CN106033950A - 多路快速数据发送器及数据发送方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多路快速数据发送器及数据发送方法，使用电感对多个负载电容进行驱动或者多个负载电容之间进行驱动的方式进行数据传输，通过维持电感中的大电流，再通过控制电路切换控制开关来切换电流方向，用电感中的大电流对多个负载电容进行充放电，达到高速无损驱动负载电容，快速发送数据的目的。

Description

多路快速数据发送器及数据发送方法

技术领域

本发明涉及数据发送领域，尤其涉及一种多路快速数据发送器及数据发送方法。

背景技术

随着节能需求的不断提高，对电容负载的无损驱动不断地发展。作为数据发送器，很多场合驱动的都是电容负载，为了无损驱动电容负载，一般都采用LC振荡的方式来实现。

现有技术中通常是利用LC(电感-负载电容)一次振荡把负载电容驱动到高电平并维持在低阻高电平状态，然后再LC一次振荡把负载电容上的能量全部回收并维持在低阻低电平状态。该种做法虽然解决了常规方法低效的问题，但还存在驱动速率较慢、效率较低及电感较大等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多路快速数据发送器及数据发送方法，能够解决无损数据发送器的速度慢的问题。

为了实现上述目的，本发明提出了一种多路快速数据发送器，包括：

电源、电感和多个负载电容，所述负载电容的负端均接地；

电感充电电路，包括所述电源和电感，所述电感正端与所述电源正极相连，所述电感负端接地；

维持电路，将所述电感正端和负端接同一电压；

多路第一充电电路，每一路所述第一充电电路均连接一负载电容，所述负载电容正极与电感负端相连；

至少一路第二充电电路，高电平的负载电容正端与电感正端相连，低电平的负载电容正端与电感负端相连；

多路第一放电电路，所述负载电容正端与所述电感正端相连；

至少一路第二放电电路，高电平的负载电容正端与电感正端相连，低电平的负载电容正端与电感负端相连；

多个控制开关，所述控制开关分别连接在所述电感充电电路、维持电路、第一充电电路、第二充电电路、第一放电电路及第二放电电路中；

控制电路，与所述多个控制开关相连，控制所述多个控制开关的闭合和断开，以使所述电感充电电路、维持电路、第一充电电路、第二充电电路、第一放电电路及第二放电电路导通和断开。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述控制电路包括电流检测器、电压检测器及微处理器，微处理器输入端接待发送信号及使能信号，并产生控制信号分别控制所述控制开关，所述电流检测器与所述电感相连，用于检测所述电感的电流并将电流信号反馈至所述微处理器，所述电压检测器均与多个所述负载电容相连，用于检测每个负载电容的电压并将电压信号反馈至所述微处理器。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，还包括：负载加强电路，将所述负载电容正端维持在所述电源电压或地。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，还包括：电能回收电路，将所述电感正端和电源负端接地，所述电感负端与所述电源正端相连。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，还包括：能量补充电路，将所述电感正端和电源正端相连，电感负端接地，所述负载电容正端接所述电源正端或地。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，每一个所述负载电容的正端均连有两个并联的控制开关，一个控制开关连接所述电感的正端，另一个控制开关连接电感的负端。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述电感的正端和负端均连有两个并联的控制开关，所述电感正端的一个控制开关连接所述电源的正端，另一个控制开关接地，所述电感负端的一个控制开关连接所述电源的正端，另一个控制开关接地。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述负载电容为2个，分别为第一负载电容和第二负载电容。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述控制开关为8个，分别为第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关、第六控制开关、第七控制开关及第八控制开关，所述第一控制开关第一端及第三控制开关第一端连接所述电源正端，所述第一控制开关第二端连接第二控制开关第一端、第五控制开关第一端、第七控制开关第一端和电感正端，所述第二控制开关第二端接地，所述第三控制开关第二端接第四控制开关第一端、电感负端、第六控制开关第二端和第八控制开关第二端，所述第四控制开关第二端接地，所述第五控制开关第二端接第六控制开关第一端和第一负载电容正端，所述第七控制开关第二端接第八控制开关第一端和第二负载电容正端。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述第一充电电路导通时，所述第二控制开关闭合，所述第六控制开关闭合或第八控制开关闭合或第六控制开关和第八控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，使所述第一负载电容和第二负载电容正极与电感负端相连，所述电感正端接地。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述第一充电电路导通时，所述第一控制开关闭合，所述第六控制开关闭合或第八控制开关闭合或者第六控制开关和第八控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，使所述第一负载电容和第二负载电容正极与电感负端相连，所述电感正端接电源。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述第二充电电路导通时，若所述第一负载电容为高电平，第二负载电容为低电平时，则所述第五控制开关和第八控制开关闭合，其余控制开关均断开；若所述第一负载电容为低电平，第二负载电容为高电平时，则所述第六控制开关和第七控制开关闭合，其余控制开关均断开。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述维持电路导通时，所述第二控制开关及第四控制开关闭合，其余控制开关均断开，使所述电感正端和负端接地。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述维持电路导通时，所述第一控制开关及第三控制开关闭合，其余控制开关均断开，使所述电感正端和负端接所述电源正端。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述维持电路导通时，所述第五控制开关和第六控制开关或者第七控制开关和第八控制开关闭合，其余控制开关均断开，使所述电感正端和负端接所述第一负载电容或者第二负载电容的正端。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述第一放电电路导通时，所述第四控制开关闭合，所述第五控制开关闭合或第七控制开关闭合或第五控制开关和第七控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，使所述电感正端接所述第一负载电容和第二负载电容的正端，所述电感的负端接地。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述第一放电电路导通时，所述第三控制开关闭合，所述第五控制开关闭合或第七控制开关闭合或第五控制开关和第七控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，使所述电感正端接所述第一负载电容和第二负载电容的正端，所述电感的负端接电源的正端，所述电源的负端接地。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述第二放电电路导通时，若所述第一负载电容为低电平，第二负载电容为高电平时，则所述第六控制开关和第七控制开关闭合；若所述第一负载电容为高电平，第二负载电容为低电平时，则所述第五控制开关和第八控制开关闭合，其余控制开关均断开。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述负载加强电路导通使多个负载电容加强至电源电压时，所述第一控制开关闭合，所述第五控制开关闭合或第七控制开关闭合或第五控制开关和第七控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，或者使所述第三控制开关闭合，所述第六控制开关闭合或第八控制开关闭合或第六控制开关和第八控制开关同时闭合，其余控制开关均断开。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述负载加强电路导通使多个负载电容加强至地时，所述第二控制开关闭合，所述第五控制开关闭合或第七控制开关闭合或第五控制开关闭和第七控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，或者使所述第四控制开关闭合，所述第六控制开关闭合或第八控制开关闭合或第六控制开关和第八控制开关同时闭合，其余控制开关均断开。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述电能回收电路导通时，所述第二控制开关及第三控制开关闭合，其余控制开关均断开。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器中，所述能量补充电路导通时，所述第一控制开关及第四控制开关闭合，其余控制开关均断开。

本发明还提出了一种多路快速数据发送器的数据发送方法，采用如上文所述的多路快速数据发送器进行数据发送，包括步骤：

步骤S1：当使能信号由低电平跳变为高电平时，控制电路控制控制开关使电感充电电路导通，对电感进行充电，直至所述电感电流达到预设电流值；

步骤S2：当步骤S1结束时，所述控制电路控制所述控制开关使维持电路导通，对所述电感电流进行保持；

步骤S3：待发送信号的位数与所述负载电容的个数相等，当所述待发送信号其中一位由低电平跳变为高电平时，所述控制电路控制所述控制开关使第一充电电路或第二充电电路或两者依次导通，由所述电源或者高电平的负载电容通过所述电感对低电平的负载电容进行无损高速充电，直至所述低电平的负载电容电压达到高电平，输出信号；或者，当待发送信号其中一位由高电平跳变为低电平时，所述控制电路控制所述控制开关使所述第一放电电路或第二放电电路或两者依次导通，使高电平的负载电容对地或对低电平的负载电容放电至低电平，输出信号；

步骤S4：当步骤S3结束时，所述控制电路控制所述控制开关使所述维持电路导通，对所述电感电流进行保持。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器的数据发送方法中，所述多路快速数据发送器包括负载加强电路；在步骤S4中，对所述电感电流进行保持的同时，所述负载加强电路导通，将达到高电平的负载电容正端加强至所述电源电压。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器的数据发送方法中，所述多路快速数据发送器包括负载加强电路；在步骤S4中，对所述电感电流进行保持的同时，所述负载加强电路导通，将放电至低电平的负载电容正端接地。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器的数据发送方法中，所述多路快速数据发送器包括能量补充电路；在步骤S4中，使所述电感正端和高电平的负载电容正端接所述电源电压正端，所述电感负端接地。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器的数据发送方法中，所述多路快速数据发送器包括能量补充电路；在步骤S4中，使所述电感正端接所述电源电压正端，所述电感负端和低电平的负载电容正端均接地。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器的数据发送方法中，所述多路快速数据发送器包括电能回收电路；在步骤S4结束后，还包括步骤S5，将所述电能回收电路导通，使所述电感正端和电源负端接地，所述电感负端与所述电源正端相连，将所述电感中的电能回收至所述电源，直至所述电感中电流减小到零。

进一步的，在所述的多路快速数据发送器的数据发送方法中，在所述步骤S5结束后，还包括步骤S6，将所有控制开关断开，将所述多路快速数据发送器关断并高阻输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：使用电感对多个负载电容进行驱动或者多个负载电容之间进行驱动的方式进行数据传输，通过维持电感中的大电流，再通过控制电路切换控制开关来切换电流方向，用电感中的大电流对多个负载电容进行充放电，达到高速无损驱动负载电容，快速发送数据的目的。

附图说明

图1为本发明第一实施例中多路快速数据发送器的电路结构示意图；

图2为本发明第一实施例中电感充电电路的电路结构示意图；

图3a至图3b为本发明第一实施例中两种第一充电电路的电路结构示意图；

图4a至图4c为本发明第一实施例中三种维持电路的电路结构示意图；

图5a至图5b为本发明第一实施例中两种第一放电电路的电路结构示意图；

图6为本发明第一实施例中负载加强到电源电压的电路结构示意图；

图7为本发明第一实施例中负载加强到地的电路结构示意图；

图8为本发明第一实施例中电能回收电路的电路结构示意图；

图9为本发明第一实施例中数据同向跳变时数据发送的时序示意图；

图10为本发明第二实施例中数据反向跳变且两个负载电容容值相同时数据发送的时序示意图；

图11为本发明第三实施例中数据反向跳变且两个负载电容容值不同时数据发送的时序示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的多路快速数据发送器及数据发送方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

请参考图1，在本实施例中，提出了一种多路快速数据发送器，包括：

电源、电感L和多个负载电容，所述负载电容的负端均接地，在本实施例中，为了方便介绍负载电容个数为2个，分别为第一负载电容C0和第二负载电容C1，两个负载电容能够传输两位的待发送数据Din<1:0>，在本实施例以外的其他实施例中，负载电容的个数根据待发送数据的位数来决定；

电感充电电路，包括电源和电感L，所述电感L正端与所述电源正极相连，所述电感L负端接地，如图2所示；

维持电路，将所述电感L正端和负端接同一电压；

多路第一充电电路，包括所述电感L及负载电容C_L(负载电容C_L可以为第一负载电容C0或者第二负载电容C1，两者均适用于该第一充电电路)，所述负载电容C_L正极与所电感L负端相连，并发送输出信号Do，例如逻辑高电平或者低电平，所述负载电容C_L负端接地，在本实施例中，由于仅选择2个负载电容，因此，第一充电电路则为2路，一路适用于所述第一负载电容C0，另一路适用于所述第二负载电容C1；

至少一路第二充电电路，高电平的负载电容正端与电感正端相连，低电平的负载电容正端与电感负端相连，在本实施例中，仅为一路第二充电电路，即由第一负载电容C0、电感L和第二负载电容C1串联组成的回路；

多路第一放电电路，所述负载电容C_L负端接地，正端通过所述电感L接地，在本实施例中，所述第一放电电路为2路，一路适用于所述第一负载电容C0，另一路适用于所述第二负载电容C1；

至少一路第二放电电路，高电平的负载电容正端与电感负端相连，低电平的负载电容正端与电感正端相连，在本实施例中，仅为一路第二放电电路，即由第一负载电容C0、电感L和第二负载电容C1串联组成的回路；

多个控制开关，所述控制开关分别连接在所述电感充电电路、维持电路、第一充电电路、第二充电电路、第一放电电路及第二放电电路中；

控制电路，与所述多个控制开关相连，控制所述多个控制开关的闭合和断开，以使所述电感充电电路、维持电路、第一充电电路、第二充电电路、第一放电电路及第二放电电路导通和断开。

所述控制电路包括电流检测器、电压检测器及微处理器，微处理器输入端接待发送信号Din<1,0>及使能信号EN，并产生控制信号分别控制所述控制开关，所述电流检测器与所述电感L相连，用于检测所述电感L的电流I_L并将电流I_L信号反馈至所述微处理器，所述电压检测器与所述第一负载电容C₀和第二负载电容C1均相连，用于检测所述第一负载电容C₀和第二负载电容C₁的电压并将电压信号反馈至所述微处理器，通过切换控制开关，用于维持电感L电流值在预设范围内，控制电感L中的持续大电流快速、无损地对第一负载电容C₀和第二负载电容C1充放电，达到快速无损地发送数据。

此外，多路快速数据发送器还包括负载加强电路、电能回收电路以及能量补充电路，所述负载加强电路用于将所述负载电容C_L正端维持在所述电源电压或地；所述电能回收电路用于将所述电感L正端和电源负端接地，所述电感L负端与所述电源正端相连；所述能量补充电路用于将所述电感L正端和电源正端相连，电感L负端接地，所述负载电容C_L正端接所述电源正端或地，所述负载电容C_L负端接地。

每一个所述负载电容C_L的正端均连有两个并联的控制开关，一个控制开关连接所述电感L的正端，另一个控制开关连接电感L的负端；所述电感L的正端和负端均连有两个并联的控制开关，所述电感L正端的一个控制开关连接所述电源的正端，另一个控制开关接地，所述电感L负端的一个控制开关连接所述电源的正端，另一个控制开关接地。

具体的，在本实施例中，所述控制开关为8个，分别为第一控制开关SW1、第二控制开关SW2、第三控制开关SW3、第四控制开关SW4、第五控制开关SW5、第六控制开关SW6、第七控制开关SW7及第八控制开关SW8，所述第一控制开关SW1第一端及第三控制开关SW3第一端连接所述电源正端，所述第一控制开关SW1第二端连接第二控制开关SW2第一端、第五控制开关SW5第一端、、第七控制开关SW7第一端和电感L正端，所述第二控制开关SW2第二端接地，所述第三控制开关SW3第二端接第四控制开关SW4第一端、电感L负端、第六控制开关SW6第二端和第八控制开关SW8第二端，所述第四控制开关SW4第二端接地，所述第五控制开关SW5第二端接第六控制开关SW6第一端和第一负载电容C₀正端，所述第七控制开关SW7第二端接第八控制开关SW8第一端和第二负载电容C₁正端。

所述第一充电电路导通时，所述第二控制开关SW2闭合，所述第六控制开关SW6闭合或第八控制开关SW8闭合或第六控制开关SW6和第八控制开关SW8同时闭合，其余控制开关断开，当只需要对第一负载电容C₀充电，无需对第二负载电容C₁充电时，只需第二控制开关SW2和第六控制开关SW6闭合；当只需要对第二负载电容C₁充电，无需对第一负载电容C₀充电时，只需第二控制开关SW2和第八控制开关SW8闭合；当需要同时对第一负载电容C₀和第二负载电容C₁充电时，需要同时闭合第二控制开关SW2、第六控制开关SW6和第八控制开关SW8；使所述第一负载电容C₀或/和第二负载电容C₁的正端与电感L负端相连，所述电感L正端接地；其第一种实现方式的具体电路图可以参考图3a，图3a中仅仅显示出一个负载电容C_L，实际上该负载电容C_L可以为第一负载电容C₀和第二负载电容C₁(下同)；第二种实现方式请参考图3b，所述第一控制开关SW1闭合，所述第六控制开关SW6闭合或第八控制开关SW8闭合或者第六控制开关SW6和第八控制开关SW8同时闭合，其余控制开关断开，使所述第一负载电容C₀或/和第二负载电容C₁的正端与电感L负端相连，所述电感L正端电源。

所述第二充电电路导通时，若所述第一负载电容C₀为低电平，第二负载电容C₁为高电平时，则所述第六控制开关SW6和第七控制开关SW7闭合，其余控制开关均断开；若所述第一负载电容C₀为高电平，第二负载电容C₁为低电平时，则所述第五控制开关SW5和第八控制开关SW8闭合，其余控制开关均断开，即电感L负端接高电平负载电容的正端，正端接低电平负载电容的正端，组成了同时对高电平负载电容的放电电路和低电平第二负载电容的充电电路。

所述维持电路导通时，请参考图4a中第一种实现方式，所述第二控制开关SW2及第四控制开关SW4闭合，其余控制开关均断开，使所述电感L正端和负端接地；请参考图4b中第二种实现方式，所述第一控制开关SW1及第三控制开关SW3闭合，其余控制开关均断开，使所述电感L正端和负端接所述电源正端；请参考图4c中第三种实现方式，所述第五控制开关SW5和第六控制开关SW6或者第七控制开关W7和第八控制开关SW8闭合，其余控制开关均断开，使所述电感L正端和负端接所述负载电容C_L的正端。

所述第一放电电路导通时，所述第四控制开关SW4闭合，所述第五控制开关SW5闭合或第七控制开关SW7或第五控制开关SW5和第七控制开关SW7同时闭合，其余控制开关断开，使所述电感L正端接所述第一负载电容C₀或/和第二负载电容C₁的正端；请参考图5a第一种实现方式，所述电感L正端接所述负载电容C_L的正端，所述电感L的负端接地；所述第三控制开关SW3闭合，所述第五控制开关SW5闭合或第七控制开关SW7闭合或第五控制开关SW5和第七控制开关SW7同时闭合，其余控制开关均断开，使所述电感L正端接所述第一负载电容C₀或/和第二负载电容C₁的正端，所述电感L的负端接电源的正端，所述电源的负端接地，如图5b所示的第二种实现方式，所述电感L正端接所述负载电容C_L的正端，所述电感L的负端接电源。

所述第二放电电路导通时，若所述第一负载电容C₀为低电平，第二负载电容C₁为高电平时，则所述第六控制开关SW6和第七控制开关SW7闭合；若所述第一负载电容C₀为高电平，第二负载电容C₁为低电平时，则所述第五制开关SW5和第八控制开关SW8闭合，其余控制开关均断开，即所述电感L正端接第二负载电容C₁正端，负端接第一负载电容C₀正端，组成了同时对第一负载电容C₀和第二负载电容C₁充放电的电路。

所述负载加强电路导通使所述负载电容C_L加强至电源电压时，所述第一控制开关SW1闭合，所述第五控制开关SW5闭合或第七控制开关SW7闭合或第五控制开关SW5和第七控制开关SW7同时闭合，其余控制开关断开，或者使所述第三控制开关SW3闭合，所述第六控制开关SW6闭合或第八控制开关SW8闭合或第六控制开关SW6和第八控制开关SW8同时闭合，其余控制开关断开，如图6所示；

所述负载加强电路导通使所述负载电容C_L加强至地时，所述第二控制开关SW2闭合，所述第五控制开关SW5闭合或第七控制开关SW7闭合或第五控制开关SW5闭和第七控制开关SW7同时闭合，其余控制开关断开，或者使所述第四控制开关SW4闭合，所述第六控制开关SW6闭合或第八控制开关SW8闭合或第六控制开关SW6和第八控制开关SW8同时闭合，其余控制开关断开，如图7所示；

所述电能回收电路导通时，所述第二控制开关SW2及第三控制开关SW3闭合，其余控制开关均断开，如图8所示。

所述能量补充电路导通时，所述第一控制开关SW1、第四控制开关SW4闭合，其余控制开关均断开。

在本发明的另一方面还提出了一种多路快速数据发送器的数据发送方法，采用如上文所述的多路快速数据发送器进行数据发送，包括步骤：

步骤S1：当使能信号由低电平跳变为高电平时，控制电路控制控制开关使电感充电电路导通，对电感L进行充电，直至电流检测单元检测到所述电感电流I_L达到预设电流值I₁；

步骤S2：当步骤S1结束时，所述控制电路控制所述控制开关使维持电路导通，对所述电感电流I_L进行保持；

步骤S3：待发送信号Din<1,0>的位数与所述负载电容的个数相等，当所述待发送信号Din<1,0>其中一位由低电平跳变为高电平时，所述控制电路控制所述控制开关使第一充电电路或第二充电电路或者两者依次导通，由所述电源或者高电平的负载电容通过所述电感对低电平的负载电容进行无损高速充电，直至所述低电平的负载电容电压达到高电平，输出信号Do；或者，当待发送信号其中一位由高电平跳变为低电平时，所述控制电路控制所述控制开关使所述第一放电电路或第二放电电路或者两者依次导通，使高电平的负载电容对地或对低电平的负载电容放电至低电平，输出信号Do；

步骤S4：当步骤S3结束时，所述控制电路控制所述控制开关使所述维持电路导通，对所述电感电流I_L进行保持；

在步骤S4结束后，还包括步骤S5，将所述电能回收电路导通，使所述电感L正端和电源负端接地，所述电感L负端与所述电源正端相连，将所述电感L中的电能回收至所述电源，直至所述电感L中电流I_L减小到零。

在所述步骤S5结束后，还包括步骤S6，将所有控制开关断开，将所述多路快速数据发送器关断并高阻输出。步骤S8阶段的终点是下一个使能信号EN的上升沿到来。

本实施例的待发送信号Din为待发送的N位并行输入数据信号Din<N-1:0>，输出信号Do相应地为N位并行输出数据信号Do<N-1:0>，微处理器还接收内部电流状态信号Istate。微处理器首先对输入的N位并行的待发送信号Din<N-1:0>进行区分。分为三类，不动的k位，同向动的m位，反向动的p位，其中k+m+p＝N。微处理器控制相应的k路开关不动作，控制相应的m路一起动作，控制相应的p路一起动作，达到m路与p路输出无损地交换负载电容上的电荷，如果同向反向负载电容的负载相等，那么同向及反向负载电容上的电荷得到完全的交换，如果负载电容不相等，负载电容容值小的电荷可以得到完全地交换，负载电容容值大的部分需要通过电感无损地充放到电源或地上即可。

下面结合图9具体说明工作过程：待发送信号Din<1,0>为2位，例如初始状态为00，控制开关SW1～SW8都维持断开状态。整个多路快速数据发送器不工作，输出高组态。以下以多路快速数据发送器启动，数据Din<1:0>同向同时进行跳变，即从00->11->00、发送器关断及能量回收的过程来说明各阶段的工作情况：

T1阶段：T1阶段的起点是使能信号EN从0到1的跳变，T1阶段的终点是电感电流I_L被充到预设电流值I₁。T1阶段完成的功能是电感电流I_L初始值的建立。具体实现，微处理器的输入信号使能信号EN从0变到1，同时输入信号Istate<1:0>＝00，微处理器控制所述电感充电电路导通。Istate<1:0>在本实施例里采用的是两位，但是实际上包含但不仅限于两位。当电感L中的电流I_L到达预设电流值I₁时，电流检测器输出Istate<1:0>＝11；

T2阶段：T2阶段的起点是T1阶段的终点，T2阶段的终点是待发送信号Din<1:0>从00到11的跳变沿。T2阶段完成的功能是电感电流I_L的保持。T1结束，微处理器控制维持电路导通，电流I_L被保持在电感L中。维持电路的实现方式请参考上文，在此不作赘述。

T3阶段：T3阶段的起点是T2阶段的终点，T3阶段的终点是第一负载电容C₀和第二负载电容C₁上极板电压被充高到电源电压VDD。T3阶段完成的功能是第一负载电容C₀和第二负载电容C₁的无损高速充电。T2结束，微处理器控制第一充电电路导通，电感电流I_L对第一负载电容C₀和第二负载电容C₁充电，当电压检测器检测到第一负载电容C₀和第二负载电容C₁上极板被充电到VDD电压时，发信号给微处理器，作为T3阶段的结束标志。

T4阶段：T4阶段的起点是T3阶段的终点，T4阶段的终点是待发送信号Din<1:0>从11到00的跳变沿。T4阶段完成的功能是，电感电流I_L的保持以及输出信号Do的高电平加强。微处理器控制维持电路和负载加强电路导通，使电流I_L被保持在电感L中，同时第一负载电容C₀和第二负载电容C₁维持输出VDD电压值。

T5阶段：T5阶段的起点是T4阶段的终点，T5阶段的终点是第一负载电容C₀和第二负载电容C₁上极板放电到低电平。T5阶段完成的功能是第一负载电容C₀和第二负载电容C₁无损高速放电。微处理器控制第一放电电路导通导通，第一负载电容C₀和第二负载电容C₁经电感电流放电，当电压检测器检测到第一负载电容C₀和第二负载电容C₁的上极板被放电到低电平时，发信号给微处理器，作为T5阶段的结束标志。

T6阶段：T6阶段的起点是T5阶段的终点，T6阶段的终点是使能信号EN从高电平到低电平的跳变沿。T6阶段完成的功能是，电感电流I_L的保持以及输出信号Do的低电平加强。微处理器控制维持电路和负载加强电路导通，电流I_L被保持在电感L中，同时第一负载电容C₀和第二负载电容C₁维持输出低电平的电压值。

T7阶段：T7阶段的起点是T6阶段的终点，T7阶段的终点是电感L中电流I_L变为0。T7阶段完成的功能是回收电感L中电流I_L的能量到电源。微处理器控制维电能回收电路导通，电感电流I_L在反向电压的作用下，逐渐减小到零，电流检测器输出Istate<1:0>＝00，作为T7阶段结束的标志。

T8阶段：T8阶段的起点是T7阶段的终点，T8阶段的终点是下一个使能信号EN的上升沿。T8阶段完成的功能是发送器完全关断及高阻输出。实现方式，所有控制开关断开。

此外，在整个过程中，由于寄生电阻的存在，电感L中的电流I_L一直处于消耗状态，因此，需要进行补充能量。T4阶段是电流I_L保持及高电平加强，T6阶段是电流I_L保持及低电平加强。在能量补充阶段，可以在T4阶段把电路配置成能量补充电流及高电平加强，T6阶段可以配置成能量补充电流及低电平加强。具体做法：在T4阶段时，控制开关SW1、SW4导通，其他都关断，使能量补充电路导通，所述电感L正端和第一负载电容C₀和第二负载电容C₁正端接所述电源电压正端，所述电感L负端和负载电容C_L负端接地；在T6阶段时，控制开关SW1、SW4导通，其他都关断，使所述电感L正端接所述电源电压正端，所述电感L负端、第一负载电容C₀和第二负载电容C₁正端和负端均接地。

每次进入T4阶段及T6阶段之前，观察电流检测器输出，当电流I_L低至某一预设值I₂时，电流检测器输出Istate<1:0>＝10，进入能量补充阶段，T4阶段及T6阶段被配成能量补充电流及加强，直到电感电流I_L大于某一较高预设电流值I₁后，T4阶段及T6阶段被配置成电流保持及加强。

本实施例说明了快速、无损发送一个00及发送一个11的过程，也可以拓展到发送任意N个00及M个11的情况，其中N和M为任意大于0的自然数。此外，还可以是先发送11再发送00，此时只需要将T3阶段和T5阶段步骤对换即可。

另外，本实施例中是两路驱动，即两个负载电容，若一路驱动，一路不驱动的情况，不驱动的一路微处理器控制相应开关不动，驱动的一路按照上述步骤进行单路驱动即可，不展开说明。

实施例二

在本实施例中，多路快速数据发送器与实施例一相同，不做赘述，不同的是发送数据的方式，请参考图10，本实施例中两路负载电容同时反向跳变，且两路驱动的负载电容相等，即第一负载电容C₀和第二负载电容C₁负载相等，C₀＝C₁。以下以多路快速数据发送器启动，待发送数据Din<1:0>从10->01->10、发送器关断、能量回收的过程来说明各阶段的工作情况。

T1阶段：T1阶段的起点是使能信号EN从0到1的跳变，T1阶段的终点是电感电流I_L被充到预设电流值I₁。T1阶段完成的功能是电感电流I_L初始值的建立。具体实现，微处理器的输入信号使能信号EN从0变到1，同时输入信号Istate<1:0>＝00，微处理器控制所述电感充电电路导通。Istate<1:0>在本实施例里采用的是两位，但是实际上包含但不仅限于两位。当电感L中的电流I_L到达预设电流值I₁时，电流检测器输出Istate<1:0>＝11；在此过程Do<0>及Do<1>分别被加强电路加强到地及电源电压，此点本领域技术人员理应知晓，在此不作介绍。

T2阶段：T2阶段的起点是T1阶段的终点，T2阶段的终点是待发送信号Din<1:0>从10到01的跳变沿。T2阶段完成的功能是电感电流I_L的保持。T1结束，微处理器控制维持电路导通，电流I_L被保持在电感L中。维持电路的实现方式请参考实施例一，在此不作赘述。

T3阶段：T3阶段的起点是T2阶段的终点，T3阶段的终点是第一负载电容C₀上极板电压被充高到电源电压VDD同时第二负载电容C₁上极板电压被放电到地。T3阶段完成的功能是第一负载电容C₀和第二负载电容C₁的无损高速充放电。T2结束，微处理器控制第二充电电路导通，第二负载电容C₁通过电感L对第一负载电容C₀充电，当电压检测器检测到第一负载电容C₀上极板被充电到VDD电压且第二负载电容C₁上极板被放电至地时，发信号给微处理器，作为T3阶段的结束标志。

T4阶段：T4阶段的起点是T3阶段的终点，T4阶段的终点是待发送信号Din<1:0>从01到10的跳变沿。T4阶段完成的功能是，电感电流I_L的保持以及输出信号Do的电平加强。微处理器控制维持电路和负载加强电路导通，使电流I_L被保持在电感L中，同时输出信号Do<1:0>被加强电路加强到低阻的01。

T5阶段：T5阶段的起点是T4阶段的终点，T5阶段的终点是第一负载电容C₀上极板放电到低电平电压同时第二负载电容C₁上极板充电到VDD。T5阶段完成的功能是第一负载电容C₀和第二负载电容C₁无损高速放电。微处理器控制第二放电电路导通，高电平的第一负载电容C₀正端与电感L的负端相连，低电平的第二负载电容C₁正端与电感L的正端相连，当电压检测器检测到第一负载电容C₀上极板被放电到低电平同时第二负载电容C₁的上极板被充电到电源电压VDD时，发信号给微处理器，作为T5阶段的结束标志。

T6阶段：T6阶段的起点是T5阶段的终点，T6阶段的终点是使能信号EN从高电平到低电平的跳变沿。T6阶段完成的功能是，电感电流I_L的保持以及输出信号Do<1:0>的电平加强。微处理器控制维持电路和负载加强电路导通，电流I_L被保持在电感L中，同时输出信号Do<1:0>电压被加强到低阻的10。

T7阶段：T7阶段的起点是T6阶段的终点，T7阶段的终点是电感L中电流I_L变为0。T7阶段完成的功能是回收电感L中电流I_L的能量到电源。微处理器控制维电能回收电路导通，电感电流I_L在反向电压的作用下，逐渐减小到零，电流检测器输出Istate<1:0>＝00，作为T7阶段结束的标志。

T8阶段：T8阶段的起点是T7阶段的终点，T8阶段的终点是下一个使能信号EN的上升沿。T8阶段完成的功能是发送器完全关断及高阻输出。实现方式，所有控制开关断开。

在本实施例中的能量补充阶段也与实施例一的相同，在此不作赘述。

实施例三

在本实施例中，多路快速数据发送器与实施例一相同，不做赘述，不同的是发送数据的方式，请参考图11，本实施例中两路负载电容同时反向跳变，但两路驱动的负载电容不相等，即第一负载电容C₀和第二负载电容C₁负载不等，例如C₀＞C₁。以下以多路快速数据发送器启动，待发送数据Din<1:0>从10->01->10、发送器关断、能量回收的过程来说明各阶段的工作情况。

其中，T1阶段和T2阶段均与实施例二相同，具体可以参考上述实施例，在此不作赘述。

T3阶段：T3阶段的起点是T2阶段的终点，第一负载电容C₀上极板电压被充高到电源电压VDD同时第二负载电容C₁上极板电压被放电到地。T3阶段完成的功能是第一负载电容C₀和第二负载电容C₁的无损高速充放电。T2结束，微处理器控制第二充电电路导通，第二负载电容C₁通过电感L对第一负载电容C₀充电，但由于第二负载电容C₁的容值小于第一负载电容C₀的容值，因此，当第二负载电容C₁的电压放至低电平时，第一负载电容C₀还未达到高电平，此时，可以通过微处理器控制第二充电电路断开，将第一充电电路导通，使电感L或电源对所述第一负载电容C₀进行充电，直至电压检测器检测到第一负载电容C₀上极板充电到电源电压；或者微处理器在控制第二充电电路断开时，控制第七控制开关SW7断开，同时第二控制开关SW2闭合，使第一负载电容C₀通过电感L从地抽电荷，直至电压检测器检测到第一负载电容C₀上极板充电到电源电压，微处理器断开第六控制开关SW6。

T4阶段：T4阶段的起点是T3阶段的终点，T4阶段的终点是待发送信号Din<1:0>从01到10的跳变沿。T4阶段完成的功能是，电感电流I_L的保持以及输出信号Do的电平加强。微处理器控制维持电路和负载加强电路导通，使电流I_L被保持在电感L中，同时输出信号Do<1:0>被加强电路加强到低阻的01。

T5阶段：T5阶段的起点是T4阶段的终点，T5阶段的终点是第一负载电容C₀上极板放电到低电平电压同时第二负载电容C₁上极板充电到VDD。微处理器控制第二放电电路导通，高电平的第一负载电容C₀正端与电感L的负端相连，低电平的第二负载电容C₁正端与电感L的正端相连，组成了第二放电电路。由于第一负载电容C₀的容值大于第二负载电容C₁的容值，因此，当第二负载电容C₁上极板被充电到电源电压VDD时，第一负载电容C₀还存在一定的电荷残留，因此，此时微处理器可以使第一放电电路导通，将第一负载电容C₀内残留的电荷释放掉，直至检测到第一负载电容C₀的电压为低电平为止；或者，微处理器断开第八控制开关SW8，同时闭合开关第四控制开关SW4，使第一负载电容C₀上极板经电感L到地被继续放电，当电压检测器检测到第一负载电容C₀上极板被放电到地电平时，微处理器断开第五控制开关SW5。

T6阶段至第8阶段以及能量补充均与实施例二相同，在此不作赘述。

需要指出的是，两路待发送信号Din<1:0>可以是任意组合，在任意组合中，如果是信号同向变换，参照实施例一；如果是信号反向变化，且两个负载电容相等，参照实施例二；如果是信号反向变化，两个负载电容不等，参照实施例三；如果是一个变化，另一个不变化，直接由微处理器进行单路的切换即可。

当待发送信号Din有N路，N大于等于3时，首先对N路进行区分，如果N路数据都相同，且同时同向跳变，那么可以参照实施例一。当N路中的k路不变，m路正跳变，p路负跳变时，k路的负载电容正端接的两个并联的控制开关不动，m路看成上述实施例中两路中的一路，n路看成上述实施例中两路中的另一路即可。

综上，在本发明实施例提供的多路快速数据发送器及数据发送方法中，使用电感对多个负载电容进行驱动或者多个负载电容之间进行驱动的方式进行数据传输，通过维持电感中的大电流，再通过控制电路切换控制开关来切换电流方向，用电感中的大电流对多个负载电容进行充放电，达到高速无损驱动负载电容，快速发送数据的目的。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (29)

1.一种多路快速数据发送器，其特征在于，包括：

电源、电感和多个负载电容，所述负载电容的负端均接地；

电感充电电路，包括所述电源和电感，所述电感正端与所述电源正极相连，所述电感负端接地；

维持电路，将所述电感正端和负端接同一电压；

多路第一充电电路，每一路所述第一充电电路均连接一负载电容，所述负载电容正极与电感负端相连；

至少一路第二充电电路，高电平的负载电容正端与电感正端相连，低电平的负载电容正端与电感负端相连；

多路第一放电电路，所述负载电容正端与所述电感正端相连；

至少一路第二放电电路，高电平的负载电容正端与电感正端相连，低电平的负载电容正端与电感负端相连；

多个控制开关，所述控制开关分别连接在所述电感充电电路、维持电路、第一充电电路、第二充电电路、第一放电电路及第二放电电路中；

控制电路，与所述多个控制开关相连，控制所述多个控制开关的闭合和断开，以使所述电感充电电路、维持电路、第一充电电路、第二充电电路、第一放电电路及第二放电电路导通和断开。

2.如权利要求1所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述控制电路包括电流检测器、电压检测器及微处理器，微处理器输入端接待发送信号及使能信号，并产生控制信号分别控制所述控制开关，所述电流检测器与所述电感相连，用于检测所述电感的电流并将电流信号反馈至所述微处理器，所述电压检测器均与多个所述负载电容相连，用于检测每个负载电容的电压并将电压信号反馈至所述微处理器。

3.如权利要求2所述的多路快速数据发送器，其特征在于，还包括：负载加强电路，将所述负载电容正端维持在所述电源电压或地。

4.如权利要求3所述的多路快速数据发送器，其特征在于，还包括：电能回收电路，将所述电感正端和电源负端接地，所述电感负端与所述电源正端相连。

5.如权利要求4所述的多路快速数据发送器，其特征在于，还包括：能量补充电路，将所述电感正端和电源正端相连，电感负端接地，所述负载电容正端接所述电源正端或地。

6.如权利要求5所述的多路快速数据发送器，其特征在于，每一个所述负载电容的正端均连有两个并联的控制开关，一个控制开关连接所述电感的正端，另一个控制开关连接电感的负端。

7.如权利要求6所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述电感的正端和负端均连有两个并联的控制开关，所述电感正端的一个控制开关连接所述电源的正端，另一个控制开关接地，所述电感负端的一个控制开关连接所述电源的正端，另一个控制开关接地。

8.如权利要求7所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述负载电容为2个，分别为第一负载电容和第二负载电容。

9.如权利要求8所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述控制开关为8个，分别为第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第四控制开关、第五控制开关、第六控制开关、第七控制开关及第八控制开关，所述第一控制开关第一端及第三控制开关第一端连接所述电源正端，所述第一控制开关第二端连接第二控制开关第一端、第五控制开关第一端、第七控制开关第一端和电感正端，所述第二控制开关第二端接地，所述第三控制开关第二端接第四控制开关第一端、电感负端、第六控制开关第二端和第八控制开关第二端，所述第四控制开关第二端接地，所述第五控制开关第二端接第六控制开关第一端和第一负载电容正端，所述第七控制开关第二端接第八控制开关第一端和第二负载电容正端。

10.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述第一充电电路导通时，所述第二控制开关闭合，所述第六控制开关闭合或第八控制开关闭合或第六控制开关和第八控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，使所述第一负载电容和第二负载电容正极与电感负端相连，所述电感正端接地。

11.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述第一充电电路导通时，所述第一控制开关闭合，所述第六控制开关闭合或第八控制开关闭合或者第六控制开关和第八控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，使所述第一负载电容和第二负载电容正极与电感负端相连，所述电感正端接电源。

12.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述第二充电电路导通时，若所述第一负载电容为高电平，第二负载电容为低电平时，则所述第五控制开关和第八控制开关闭合，其余控制开关均断开；若所述第一负载电容为低电平，第二负载电容为高电平时，则所述第六控制开关和第七控制开关闭合，其余控制开关均断开。

13.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述维持电路导通时，所述第二控制开关及第四控制开关闭合，其余控制开关均断开，使所述电感正端和负端接地。

14.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述维持电路导通时，所述第一控制开关及第三控制开关闭合，其余控制开关均断开，使所述电感正端和负端接所述电源正端。

15.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述维持电路导通时，所述第五控制开关和第六控制开关或者第七控制开关和第八控制开关闭合，其余控制开关均断开，使所述电感正端和负端接所述第一负载电容或者第二负载电容的正端。

16.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述第一放电电路导通时，所述第四控制开关闭合，所述第五控制开关闭合或第七控制开关闭合或第五控制开关和第七控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，使所述电感正端接所述第一负载电容和第二负载电容的正端，所述电感的负端接地。

17.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述第一放电电路导通时，所述第三控制开关闭合，所述第五控制开关闭合或第七控制开关闭合或第五控制开关和第七控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，使所述电感正端接所述第一负载电容和第二负载电容的正端，所述电感的负端接电源的正端，所述电源的负端接地。

18.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述第二放电电路导通时，若所述第一负载电容为低电平，第二负载电容为高电平时，则所述第六控制开关和第七控制开关闭合；若所述第一负载电容为高电平，第二负载电容为低电平时，则所述第五控制开关和第八控制开关闭合，其余控制开关均断开。

19.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述负载加强电路导通使多个负载电容加强至电源电压时，所述第一控制开关闭合，所述第五控制开关闭合或第七控制开关闭合或第五控制开关和第七控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，或者使所述第三控制开关闭合，所述第六控制开关闭合或第八控制开关闭合或第六控制开关和第八控制开关同时闭合，其余控制开关均断开。

20.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述负载加强电路导通使多个负载电容加强至地时，所述第二控制开关闭合，所述第五控制开关闭合或第七控制开关闭合或第五控制开关闭和第七控制开关同时闭合，其余控制开关均断开，或者使所述第四控制开关闭合，所述第六控制开关闭合或第八控制开关闭合或第六控制开关和第八控制开关同时闭合，其余控制开关均断开。

21.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述电能回收电路导通时，所述第二控制开关及第三控制开关闭合，其余控制开关均断开。

22.如权利要求9所述的多路快速数据发送器，其特征在于，所述能量补充电路导通时，所述第一控制开关及第四控制开关闭合，其余控制开关均断开。

23.一种多路快速数据发送器的数据发送方法，采用如权利要求1至权利要求22中任一项所述的多路快速数据发送器进行数据发送，其特征在于，包括步骤：

步骤S1：当使能信号由低电平跳变为高电平时，控制电路控制控制开关使电感充电电路导通，对电感进行充电，直至所述电感电流达到预设电流值；

步骤S2：当步骤S1结束时，所述控制电路控制所述控制开关使维持电路导通，对所述电感电流进行保持；

步骤S3：待发送信号的位数与所述负载电容的个数相等，当所述待发送信号其中一位由低电平跳变为高电平时，所述控制电路控制所述控制开关使第一充电电路或第二充电电路或两者依次导通，由所述电源或者高电平的负载电容通过所述电感对低电平的负载电容进行无损高速充电，直至所述低电平的负载电容电压达到高电平，输出信号；或者，当待发送信号其中一位由高电平跳变为低电平时，所述控制电路控制所述控制开关使所述第一放电电路或第二放电电路或两者依次导通，使高电平的负载电容对地或对低电平的负载电容放电至低电平，输出信号；

步骤S4：当步骤S3结束时，所述控制电路控制所述控制开关使所述维持电路导通，对所述电感电流进行保持。

24.如权利要求23所述的多路快速数据发送器的数据发送方法，其特征在于，所述多路快速数据发送器包括负载加强电路；在步骤S4中，对所述电感电流进行保持的同时，所述负载加强电路导通，将达到高电平的负载电容正端加强至所述电源电压。

25.如权利要求23所述的多路快速数据发送器的数据发送方法，其特征在于，所述多路快速数据发送器包括负载加强电路；在步骤S4中，对所述电感电流进行保持的同时，所述负载加强电路导通，将放电至低电平的负载电容正端接地。

26.如权利要求23所述的多路快速数据发送器的数据发送方法，其特征在于，所述多路快速数据发送器包括能量补充电路；在步骤S4中，使所述电感正端和高电平的负载电容正端接所述电源电压正端，所述电感负端接地。

27.如权利要求23所述的多路快速数据发送器的数据发送方法，其特征在于，所述多路快速数据发送器包括能量补充电路；在步骤S4中，使所述电感正端接所述电源电压正端，所述电感负端和低电平的负载电容正端均接地。

28.如权利要求23所述的多路快速数据发送器的数据发送方法，其特征在于，所述多路快速数据发送器包括电能回收电路；在步骤S4结束后，还包括步骤S5，将所述电能回收电路导通，使所述电感正端和电源负端接地，所述电感负端与所述电源正端相连，将所述电感中的电能回收至所述电源，直至所述电感中电流减小到零。

29.如权利要求28所述的多路快速数据发送器的数据发送方法，其特征在于，在所述步骤S5结束后，还包括步骤S6，将所有控制开关断开，将所述多路快速数据发送器关断并高阻输出。