括：由主装置经由所述两线串行接口发射第一同步串行信号以唤醒从装置，后续接着在所述两线串行接口的两线中的一者上的异步数据发射，其中异步数据信号直接控制所述从装置的功能。
根据又一实施例，所述同步串行信号可包括用于所述从装置的配置数据。根据又一实施例，所述同步串行信号可包括校准请求。根据又一实施例，所述从装置可为射频发射器。根据又一实施例，所述发射器可为通断键控(OOK)射频发射器。根据又一实施例，所述异步数据信号可根据其逻辑状态分别接通或关断所述发射器。根据又一实施例，经由所述两线串行接口的通信可包括开始样式，后续接着所述异步数据发射，后续接着停止样式。根据又一实施例，所述通信可进一步包括唤醒等待周期。根据又一实施例，所述通信可进一步包括所述同步信号内的配置位。根据又一实施例，当设定所述配置位时，所述通信可包括同步配置数据。根据又一实施例，所述通信可进一步包括所述同步信号内的校准位。根据又一实施例，当设定所述校准位时，所述从装置可执行校准。
根据另一实施例，一种系统可包括通过包括信号线路及时钟线路的两线串行接口耦合的主装置及从装置，其中所述主装置通过以下操作控制所述从装置：经由所述两线串行接口发射第一同步串行信号以唤醒所述从装置，后续接着在所述两线串行接口的两线中的一者上的异步数据发射，其中异步数据信号直接控制所述从装置的功能。
根据所述系统的又一实施例，所述从装置可为通断键控(OOK)射频发射器，其中所述异步数据发射的异步数据信号根据其逻辑状态分别接通或关断所述发射器。根据所述系统的又一实施例，经由所述两线串行接口的通信可包括开始样式，后续接着所述异步数据发射，后续接着停止样式。根据所述系统的又一实施例，所述通信可进一步包括唤醒等待周期。根据所述系统的又一实施例，所述通信可进一步包括所述同步信号内的配置位。根据所述系统的又一实施例，当设定所述配置位时，所述通信可包括同步配置数据。根据所述系统的又一实施例，所述通信可进一步包括所述同步信号内的校准位。根据所述系统的又一实施例，当设定所述校准位时，所述从装置可执行校准。
根据再一实施例，一种集成电路装置可包括：两线串行接口；控制单元，其与所述两线串行接口耦合；及功能单元，其由所述控制单元控制，其中所述控制单元可操作以经由所述两线串行接口接收第一同步串行信号以唤醒所述集成电路装置，后续接着在所述两线串行接口的两线中的一者上的异步数据发射，其中异步数据信号直接控制所述集成电路装置的所述功能单元。
根据所述集成电路装置的又一实施例，所述集成电路装置可为通断键控(OOK)射频发射器，其中所述异步数据发射的异步数据信号根据其逻辑状态分别接通或关断所述发射器。根据所述集成电路装置的又一实施例，经由所述两线串行接口接收的通信可包括开始样式，后续接着所述异步数据发射，后续接着停止样式。根据所述集成电路装置的又一实施例，所述通信可进一步包括唤醒等待周期，在所述唤醒等待周期期间集成电路装置的操作单元被所述控制单元从睡眠模式唤醒。根据所述集成电路装置的又一实施例，所述通信可进一步包括所述同步信号内的配置位。根据所述集成电路装置的又一实施例，当设定所述配置位时，所述通信可包括同步配置数据。根据所述集成电路装置的又一实施例，所述通信可进一步包括所述同步信号内的校准位。根据所述集成电路装置的又一实施例，当设定所述校准位时，所述集成电路装置可执行校准。根据所述集成电路装置的又一实施例，所述IC装置可布置于6引脚壳体内。
附图说明
包含伴随本说明书且形成其部分的图式以描绘本发明的特定方面。应注意，图式中所图解说明的特征未必按比例绘制。对本发明及其优点的更完整理解可通过连同附图一起参考以下说明而获取，其中相似参考编号指示相似特征且其中：
图1展示根据第一操作模式的第一典型时序。
图2展示根据第二操作模式的第二典型时序。
图3展示根据各种实施例的装置的三维图式。
图4展示根据图3的低引脚装置的框图。
图5展示根据各种实施例的与OOK发射器耦合的主装置。
具体实施方式
参考附图中所图解说明及以下说明中所详述的示范性及因此非限制性实施例更全面地解释本发明以及其各种特征及有利细节。然而，应理解，虽然指示优选实施例，但详细说明及特定实例仅以图解方式且并不以限制方式给出。可省略对已知编程技术、计算机软件、硬件、操作平台及协议的说明以免不必要地在细节上使本发明模糊。所属领域的技术人员将依据本发明明了基础发明性概念的精神及/或范围内的各种替代、修改、添加及/或重新布置。
根据各种实施例，提出允许装置控制及配置及以任意数据速率进行的数据发射的两线串行接口及协议。然而，两线串行接口可优选为单向的，根据其它实施例，所述接口也可为双向的。
对于包括通断键控(OOK)类型射频(RF)发射器的集成电路装置，此接口为尤其合意的。然而，也可在任何其它适合装置中实施此接口。OOK发射器通过与待发射的数据同步地仅接通及关断稳定振荡器或与所述振荡器的输出耦合的缓冲器放大器而操作。这种类型的调制尤其在电池操作的装置中为合意的，这是因为与其它调制技术相比其提供电池电流漏极的显著减小。此类发射器通常在子GHz频率范围内操作且所述接口可经设计以仅单向(即，沿发射器的方向)操作。
根据一实施例，装置接口应具有用单主、单从单向串行协议控制RF发射器的能力，所述协议使用最小数目个线，提供从装置操作模式控制、参数重新配置及异步数据传送且不依赖于数据速率及超时的先验知识。
根据各种实施例，提出由一个时钟线路及一个数据线路组成的两线串行接口，所述两线串行接口具有以同步方式传送数据及异步地控制发射器接通/关断功能的能力。为此，根据同步协议，单独数据及时钟线路用于允许控制及配置位的同步传送。举例来说，根据一个实施例，类似于I2C接口(但不限于此协议)，两个线路默认为闲置高且数据仅在时钟为低时改变。此允许定义开始及停止样式(数据高到低或低到高转变，同时时钟为高的)。根据一些实施例不使用寻址，这是因为根据一个实施例，接口可经设计以仅使用单主及单从协议单向操作。然而，可使用其它同步协议(举例来说，包含地址的协议)且接口也可双向操作。
在开始样式之后，固定数目个控制位定义从装置的操作模式及后续配置位的数目。根据一些实施例，计数、时钟可确定配置的结束。根据一些实施例，此可用作另一操作模式改变，举例来说，以异步方式控制发射器接通/关断功能。此后，时钟保持低且现在可在数据线路上以任意数据速率异步地发送任何数目个数据位，直到发送停止样式为止。因此，根据各种实施例，同步及异步数据传送在串行协议中经组合。
当在OOK发射器装置中实施时，异步数据可具有任意数据速率，这是因为其仅用于根据逻辑状态接通或关断发射器功能。因此，可仅通过此信号接通及关断稳定振荡器或与所述振荡器的输出连接的放大器。在装置内不需要解码，这是因为此为实际发射信号。
根据一实施例，为主装置的从装置的子GHzOOKRF发射器需要低成本、低电力消耗以及小封装大小。为实现低成本及小封装大小，发射器需要具有低引脚计数。图3展示根据一些实施例的用于此发射器的可能壳体。图3展示具有6引脚310的SOT23封装300。然而，可使用例如无引线封装、球形栅格封装、DIL封装等其它封装。(特定来说)如图3中所展示的低引脚计数封装300的引脚310可用于供应电压VDD、VSS、振荡器输入OSC、射频输出RFO及用于串行接口的两个引脚(根据如本文中所描述的各种实施例，时钟引脚SCK及数据引脚SDI)。
图4展示布置于具有如关于图3所提及的引脚VDD、VSS、OSC、RFO、SCK及SDI的低引脚壳体400中的发射器的示范性框图。内部振荡器电路410接收外部振荡器信号OSC。在一些实施例中，此信号可直接供应到驱动器/调制器级420。在其它实施例中，振荡器电路可进一步处理外部信号，举例来说，振荡器电路410可包含PLL或其它处理电路。接口/控制单元430可通过由两线串行接口提供的同步协议操作以接收命令。因此，可如下文更详细解释的来设定同步协议内的旗标且可接收控制装置内的例如振荡器及/或驱动器/调制器电路的各种电路的功能的配置位，所述配置位可存储于相应配置寄存器中。可存在其它单元，例如电压及电流参考以及电压调节器。
此外，控制单元430可包含睡眠/唤醒逻辑，所述睡眠/唤醒逻辑操作以使装置进入及离开其中装置消耗显著较少能量的睡眠模式。为此，控制单元430可具有一直操作以能够辨识唤醒命令(举例来说，通过两线串行接口接收的开始样式)的最小必要电路。装置内的所有其它单元可经设计以在控制单元430的控制下进入睡眠或低电力模式。因此，装置可仅在可由以开始样式开始且以停止样式结束的发射帧定义的通信期间操作，如下文将更详细解释。
图5展示根据各种实施例的具有主装置510(例如微控制器MC)的系统500的再一实施例，所述主装置具有串行两线接口530。再次，根据各种实施例，此串行接口组合同步与异步发射协议以形成新的串行协议。此协议的同步部分可类似于I2C协议而操作。然而，可使用任何其它适合串行协议。两线接口530连接微控制器510与具有低引脚计数壳体(在此实例中，包含根据各种实施例的串行接口的8引脚壳体)的OOK发射器520。然而，可使用其它低引脚计数壳体，例如6引脚或其它低引脚数目。举例来说，如果振荡器被完全整合且不需要外部连接，那么可使用5引脚壳体。
驱动器/调制器级420在引脚RFO处输出射频信号。如上文所讨论的ON-OFF调制信号可从串行数据信号直接导出且经由可控制开关440馈送到驱动器/调制器级420。接口/控制单元430与时钟引脚SCK及数据引脚SDI耦合且可经配置以存储配置及校准设定。为此，可实施允许对振荡器电路410及/或驱动器/调制器级420的特定参数的控制的配置/校准总线450。可代替总线450使用专用控制线路。
当在低引脚计数壳体中的OOK发射器装置中实施时，根据各种实施例经由串行接口控制此低引脚计数装置的主装置需要非常简单方式来接通/关断此装置中的发射器以实现低电力消耗。如上文所描述，主装置将通过根据各种实施例实施协议的两线接口来配置、控制装置且将发射数据发送到装置。如上文所讨论，在简单2线串行接口中，使用一个数据线路及一个时钟线路。根据一些实施例，从主装置到从装置的通信可包含以下序列
“开始+命令位+配置位+tx数据位+停止”。
2线接口上的“开始”将开始主装置与从装置之间的通信且给从装置通电(以延迟进行)。2线接口上的“停止”将停止通信，使从装置断电。“命令位”将设定从装置操作模式；“命令位”与时钟线路同步以简化从装置接口逻辑。根据一些实施例，“配置位”将配置从装置，其中“配置位”与时钟线路同步且可以可选方式实施以减小通信时间及从装置接通时间。异步“tx数据位”提供数据速率、数据编码、包结构及时序的灵活性。
图1展示根据第一操作模式的第一典型时序。此模式包含在不发射配置数据的情况下的快速启动。因此，使用默认设定或先前发射的配置设定。开始样式可为如图1中所展示的预定义样式。举例来说，通过将数据线路从逻辑“1”或高状态转变到逻辑“0”或低状态同时时钟信号线路保持处于逻辑“1”或高状态中而定义开始样式。然而，可根据各种实施例使用其它开始样式。后续“cal”位可指示是否应在装置内起始校准例程。校准或任何其它功能性可为可选的且取决于从装置的特定功能。对于OOK发射器，可以固定方式实施或任选地使用此位实施此校准功能。因此，根据一些实施例，通常可不需要重新校准(cal＝1)且因此可任选地实施重新校准。然而，如果实施重新校准，那么通过设定允许在从装置内激活校准功能的相应位来起始此校准。举例来说，可在装置的唤醒期间执行所述校准。如图1中所展示，提供额外配置位时隙“cfg”。在图1中所展示的信号实例中，尚未设定此位且因此将关于图2更详细地解释此位。如将由所属领域的技术人员所了解，可在开始序列中实施其它控制位。
在此特定实施例中，在接收开始样式及后续两个位后，从装置可即刻需要特定数目个循环或特定等待时间以用于“唤醒”。换句话说，可需要主装置在可发送实际异步数据之前等待特定时间周期。时隙“发射”包含数据在数据线路上的异步发射同时时钟线路保持处于预定义逻辑状态中，举例来说处于逻辑“0”或低状态中。然而，如果相应地选择开始及停止样式，那么可使用逻辑“1”或高。在“发射-”时隙的主要时间周期期间，定义发射器的接通关断功能的数据用于调制发射器的接通关断功能。图1进一步展示由预定义停止样式定义“发射-”时隙的结束。在此实施例中，通过将一个线路设定于逻辑“1”或高状态中同时将其它线路从逻辑“0”或低状态转变到逻辑“1”或高状态而定义停止样式。在接收此停止样式后，从装置可即刻经切换为其中其可等待将再次激活下一开始样式的低电力或睡眠模式。根据一些实施例，可在非易失性寄存器或存储器中保持内部配置状态。因此，可仅需要配置一次。
图2展示其中发射配置数据的另一信号序列。此发射以配置设定更新开始。根据一些实施例，可或可不需要重新校准。举例来说，一些实施例可在频率设定改变的情形中需要重新校准。因此，发射信号序列可包含校准位“cal”的设定或如图1中所指示的不包含所述设定。如上文所讨论，图2展示已设定配置位“cfg”。因此，可使用预定义数目个后续位(举例来说，如图2中所展示的16个位)来配置装置。从装置可实施简单计数器及移位寄存器以及相关联逻辑来接收配置位。根据一些实施例，可使用特定端样式实施可变数目个配置位。此后可跟随唤醒时间周期。然而，唤醒周期可与配置位的接收并行地开始。在唤醒之后，可跟随类似于图1中所展示的异步数据发射。
尽管已关于其特定实施例描述本发明，但这些实施例仅为说明性的且不限制本发明。本文中对本发明的所图解说明实施例的说明(包含发明摘要及发明内容中的说明)并不打算为穷尽性或将本发明限于本文中所揭示的精确形式(且特定来说，发明摘要或发明内容内包含的任何特定实施例、特征或功能并不打算将本发明的范围限于此实施例、特征或功能)。而是，本说明打算描述说明性实施例、特征及功能以便给所属领域的技术人员提供用以在不将本发明限于包含发明摘要或发明内容中所描述的任何此实施例特征或功能的任何特定描述的实施例、特征或功能的情况下理解本发明的上下文。
虽然本文中仅出于说明性目的描述本发明的特定实施例及实例，但如所属领域的技术人员将认识及了解，可在本发明的精神及范围内做出各种等效修改。如所指示，可根据本发明的所图解说明实施例的前述说明对本发明做出这些修改且这些修改将包含于本发明的精神及范围内。因此，虽然本文中已参考本发明的特定实施例描述本发明，但修改、各种改变及替代的范围打算在前述揭示内容中，且将了解，在一些实例中，在不背离如所陈述的本发明的范围及精神的情况下，将在无其它特征的对应使用的情况下采用本发明的实施例的一些特征。因此，可做出许多修改以使特定情况或材料适应于本发明的基本范围及精神。
贯穿本说明书对“一个实施例”、“一实施例”或“特定实施例”或类似术语的提及意指结合实施例一起描述的特定特征、结构或特性包含于至少一个实施例中且可能未必存在于所有实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方相应出现的短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”或“在特定实施例中”或类似术语未必是指相同实施例。此外，任何特定实施例的特定特征、结构或特性可以任何适合方式与一或多个其它实施例组合。应理解，根据本文中的教示，本文中所描述及所图解说明的实施例的其它变化及修改为可能的且应被视为本发明的精神及范围的部分。
在本文中的说明中，提供例如组件及/或方法的实例的众多特定细节以提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可能够在不具有特定细节中的一或多者的情况下或借助其它设备、系统、组合件、方法、组件、材料、部件及/或类似物实践一实施例。在其它实例中，未具体展示或详细描述众所周知的结构、组件、系统、材料或操作以避免使本发明的实施例的方面模糊。虽然可通过使用特定实施例图解说明本发明，但此不会且并不将本发明限于任何特定实施例，且所属领域的技术人员将认识到，额外实施例可易于理解且为本发明的部分。
可使用任何适合编程语言来实施本文中所描述的本发明的实施例的例程、方法或程序，包含C、C++、Java、汇编语言等。可采用不同编程技术，例如程序性或对象导向技术。任何特定例程可执行于单个计算机处理装置或多个计算机处理装置、单个计算机处理器或多个计算机处理器上。数据可存储于单个存储媒体中或分布于多个存储媒体中，且可驻存于单个数据库或多个数据库(或其它数据存储技术)中。尽管可以特定次序呈现步骤、操作或计算，但可在不同实施例中改变此次序。在一些实施例中，就在本说明书中依序展示多个步骤来说，可同时在替代实施例中执行此类步骤的某一组合。本文中所描述的操作的顺序可由另一程序(例如操作系统、内核等)中断、暂停或以其它方式控制。所述例程可在操作系统环境中操作或作为独立例程操作。本文中所描述的功能、例程、方法、步骤及操作可在硬件、软件、固件或其任何组合中执行。
“处理器”包含处理数据、信号或其它信息的任何硬件系统、机构或组件。处理器可包含具有通用中央处理单元、多个处理单元、用于实现功能性的专用电路的系统或其它系统。处理不必限于地理位置或具有时间限制。举例来说，处理器可“实时”、“离线”、以“批量模式”等执行其功能。可在不同时间且在不同位置处由不同(或相同)处理系统来执行处理的部分。
如本文所使用，术语“包括(comprises、comprising)”、“包含(includes、including)”、“具有(has、having)”或其任何其它变化形式打算涵盖非排他性包含。举例来说，包括元件的列表的过程、产品、物品或设备未必仅限于那些元件，而是可包含未明确列出或此过程、过程、物品或设备固有的其它元件。
将了解，如根据特定应用为有用的，图式/图中所描绘的元件中的一或多者也可以较分离或较整合方式实施，或者甚至在特定情形中被移除或成为不可操作的。另外，图式/图中的任何信号箭头应仅视为示范性而非限制性的，除非另有具体注释。

Claims (29)

1.一种使用两线串行接口的串行发射方法，其包括：
由主装置经由所述两线串行接口发射第一同步串行信号以唤醒从装置、后续接着在所述两线串行接口的两线中的一者上的异步数据发射，其中异步数据信号直接控制所述从装置的功能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述同步串行信号包括用于所述从装置的配置数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述同步串行信号包括校准请求。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述从装置为射频发射器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述发射器为通断键控OOK射频发射器。
6.根据权利要求5所述的方法，其中异步数据信号根据其逻辑状态分别接通或关断所述发射器。
7.根据权利要求1所述的方法，其中经由所述两线串行接口的通信包括开始样式、后续接着所述异步数据发射、后续接着停止样式。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述通信进一步包括唤醒等待周期。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述通信进一步包括所述同步信号内的配置位。
10.根据权利要求9所述的方法，其中当设定所述配置位时，所述通信包括同步配置数据。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述通信进一步包括所述同步信号内的校准位。
12.根据权利要求11所述的方法，其中当设定所述校准位时，所述从装置将执行校准。
13.一种包括通过包括信号线路及时钟线路的两线串行接口耦合的主装置及从装置的系统，其中所述主装置通过以下操作控制所述从装置：经由所述两线串行接口发射第一同步串行信号以唤醒所述从装置、后续接着在所述两线串行接口的两线中的一者上的异步数据发射，其中异步数据信号直接控制所述从装置的功能。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述从装置为通断键控OOK射频发射器，其中所述异步数据发射的异步数据信号根据其逻辑状态分别接通或关断所述发射器。
15.根据权利要求13所述的系统，其中经由所述两线串行接口的通信包括开始样式、后续接着所述异步数据发射、后续接着停止样式。
16.根据权利要求13所述的系统，其中所述通信进一步包括唤醒等待周期。
17.根据权利要求13所述的系统，其中所述通信进一步包括所述同步信号内的配置位。
18.根据权利要求17所述的系统，其中当设定所述配置位时，所述通信包括同步配置数据。
19.根据权利要求13所述的系统，其中所述通信进一步包括所述同步信号内的校准位。
20.根据权利要求19所述的系统，其中当设定所述校准位时，所述从装置将执行校准。
21.一种集成电路装置，其包括：
两线串行接口，
控制单元，其与所述两线串行接口耦合，及
功能单元，其由所述控制单元控制，其中所述控制单元可操作以经由所述两线串行接口接收第一同步串行信号以唤醒所述集成电路装置、后续接着在所述两线串行接口的两线中的一者上的异步数据发射，其中异步数据信号直接控制所述集成电路装置的所述功能单元。
22.根据权利要求21所述的集成电路装置，其中所述集成电路装置为通断键控OOK射频发射器，其中所述异步数据发射的异步数据信号根据其逻辑状态分别接通或关断所述发射器。
23.根据权利要求21所述的集成电路装置，其中经由所述两线串行接口接收的通信包括开始样式、后续接着所述异步数据发射、后续接着停止样式。
24.根据权利要求21所述的集成电路装置，其中所述通信进一步包括唤醒等待周期，在所述唤醒等待周期期间集成电路装置的操作单元被所述控制单元从睡眠模式唤醒。
25.根据权利要求21所述的集成电路装置，其中所述通信进一步包括所述同步信号内的配置位。
26.根据权利要求25所述的集成电路装置，其中当设定所述配置位时，所述通信包括同步配置数据。
27.根据权利要求21所述的集成电路装置，其中所述通信进一步包括所述同步信号内的校准位。
28.根据权利要求27所述的集成电路装置，其中当设定所述校准位时，所述集成电路装置将执行校准。
29.根据权利要求21所述的集成电路装置，其中所述IC装置布置于6引脚壳体内。
CN201480010094.9A 2013-03-11 2014-03-06 两线串行接口及协议 Active CN105051712B (zh)

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