CN105981000A - 具有数据总线接口的接口电路 - Google Patents

Abstract

提供了接口电路，包含该接口电路的网络交换机或网络设备耦合器和包含网络交换机或网络设备耦合器的网络。该接口电路具有用于把数据总线连接到按第一信令协议通信的第一设备(6)或按第二信令协议通信的第二设备(6)的数据总线接口(7)。数据总线具有提供组合电力和数据的两个总线导体。电压源(12)向数据总线供电。电压源(12)经由串联连接的电抗(10)以及之后第一电阻(4)连接到数据总线。发送器(13)的输出端经由第二电阻(3)连接到在电抗(10)和第一电阻之间的点以调制数据总线。

Description

具有数据总线接口的接口电路

技术领域

本发明涉及提供用于连接到设备的双线数据总线的接口电路。

背景技术

双线分布式控制系统用在许多工业环境中，用于控制并监视多个设备。这样的系统在特定协议下操作，所述协议的一个例子是现场总线。现场总线是现在标准化为IEC61158-2的用于实时分布式控制的一系列工业计算机网络协议的名称。复杂的自动化工业系统(例如燃料精炼厂)通常需要有组织层次结构的控制器系统来工作。在此层次结构中，在顶部存在人机接口(HMI)，在人机接口(HMI)处操作员能够监视或操作系统。人机接口(HMI)通常经由非时间关键的通信系统(例如，以太网)链接到中间层的可编程逻辑控制器(PLC)。在控制链的底部是现场总线，现场总线把PLC链接到实际进行工作的设备，比如传感器、致动器、电动机、控制台灯、开关、阀和接触器。现场总线通常是向现场设备提供电力和通信两者的双线组合电力和数据网络。

在典型的组合双线现场总线电力和通信电路中，存在电源、某种本质安全栅、导出到现场中的主干部分和支线所连接到的许多设备耦合器，现场仪器安装在所述支线上。主干和支线一起形成“段”。本质安全栅把电路分成本质安全侧和非本质安全侧。电源、PLC和其它系统(比如测量电路和网络硬件的物理层属性，并且部分地测量正在使用的物理软件或协议的物理层属性的物理层诊断模块)位于电路的非本质安全侧，通常在控制室中。主干、设备耦合器、支线和现场仪器位于本质安全侧，远在现场中。

系统的各个组件利用现场总线IEC61158-2通信协议(其为曼彻斯特编码体系)相互通信。数据电报或者在专用通信电路上发送，或者在与驱动现场仪器的电力相同的电路上发送。数据电报用来控制以及监视和诊断使用中的现场仪器。然而，在普通非本质安全环境中以及无任何本质安全栅的情况下，也可使用现场总线或者任何其它类似的双线协议。

IEC61158-2现场总线通信协议，以及其它类似的数据系统(比如DSL、以太网、HART等)和终将取代IEC61158-2现场总线的那些数据系统包含一套离散的物理层限制，通信信号和托管通信信号的硬件必须在所述一套离散的物理层限制内操作。这些物理层限制包括信令的各个方面，包括数据形状和定时规则。这些限制和容差非常保守，所以作为结果的系统非常稳健，并且不易发生故障。另外，此保守方案意味着当物理地安装系统时，系统通常首次正确操作而不需要调整，即使实际上系统可以与它初始被如何设计稍微不同地操作。

现场总线解决方案是在十年前引入的，为了满足技术进步并且为了提高网络效率，现在对更高速度的数据速率的需求不断增长。因此，在基于现场的更高速度通信标准的引入和成熟之后，现场总线仪器或设备终将变成“传统设备”，所述基于现场的更高速度通信标准可以是对IEEE802.3以太网标准的扩展，或者它可以是对任何其它类似或未来标准的扩展，并非不重视IEC61158-2附录或补充。

由于IEC61158-2现场总线设备具有非常大的安装基础，并且由于这种设备是在升级工艺设备电缆布线基础结构时经常重复使用(或者保持在原位)的物品，因此期望的是任何新的平台或接口应能够容纳IEC61158-2现场总线设备，以致可以将对于客户的过渡成本保持较低。

客户可能还想要在设备升级期间使IEC61158-2现场总线设备保持一致，以便使备件库存尽可能少，还受益于可以使用具有极小变化的相同的现有电缆布线的高速通信骨干网。

此外，为了确立新的高速骨干网，对于客户更可接受的是允许新设备和传统设备可选地连接到相同的接口切换端口或支线端口。当并非所有的仪器变型都可能可用于高速通信时，这会赋予客户从一开始挑选传统仪器和高速仪器的更大的选择。当高速仪器在以后变得可用时，那么升级到高速仪器将是需要极小变化和/或费用的简单处理。

因此，本发明的目的是提供一种可用来经由双线组合电力和数据总线连接到具有不同信令协议的设备的接口电路。

发明内容

按照本发明的各个实施例，提供一种按照所附加的权利要求1至16中的任意一项的接口电路。所述接口电路具有数据总线接口，以及用于经由数据总线接口发送和接收数据的发送器和接收器。所述数据总线接口包括由提供组合电力和数据的正极性导体和负极性导体组成的两个总线导体，和用于把所述两个总线导体连接到按第一信令协议通信的第一设备和按第二信令协议通信的第二设备中的一个设备的连接器端子，第一信令协议和第二信令协议是彼此不同的协议。所述接口电路被构造成取决于第一设备和第二设备中的哪一个设备经由连接器端子被连接，在第一信令协议和第二信令协议之间选择。所述接口电路还包括用于向所述两个总线导体供电的电压源，所述电压源经由串联连接的电抗以及之后第一电阻连接到所述两个总线导体，其中发送器的输出端经由第二电阻连接到在所述电抗和第一电阻之间的点，以调制所述两个总线导体之间的电压。

因此，所述接口电路可向具有第一信令协议的第一设备和具有第二信令协议的第二设备发送物理层兼容信号，并且从第一设备和第二设备接收物理层兼容信号。第一信令协议可具有第一信令速度，而第二信令协议可具有第二信令速度，第二信令速度高于第一信令速度。例如，第一设备可以是IEC61158-2传统设备，而第二设备可以是速度高于第一设备的更高速度设备。更高速度设备的信令速度可以比传统(低速)设备的信令速度高100多倍。

第一信令协议和第二信令协议可以在OSI 7层模型的物理层处具有彼此不同的特性，以致它们在物理级彼此不同。例如，第一信令协议和第二信令协议可具有彼此不同的调制类型、和/或电压信号电平和/或信号定时要求。另外，第一信令协议和第二信令协议可在其更高层特性(例如，其数据编码和/或纠错类型)方面彼此不同。

第一电阻和第二电阻的电路布置允许电压源为传统设备和更高速度设备两者提供足够的电力，同时为传统设备或更高速度设备在数据总线接口处维持足够的输入阻抗(负载)。在一些实施例中，传统设备需要此输入阻抗，而由于其速度和/或内部终端负载的存在，更高速度设备不需要此输入阻抗。

由数据总线接口向连接的设备提供的输入阻抗是重要的，因为通过调制该设备从数据总线得到的电流，该设备可发送信号。因此，当连接的设备通过调制它得到的电流而发送信号时，由数据总线接口提供的输入阻抗决定在数据总线的正极性导体和负极性导体之间发生的电压的变化量。电压变化必须被维持在规定的限制内，以使接口电路的接收器能够读取信号。

第一电阻和第二电阻的电路布置意味着由数据总线接口提供给连接的设备的输入阻抗主要由第一电阻和第二电阻的和决定，而电压源能够向数据总线接口供给的电力主要由第一电阻决定，而非由第二电阻决定。因此，可以使第一电阻的电阻降至最小以改善电力输送，而不损害由数据总线接口提供给连接的设备的输入阻抗，因为通过第二电阻的方式可以使输入阻抗达到足够值。对于没有相同的电流限制要求的非本质安全电路，可以使第一电阻的值远远小于第二电阻的值。

对于IEC60079-11本质安全电源接口，特别地按照FISCO，传统设备和更高速度设备两者优选地具有与接口的相同电源参数匹配的参数，并且至少符合IEC60079-11-FISCO标准。

数据总线接口优选地具有最好在不对接口电路进行修改或调整的情况下满足IEC61158-2传统设备和更高速度设备两者的需要的输入阻抗(负载阻抗)。用于传统设备的负载阻抗被最坏情况网络构造极大地影响，然而在这种情况下，与传统设备的连接是从接口电路到传统设备的直接双线连接，并且从而可以放宽对于信号失真/抖动的容限。如果将有源电路(回转器)用于电抗而获得负载阻抗，那么这些有源电路可能需要或者可能不需要可自动地和/或手动地进行的调整/修改。

信令电平优选相同，或者在用于传统设备和更高速度设备信令协议的规范之内，最好不对接口电路进行修改或调整。在一些实施例中，为了取得正确的信令电平，可能需要自动地和/或手动地改变发送设备的峰间输出电压。优选地，两个总线导体之间的电压不应降低到低于第一信令协议和第二信令协议的最小输入电压规范或增大到高于第一信令协议和第二信令协议的最大输入电压规范。

第一电阻具有额定电阻，优选是可靠电阻器。如本领域中已知，可靠电阻器是构造成当发生故障时至少提供额定电阻的电阻器。因此，故障会导致开路，但不会导致短路。

为了帮助向连接的设备提供均衡阻抗，以使在发送器和设备之间发送的信号不太易受电磁干扰影响，可在正极性导体和负极性导体之间分割第一电阻。具体地，第一电阻可包括在正极性导体中的串联电阻器和在负极性导体中的串联电阻器。第一电阻的额定电阻从而是这两个串联电阻器的额定电阻的和。优选地，串联电阻器具有彼此相同的额定电阻以帮助均衡阻抗，不过它们可以具有彼此不同的额定电阻，以校正存在于接口电路中的其它地方的任何阻抗的不均衡。由于相同的原因，也可按照相同的方式在正极性导体和负极性导体之间分割第二电阻。

为了帮助遵守IEC61158-2现场总线设备的电气要求，第一电阻可被额定为50欧姆，而第二电阻也可被额定为50欧姆。因此，第一电阻可由两个25欧姆串联电阻器形成，一个在正极性导体中，一个在负极性导体中，第二电阻也可由两个25欧姆串联电阻器形成，一个在正极性导体中，一个在负极性导体中。

为了在发送器的输出端和两个总线导体之间提供直流(dc)隔离，发送器的输出端可经由电容和第二电阻连接到在电抗和第一电阻之间的点，所述电容和第二电阻是串联连接的。由于发送器输出端的输出阻抗较低，因此对于指向它的交流电流(AC)信号，它实际上形成短路，并且从而所述电容和第二电阻起终端负载的作用。在第二电阻由两个均衡的串联电阻器形成的情况下，电容也由两个均衡的串联电容器形成。

期望的是由发送器经由数据总线接口发送到连接的设备中的任何信号应稳定，并且不易振荡或不稳定或者导致信号失真，即使设备的负载阻抗从全端接负载变化到更高的阻抗或者当引入其它电路时。因此，接口电路可包含附加阻抗和用于把附加阻抗切换成连接在两个总线导体的正极性导体和负极性导体之间的开关，所述附加阻抗在第一电阻和连接器端子之间的一点处连接到两个总线导体。因此，如果需要抑制在数据总线接口处发生的任何信号不稳定，那么可以切换所述附加阻抗。

接口电路还可包括连接在两个总线导体的正极性导体和负极性导体之间的另一个阻抗，该另一个阻抗在发送器的输出端处经由第一电阻和第二电阻连接到所述两个总线导体。因此，该阻抗可帮助抑制可能在发送器的输出端发生的任何信号不稳定。可选地，该阻抗可经由开关连接到两个总线导体，以致可根据需要把该阻抗切入接口电路中或者切出接口电路。

为了在相同极性的导体之间传导电流而连接的电气组件被认为是串联组件，例如第一电阻或第二电阻的串联电阻器。相反，为了在相反极性的导体之间传导电流而连接的电气组件被认为是并联组件，例如附加阻抗和开关，或者另一个阻抗和开关。

在设备附接/“加电”期间或者在任何时候设备被附接和供电时，接口电路必须知道或者能够确立哪种设备类型被附接，以致能够从那时起确立并维持信令协议。

优选地，接口电路利用一种协议轮询连接的设备，并且如果不存在从设备返回的响应，那么接口电路将使用不同的协议，在这种情况下将返回响应，倘若存在附接的功能设备的话。一旦按给定协议与设备确立了通信，那么就维持该协议，而不需要进一步的协议轮询。具体地，接口电路可被构造成通过按第一信令协议和第二信令协议中的所选择的一种信令协议经由两个总线导体发送数据，在第一信令协议和第二信令协议之间进行选择，并且：

如果接收器接收到对发送的数据的有效响应，那么判定利用信令协议中的所选择的一种信令协议的设备连接到数据总线接口；或者

如果接收器未接收到对发送的数据的有效响应，那么按信令协议中的另一种信令协议经由两个总线导体发送数据，并且如果接收器接收到对该数据的有效响应，那么判定利用信令协议中的该另一种信令协议的设备连接到数据总线接口。

替代地，可基于设备电流与信令协议的类型之间的已知关系检测信令协议；可以测量设备电流，并且基于该已知关系选择适当的信令协议。或者，可以基于设备的初始附接特性(例如，当设备初始附接(连接)到数据总线接口时，设备初始得到的电流量)检测信令协议。因此，接口电路不需要首先发起通信，以根据设备响应确立连接的设备的类型。

作为另一种备选方案，可以预先指示/告知接口电路哪种设备附接到数据总线接口，而不需要任何进一步的动作或协商，以致一开始就启动正确的协议和信令。这也可适用于对于其中可预先执行这种处理的传统设备来说需要引入的任何开关组件。可以自动或手动、本地或远程地进行这种处理，其中可通过参照可被手动或自动覆盖的设计数据库来自动地执行该处理。

在已经利用以上备选方法确立了设备类型之后，接口电路仍可发送数据以检查确立的设备类型是否正确。

或者，连接的设备可能实际上能够按第一信令协议和第二信令协议两者通信，或者部分是双协议的，从而设备可“告知”接口电路在两种协议中该设备优选哪种协议。然而，如果第一设备是传统设备，那么它将不能使用高速协议。

可选地，如果通信丢失或者如果检测到设备断开，那么在设备复原时或者在“静默”期间，可以再次实行协议检测/评估。

为了进一步改善接口电路应付不同协议的设备的能力，发送器可包括取决于发送器选择要使用哪种信令协议而被切换的多个发送器电路。如果从给定类型的发送器电路到给定类型的设备的通信不可能或者不兼容，那么可能兼容的备选发送器电路可被自动或手动地切换就位，以致与该设备的通信可能成功。接收器也可包含取决于发送器选择使用哪种信令协议而被切换的多个接收器电路。

对于IEC61158-2传统设备和更高速度设备，数据总线接口和设备之间的端子和电缆布线硬件和规范优选相同，以致不需要适配器或修改。随后，利用完全相同的电缆芯线/导线，传统设备可以一对一地与更高速度设备调换。因此，通过把总线电缆的第一端连接到连接器端子，并且通过把第一设备和第二设备中的所选择的一个设备连接到总线电缆的第二端，第一设备和第二设备可连接到连接器端子。此外，通过把连接到第一设备的第一总线连接到连接器端子，第一设备可连接到连接器端子，并且通过把连接到第二设备的第二总线连接到连接器端子，第二设备可连接到连接器端子。

有利的是，第一电阻和第二电阻可求和达到与总线电缆的特性阻抗匹配的值。第二信令协议可能需要此特性阻抗，以使第二设备能够在总线电缆上产生期望的信号。当第二信令协议具有与总线电缆的长度相比足够高的频率时，特性阻抗对于第二信令协议来说相关，因为传输线效应变得重要。如对于本领域技术人员来说将清楚的，使第一电阻和第二电阻的和等于总线电缆的特性阻抗有助于防止来自设备的信号从接口电路被反射回总线电缆中。

从数据总线接口到设备的总线电缆的长度优选为120米±可接受的米数，以致对于传统设备，这将被归类为支线，不需要在总线电缆的设备端处的任何另外的终端负载。在更高速度设备被附接到总线电缆的情况下，可存在集成在更高速度设备中的终端负载，并且因此，电缆可延伸超过120m或者可在以后延伸，如果用于更高速度设备的话。优选地，第一电阻和第二电阻之和为100欧姆，用于与100欧姆特性阻抗电缆阻抗匹配。

按照所附权利要求17，接口电路可被实现为网络交换机或网络设备耦合器的一部分。如果交换机或设备耦合器内的累加信号电流受到限制或约束，那么任何设备的附接不应超过此累加电流限制。按照所附权利要求18，网络交换机或网络设备耦合器可以与总线电缆以及第一设备和第二设备中的一个设备一起形成网络。

在使用中，数据总线从接口电路延伸到第一设备或第二设备。通常，只有两个设备，即接口电路与第一设备和第二设备中的任意一个设备经由数据总线被连接，以致数据总线由简单的点到点数据链路构成。然而，在一些情况下，取决于特定设备的特性，可能多于一个第一设备，或者多于一个第二设备要连接到数据总线。第一设备和第二设备通常不能在彼此相同的数据总线上使用，除非所述设备中的至少一个设备能够按第一信令协议和第二信令协议操作，以致在总线上使用单一信令协议。

附图说明

现在将只通过非限制性示例的方式并且参考附图描述本发明的实施例，在附图中：

图1a示出按照本发明的实施例的连接到IEC61158-2传统设备或更高速度设备的接口电路的示意性电路图；

图1b示出可构造图1a的电路的一种方式的更详细的电路图；

图2a示出当向更高速度设备发送时，由接口电路的发送器看到的AC阻抗的等效电路图；

图2b示出当向IEC61158-2传统设备发送时，由接口电路的发送器看到的AC阻抗的等效电路图；

图2c示出当向接口电路发送时，由更高速度设备看到的AC阻抗的等效电路图；

图2d示出当向接口电路发送时，由IEC61158-2传统设备看到的AC阻抗的等效电路图；

图3a示出按照本发明的实施例的用于确立哪种设备连接到接口电路的处理的流程图；和

图3b示出按照本发明的实施例的用于确立哪种设备连接到接口电路的另一种处理的流程图。

附图不是按比例的，并且相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

具体实施方式

图1的示意性电路图示出连接到设备6的接口电路。在此实施例中，设备6或者是IEC61158-2现场总线设备，或者是更高速度设备。对于本领域的技术人员来说将清楚的是IEC61158-2现场总线设备以31.25Kbps利用曼彻斯特编码进行通信。在此实施例中的更高速度设备利用具有幅移键控(ASK)调制的8B10B编码，以2Mbps和10Mbps之间的速度进行通信。对于本领域技术人员来说将清楚的是8B10B编码是可用来确保dc均衡的已知类型的编码。幅移键控可以是2ASK，一种只使用两个不同符号来编码输入的比特流的ASK。然而，在备选实施例中，可以使用其它类型的编码方案、调制格式和传输速度。

接口电路与连接到它的这些设备6类型中的无论哪一种设备相接口。设备6经由双线总线电缆5连接到通用接口，该通用接口包括数据总线接口7。数据总线接口7把接口电路的双导体数据总线14连接到总线电缆5。总线电缆5可形成已知的现场总线网络的典型主干&支线构造内的支线电路。

数据总线接口7由本质安全的低输出阻抗电压源12供电，该电压源12与任一设备6类型兼容，并且是按IEC60079-11额定的。电压源12是电压受限的，并且其给数据总线接口7的输出电流由可靠电阻器4限制，可靠电阻器4提供本质安全电流限制。改变可靠电阻器4的尺寸以与IEC60079-11兼容，并且优选地满足0区要求，不过也可使尺寸适合于2区和/或任何气体组或粉尘组。在备选实施例中，电压源12不是本质安全电压源，并且从而不遵守IEC60079-11。

在低阻抗电压源12和可靠电阻器4之间，为了满足用于两种设备6类型的正确的调制阻抗，插入电抗10，以使数据总线可由来自发送器13的信号调制，并且与低阻抗电压源12隔离。在此实施例中，电抗10是电感器，不过可替代地，它可由LC或LCR电路或有源回转器形成。可靠电阻器4连接在数据总线14和电抗10之间，以使可靠电阻器4和电抗10串联连接在数据总线14和电压源12之间。

为了把数据发送给设备6，低阻抗发送器13在电抗10下游的任意点处连接到数据总线，但是在此特定实施例中，在点15处连接在电抗10和可靠电阻器4之间。此发送器13是电压驱动调制器，并且可以利用低速和高速协议两者进行发送。发送器13被构造成以适合于设备6类型的数据总线上的正确电压进行发送。

为了从设备6接收数据，电路包含高阻抗接收器1，接收器1可连接到电抗10的下游的数据总线的任意点。在此实施例中，如果设备6是传统(IEC61158-2现场总线)设备，那么总线电缆5的连接设备6的端部将不配备100欧姆终端负载。为了满足IEC61156-2支线规则，通常需要100欧姆终端负载，并且100欧姆终端负载实际上由接口电路提供，而不是由专用终端负载设备提供。

传统设备具有恒流发送电路，并且从而需要由接口电路提供的此阻抗负载，以防止它发送的信号超过给定峰间电压。否则信号会失真，和/或导致超过接收器1的输入电压跨度。当设备6发送时，接收器1必须能够检测在设备6在最低的可允许电压电平下发送，或者在从最低的恒流值得到的等效电压下发送时的信号，并且考虑由接口电路产生的任意衰减。

由于接口电路的发送设备13具有低阻抗输出，其会使从传统设备发送的任意信号负载较大，以致该信号不再能够被接收器1检测，因此在发送器13的输出端处插入阻抗3，以增大发送器13和设备6之间的负载阻抗。阻抗3与可靠电阻4串联地出现在发送器13和数据总线14之间，以致添加电阻4和阻抗3。在此实施例中，电阻4和阻抗3相加提供大约100欧姆的端接电阻或阻抗负载。这被设备6视为实际上跨越总线电缆5。

在设备6是更高速度设备的情况下，更高速度设备配备有集成的终端负载(未示出)。如对于本领域技术人员来说将清楚的，这是因为它将看不到由接口电路提供的阻抗，因为其信号传输的波长可能比电缆5的长度短。

在数据总线14上发送到接口电路中的信号将看到大约100欧姆的负载(扣减电抗10)，这将抑制或削减任意高速设备信号反射，并且为任意传统设备提供信号负载，该信号负载是具有本质安全输出端口的传统型IEC61158-2设备的可接受的负载。

理想地，对于传统IEC61158-2设备，负载应为50欧姆，然而，本质安全设备的典型负载(包括连接到数据总线的强制性可靠电阻)可以在50欧姆和140欧姆之间的区域中的任何地方，并且保持兼容。因此，100欧姆将是兼容的。

当连接的设备6是传统IEC61158-2设备时，发送器13将具有非常小的负载，因为传统IEC61158-2设备通常具有非常高的输入阻抗，通常大于3千欧姆。当发送器发送信号时，这会导致电路不稳定或鸣震或振荡。假定发送器负载需要更低的阻抗，和/或假定发送器13需要比设备阻抗更低的负载，那么可利用开关8自动或手动地切入附加并联阻抗9。可基于附接哪种类型的设备6来控制切换。

附加并联阻抗9可由发送器13本地的另一个并联阻抗11补充，该附加并联阻抗9与用于把阻抗11切入或切出电路的开关串联连接。不过，在备选实施例中，阻抗11可以无开关地被永久连接在发送器输出端之间。理论上，当总线电缆5的长度限制于120米时，当驱动进入高阻抗电路时，低输出阻抗电压发送器将不需要任何稳定电路。然而，如果不稳定明显，那么对于传统设备可能需要额外的负载(阻抗11和/或阻抗9)或者需要切入额外的负载。

阻抗9和11可以各自包含与电容器串联连接的电阻器。电容器允许任意dc分量被除去。

当连接的设备6是更高速度设备时，在无可被移出的阻抗9和11的情况下，提供给发送器13的输出端的阻抗负载足够。这是因为发送器将在更高的频率下发送，并且从而发送器13看到总线电缆5的特性阻抗，而不是更高速度设备的输入阻抗。发送器13的负载将只是电缆5，以及阻抗3和电阻4。由于阻抗3和电阻4一起提供100欧姆的阻抗，并且电缆的特性阻抗为100欧姆，因此发送器上的负载将为200欧姆。

当更高速度设备进行发送时，它将看到50欧姆的阻抗负载。这由相互并联出现的更高速度设备自身的100欧姆终端负载和总线电缆5的100欧姆特性阻抗组成。100欧姆终端负载以及阻抗3和电阻4的100欧姆输入阻抗都匹配总线电缆5的特性阻抗，并且从而有助于防止信号反射。

发送器13包含取决于附接哪种类型的设备6(传统或高速)而被启动的两个发送器电路。发送器可被自动或手动切换，以选择用于使用的发送器电路中的一个发送器电路，而未使用的发送器电路被隔离。在备选实施例中，单一发送器电路处理来自传统设备和高速设备两者的通信。

现在将参考图1b描述示出可实现图1a的示意性电路的一种方式的电路图。数据总线接口7包含双线总线电缆5的两条导线可被连接到的两个连接器端子7a和7b。两个连接器端子7a和7b分别连接到数据总线14的正极性导体14a和负极性导体14b。

可靠电阻4由分别连接在正极性导体14a和负极性导体14b中的两个串联电阻器4a和4b形成。此实施例中的串联电阻器各自具有25欧姆的电阻，并且从而一起在数据总线中形成均衡的50欧姆电阻。类似地，电抗10由分别经由串联电阻器4a和4b连接到正极性导体14a和负极性导体14b的两个串联电感器10a和10b形成。电压源12具有经由串联电感器10a和10b以及串联电阻器4a和4b分别连接到正极性导体14a和负极性导体14b的正电压输出端和负电压输出端。

阻抗3沿着数据总线连接在可靠电阻4和电抗10之间的点15处。阻抗3由两个串联电阻器3a和3b以及两个串联电容器3c和3d形成。在点15处的正极性导体15a连接到相互串联布置在导体15a和13a之间的电阻器3a和电容器3c。在点15处的负极性导体15b连接到相互串联地布置在导体15b和13b之间的电阻器3b和电容器3d。导体13a和13b是发送器13的正极性输出端和负极性输出端。两个串联电阻器3a和3b在此实施例中各自具有25欧姆的电阻，并且从而一起在发送器的输出端和点15之间形成均衡的50欧姆电阻。

接收器1在点15处连接在正极性导体15a和负极性导体15b之间，用于接收在数据总线14上发送的电压信号。在备选实施例中，接收器1可连接到在正极性导体15a和负极性导体15b之间的分压器，以帮助确保它接收的电压电平在其量程内。在备选实施例中，接收器1可在发送器13和数据总线接口7之间的任意点处连接在正极性导体和负极性导体之间。

附加阻抗9和开关8并联连接在正极性导体14a和负极性导体14b之间。另一个阻抗11和开关11s并联连接在正极性导体13a和负极性导体13b之间。

为了帮助例示当发送信号时由发送器13和设备6看到的AC阻抗，现在将参考图2a至图2d描述各种AC等效电路。各个电抗性组件和设备接收输入端具有高阻抗，并且从而在这些等效电路中被忽略。由于这些是等效电路，因此图2a和图2b中的阻抗3和可靠电阻器4在正极性导体中示出，而在现实中它们实际上在正极性导体和负极性导体之间被分割，如图1b中所示。

图2a示出当发送器13朝设备6发送更高频信号时发送器13看到的AC等效电路，设备6是更高速度设备。发送器13看到串联的阻抗3和可靠电阻器4，以及并联的总线电缆5的特性阻抗，以致发送器输出端的总负载为200欧姆。更高速度设备具有内部终端负载，然而归因于更高频发送的信号的短波长，发送器13看不到该内部终端负载。

图2b示出当发送器13朝设备6发送更低频信号时发送器13看到的AC等效电路，设备6是传统IEC61158-2设备。由于设备6是传统设备，因此开关8被闭合，把阻抗9连接成与数据总线的两个导体14a和14b并联。然后，发送器13看到串联的阻抗3和可靠电阻器4以及并联的阻抗9，以使发送器输出端上的总负载同样为200欧姆。如对于本领域技术人员来说将清楚的，当传统IEC61158-2设备被连接时，发送器13看不到总线电缆5的特性阻抗，因为发送器13的信令频率更低，以致传输线效应不显著。阻抗3、4和9以虚线示出，因为它们只有当开关8被闭合时才是相关的。如果开关8被打开，那么阻抗3和4由传统IEC61158-2设备的非常大的输入阻抗(约3千欧姆)支配。

图2c示出当设备6向接口电路发送更高频信号时设备6看到的AC等效电路，设备6是更高速度设备。更高速度设备具有并联的100欧姆的整体终端负载15。这有助于调节当其电流源按高频调制电流时发生的电压波动。更高速度设备还看到与整体终端负载15并联的总线电缆5的100欧姆特性阻抗。因此，更高速度设备看到50欧姆的阻抗。由于其高信令速度，更高速度设备看不到接口电路中的阻抗。一旦从它发送的信号到达接口电路，所述信号将看到总共100欧姆并且与总线电缆5的特性阻抗匹配的阻抗3和4。

图2d示出当设备6向接口电路发送更低频信号时设备6看到的AC等效电路，设备6是传统IEC61158-2设备。由于设备6是传统设备，因此开关8被闭合，把阻抗9连接成与数据总线的两个导体14a和14b并联。传统设备不具有任何终端负载，并且按更低频率发送，从而看不到总线电缆5的传输线效应。因此，传统设备看到并联阻抗9以及给出50欧姆的负载的并联的阻抗3和4。如对于本领域技术人员来说将清楚的，阻抗3和4并联地出现在等效电路中，因为它们连接到发送器13，发送器13实际上吸收指向它的AC信号。

在图3a和图3b中示出了接口电路检测或确立哪种类型的设备6与它连接的处理。图3a使用利用不同协议轮询或询问设备直到从设备返回响应为止的方法。图3b使用设计数据库来预先确立使用哪种协议，并且随后按正确协议进行通信，而不必首先询问设备。假定设备是与设计数据库中列举的类型不同的类型，那么也可使用按照图3a的询问方法。

对于本领域技术人员来说，所描述的实施例的落入本发明的范围内的许多其它变型将是清楚的。

Claims (18)

1.一种接口电路，所述接口电路具有数据总线接口，以及用于经由数据总线接口发送和接收数据的发送器和接收器，其中：

所述数据总线接口包括由提供组合电力和数据的正极性导体和负极性导体组成的两个总线导体，和用于把所述两个总线导体连接到按第一信令协议通信的第一设备和按第二信令协议通信的第二设备中的一个设备的连接器端子，第一信令协议和第二信令协议是彼此不同的协议，其中所述接口电路被构造成取决于第一设备和第二设备中的哪一个设备经由连接器端子被连接，在第一信令协议和第二信令协议之间选择，

所述接口电路还包括用于向所述两个总线导体供电的电压源，所述电压源经由串联连接的电抗以及之后第一电阻连接到所述两个总线导体，其中发送器的输出端经由第二电阻连接到在所述电抗和第一电阻之间的点，以调制所述两个总线导体之间的电压。

2.按照权利要求1所述的接口电路，其中第一信令协议具有第一信令速度，并且第二信令协议具有第二信令速度，第二信令速度高于第一信令速度。

3.按照权利要求1或2所述的接口电路，其中第一信令协议和第二信令协议具有彼此不同的物理层特性。

4.按照权利要求1、2或3所述的接口电路，其中第一电阻和第二电阻求和达到与第一信令协议所需的负载阻抗匹配的值。

5.按照任意前述权利要求所述的接口电路，其中接口电路被构造成通过按第一信令协议和第二信令协议中的所选择的一种信令协议经由两个总线导体发送数据，在第一信令协议和第二信令协议之间选择，并且：

如果接收器接收到对发送的数据的有效响应，那么判定利用信令协议中的所选择的一种信令协议的设备连接到数据总线接口；或者

如果接收器未收到对发送的数据的有效响应，那么按信令协议中的另一种信令协议经由两个总线导体发送数据，并且如果接收器接收到对该数据的有效响应，那么判定利用信令协议中的该另一种信令协议的设备连接到数据总线接口。

6.按照任意前述权利要求所述的接口电路，其中接口电路被构造成基于由被连接的设备得到的电流量，或者基于所述设备的初始附接特性，在第一信令协议和第二信令协议之间选择。

7.按照任意前述权利要求所述的接口电路，其中发送器包括取决于发送器选择要使用哪种信令协议而被切换的多个发送器电路。

8.按照任意前述权利要求所述的接口电路，其中第一电阻具有额定电阻，并且是可靠电阻器，所述可靠电阻器被构造成当在电阻器中发生故障时，至少提供所述额定电阻。

9.按照任意前述权利要求所述的接口电路，其中第一电阻包括在正极性导体中的串联电阻器和在负极性导体中的串联电阻器。

10.按照任意前述权利要求所述的接口电路，其中第二电阻包括在正极性导体中的串联电阻器和在负极性导体中的串联电阻器。

11.按照任意前述权利要求所述的接口电路，其中发送器的输出端经由电容和第二电阻连接到在电抗和第一电阻之间的点，所述电容和第二电阻是串联连接的。

12.按照任意前述权利要求所述的接口电路，还包括附加阻抗和用于把附加阻抗切换成连接在两个总线导体的正极性导体和负极性导体之间的开关，所述附加阻抗在第一电阻和连接器端子之间的一点处连接到两个总线导体。

13.按照任意前述权利要求所述的接口电路，还包括连接在两个总线导体的正极性导体和负极性导体之间的另一个阻抗，该另一个阻抗在发送器的输出端处经由第一电阻和第二电阻连接到所述两个总线导体。

14.按照任意前述权利要求所述的接口电路，其中通过把总线电缆的第一端连接到连接器端子，并且把第一设备或第二设备连接到总线电缆的第二端，第一设备和第二设备能连接到连接器端子。

15.按照权利要求14所述的接口电路，其中第一电阻和第二电阻求和达到与第二信令协议所需的总线电缆的特性阻抗匹配的值。

16.按照任意前述权利要求所述的接口电路，其中通过把连接到第一设备的第一总线电缆连接到连接器端子，第一设备能连接到连接器端子，并且其中通过把连接到第二设备的第二总线电缆连接到连接器端子，第二设备能连接到连接器端子。

17.一种网络交换机或网络设备耦合器，包括按照所附权利要求中的任意一项所述的接口电路。

18.一种包含按照权利要求17所述的网络交换机或网络设备耦合器、总线电缆以及第一设备和第二设备中的一个设备的网络，其中总线电缆的第一端连接到连接器端子，并且总线电缆的第二端连接到第一设备和第二设备中的一个设备。