CN106461731B - 能量存储系统中通信和数据传输的功能的冗余 - Google Patents

能量存储系统中通信和数据传输的功能的冗余 Download PDF

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Abstract

能量存储系统包括：主机；能量存储模块；多个节点，每个在能量存储模块中的对应的一个能量存储模块处被实施并被配置为监测并控制那个能量存储模块；通信和数据传输介质，形成从主机的第一部分顺序地通过节点到主机的第二部分的环；并且在节点的每个节点中，第一装置和第二装置被配置为使用通信和数据传输介质来执行至少部分冗余通信和数据传输功能。

Description

能量存储系统中通信和数据传输的功能的冗余
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年4月2日提交的序列号为61/974,225名称为“Frequencymultiplexed battery communications”的美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
存在多种类型能量存储系统。例如，一些系统在可再充电电解池中存储电能。能够期望对能量存储系统的元件的一定水平的控制以确保安全和有效的操作。
发明内容
在第一方面中，能量存储系统包括：主机；能量存储模块；多个节点，每个节点在能量存储模块中的对应的一个能量存储模块处被实施并被配置为监测和控制那个能量存储模块；通信和数据传输介质，形成从主机的第一部分顺序地通过节点到主机的第二部分的环；并且在每个节点中，第一和第二装置，被配置为使用通信和数据传输介质来执行至少部分冗余通信和数据传输功能。
实施方式可以包括下列特征中的任意或全部。第一和第二装置执行完全冗余通信和数据传输功能。通过第二装置执行的通信和数据传输功能与通过第一装置执行的通信和数据传输功能相比具有降低的精确性。第一和第二装置在节点上执行完全冗余监测或测量功能。通信和数据传输介质由两个物理导体组成，并且其中通信和数据传输在具有不同数据方案的两个物理导体之上执行。通信和数据传输介质和节点中的每个节点通过变压器耦合和无源频分复用连接到彼此。无源频分复用通过无源交叉电路执行，无源交叉电路包括具有到第一装置的RL电路的低通臂部和具有到第二装置的RC电路的高通臂部，其中，变压器耦合包括通信和数据传输介质与无源交叉电路之间的磁变压器。无源交叉电路进一步包括在RL和RC电路中的每个上的相应的次级低通滤波器路径，每个次级低通滤波器路径包括串联电阻器和旁路电容器。能量存储系统进一步包括在高通臂部的次级低通滤波器路径中的RC高通滤波器。节点包括其中执行第一和第二装置的至少一个集成电路，其中RL和RC电路和次级低通滤波器路径被定位在至少一个集成电路之外，并且其中RC高通滤波器是至少一个集成电路的一部分。频移键控信号至少在高通臂部中传输，其中节点包括被配置为在频移键控信号的分量之间鉴别的频率鉴别电路，其中频率鉴别电路形成包括至少两个单采样延迟寄存器和具有第一加法器的反馈环的数据路径，并且其中频移键控信号通过定位在两个单采样延迟寄存器之间的第二加法器而被添加到数据路径。频率鉴别电路包括数据路径中的逻辑非，其中频移键控信号使用二的补符号表示来表示，在补符号表示中，信号(x)的算术逻辑非由-x＝NOT(x)+1产生，并且其中频率鉴别电路在执行逻辑非时省略+1运算。频率鉴别电路具有由增益框中的常数k限定的响应频率，使得k＝0将响应频率居中在频移键控信号的采样频率的四分之一处。针对频率鉴别电路的常数k被选择为+/-2q，其中q是整数，其中，频率鉴别电路具有实施表示增益框的移位的布线连接的改变。对于负值的常数k，频率鉴别电路包括在反馈环中的加法器之后的逻辑非运算。频率鉴别电路包括范数检测器框，所述范数检测器框产生表示通过频率鉴别电路的能量积累的输出，其中当输出超过阈值时，频率鉴别电路重置单采样延迟寄存器。第一加法器和第二加法器中的每一个加法器均具有带符号的溢出检测，其中，频率鉴别电路执行通过由从第一和第二加法器的相应的溢出信号的逻辑或组合的阈值检测。频率鉴别电路包括被配置为将频率鉴别脉冲流锁存的锁存框、累加器寄存器组和ALU，其中，锁存框针对累加器寄存器组和ALU产生(i)对于输入值1为真、对于输入值-1为假并且对于输入值0为假的方向信号，(ii)如果1或-1出现则为真、0则其它的递增递减信号。第一和第二装置接收相应的第一和第二信号分量，其中，节点包括用于检测信号能量的转换的至少一个边缘检测器，边缘检测器被配置为在具有值为-1或1的双极、矩形脉冲响应的脉冲密度流上执行卷积，以使得卷积涉及有条件的符号改变运算。
在第二方面中，能量存储系统包括：主机；多个能量存储模块；多个节点，每个节点在能量存储模块中的对应的一个能量存储模块处被实施并且被配置为监测并控制那个能量存储模块；通信和数据传输介质，形成从主机的第一部分顺序地通过每个节点到主机的第二部分的环；在每个节点中，用于使用通信和数据传输介质执行至少部分冗余通信和数据传输功能的装置。
在第三方面中，在能量存储系统中的通信和传输数据的方法包括：在能量存储系统中，产生从主机到多个节点中的每一个节点的信号，节点中的每个节点在能量存储模块中的对应的一个能量存储模块处被实施并被配置为监测和控制那个能量存储模块，信号通过通信和数据传输介质而被接收，所述通信和数据传输介质形成从主机的第一部分顺序地通过每个节点到主机的第二部分的环；将信号的第一部分引导至节点中的第一装置；将信号的第二部分引导至节点中的第二装置；通过第一装置并基于第一部分来执行通信或数据传输的第一功能；通过第二装置并基于第二部分来执行通信或数据传输的第二功能，第一和第二功能至少部分地冗余。
实施方式可以包括以下特征中的任意或全部。方法进一步包括将主机配置为仅以环中的顺时针方向将信号发送至以顺时针方向设置在通信和数据传输介质的特定段之前的任意节点，并且仅以在环中的逆时针方向将信号发送至以逆时针方向设置在特定段之前的任意节点，其中，节点中的每个节点被配置为仅以顺时针或逆时针方向做出响应，信号按照逆时针或顺时针方向到达节点。每个节点被配置为在通信和数据传输介质中以顺时针和逆时针方向传输对来自主机的信号的相同的响应。主机基于具有曼彻斯特编码的频移键控使用信号方案，方法包括将具有由节点中的每个节点中的编码器识别的同步序列的有效信号优先，并且将具有从不出现在有效信号内的非法模式的同步序列优先。节点包括对信号x和y执行频率鉴别的滤波器，方法进一步包括确定近似的信号能量为|x|+|y|或为Max(|x|，|y|)，并且将近似的信号能量与阈值进行比较。近似信号能量被确定为Max(|x|，|y|)，并且其中阈值被设置为需要一个与节点中的数据总线的宽度相比附加位来表示的数，方法进一步包括检测近似信号能量将要达到阈值，并在产生等于阈值的近似信号能量之前丢弃一个附加位。方法进一步包括在每个节点中执行边缘检测以用于检测信号能量的转换。边缘检测包括在脉冲密度流上的卷积，方法进一步包括对脉冲密度流进行下采样，以使得输出样本以卷积核率的固定数量的倍数而产生。边缘检测中的累加的一个循环以在累加的循环期间最多一个输入脉冲到达的这样的速率来执行。正脉冲在累加的循环期间到达，方法进一步包括针对累加的下一循环将正脉冲锁存，并且之后从累加器寄存器添加或减去正脉冲，除非负脉冲也在累加的循环期间到达，在这种情况下方法进一步包括取消正输入脉冲。
附图说明
图1示出能量存储中的通信系统的示例。
图2示出具有可以在图1的通信系统中的子节点中使用的节点结构的示例。
图3示出用于图2的节点结构的逻辑节点连接的示例。
图4示出可以与图2的节点一起使用的变压器和交叉网络的示例。
图5示出可以用在图4的交叉网络中的接收器信号路径的示例。
图6示出可以用在图2的任意子节点中的数字信号处理元件的示例。
图7A示出可以用于图2的任意子节点中的频率鉴别的滤波框的示例。
图7B示出呈现图7A的滤波器框中的实体的图表的示例。
图8示出可以用于图2的任意子节点中的频率鉴别的另一滤波器框的示例。
图9示出滤波器框和重置信号的示例。
图10概念性地示出下采样卷积的积分和清除(integrate-and-dump)的示例。
图11示出用于边缘检测器的卷积操作的示例。
图12A示出可以与图2的任意子节点的数据路径中的边缘检测一起使用的锁存框的示例。
图12B示出可以与图2的任意子节点的数据路径中的边缘检测一起使用的累加器寄存器组、ALU和比较框的示例。
图12C示出可以与图2的任意子节点的数据路径中的边缘检测使用的计时逻辑的示例。
具体实施方式
本文献描述在能量存储系统(诸如锂离子电池单元的电池组)的通信和数据传输中的冗余功能性能的示例。分布式电池监测系统可以使用电池中的相邻通信节点中的仅两个电导体来体现关于所有通信和数据传输功能的至少部分功能冗余。在一些实施方式中，两个独立的分开的通信方案共享环形拓扑的同一电流隔离的(galvanically isolated)通信介质，其可以在节点处物理地分段。每个方案关于每个介质段是双向的，以允许数据绕着环形以任意路径(或两个路径)路由。这可以降低或消除在通信介质的任意段处的中断的影响。
一些或全部节点可以具有分配有相应的方案的物理上分开且功能上冗余的装置，其可以降低或消除这种装置的中断或毁坏的影响。在一些实施方式中，冗余的装置可以具有某种程度上不同的功能。例如，第一装置可以具有与第二装置相似的测量功能，但是第一装置中的那些功能可以具有降低的精确性规格或要求。这可以诸如在电动车辆的传动系统内提供能量存储系统的故障容差和可靠操作，同时最小化附加成本。作为另一示例，当目标是仅提供在给定失效情境中必须的数据时，装置可以具有完全不同的功能，以便实现期望水平的系统功能。
图1示出能量存储110的通信系统100的示例。在特定上下文中，能量存储是被设计和实施用于提供能量和/或被提供能量的单元。能量存储可以被安装作为车辆中的该(或一个)能量源，诸如以电动车辆中的电池组形式，或其可以用作与电力源(例如，太阳能电池板)组合的电能的固定存储，仅举两个示例。
通信系统100包括主机120，主机120不时与多个节点中的任意节点或全部节点通信接合，以诸如监测它们的状态或从它们收集数据。主机可以以软件、固件或硬件或其组合实施。例如，主机可以包括用于使用多个方案以与节点通信并与它们交换数据传输的可执行指令。
通信系统100包括多个节点130。这里，节点被标记为N1到Nn，其中n等于或大于2。从网络视角，主机120也可以被视为节点，因为其与总线上的其它实体通信并且被它们识别。然而，为了清楚，将在本描述中遵循上述术语。
节点中的每个与能量存储110中的特定能量存储模块140相关联地实施。即，节点控制相关联的能量存储模块的操作并且可以监测其操作和其它特性。节点可以以软件、固件或硬件或其组合而实施。例如，节点可以包括用于使用多个方案来与主机通信并与其交换数据传输的可执行指令。
在一些实施方式中，分配有节点的能量存储模块为能量存储110中的物理上隔离的单元。例如，模块为包含彼此电连接的锂离子电池单池的壳体，其中，壳体具有在其外部用于对电池单池充电或放电的电触点。
通信系统100包括将节点对130连接到彼此而成为连续的串的通信介质150，并且串的端部连接到主机。这为通信系统100提供具有环形拓扑的环的形式。介质被用于传输在任意方向(即，顺时针或逆时针)通过整个环或通过其一部分而传播的信号。介质可以由以足够保真度(fidelity)传输信号的任意材料制成，以使得其可以由系统中的意图接收方检测到。例如，当电信号将被传输时，介质应该包括导电材料。
也就是说，通信系统100可以被实施为使得关于安全操作、适当的监测和有效能量管理来控制多个能量存储模块中的每个。例如，主机和节点被配置为在彼此之间通信和传输数据。通信系统促使由主机从节点收集数据，并且促使从主机到每个节点的信号的传输以启用或停用在节点中可执行的任意功能以及对这种信号的响应的传输。在一些实施方式中，通信系统被配置为使得所有的数据传递通过来自主机的命令或请求而启动，其可以简化协议并消除对于总线仲裁方案需要。
在一些实施方式中，主机收集关于涉及网络上的每个节点的通信、和/或跨通信介质的每个段的数据通信的成功和失败的统计。这可以允许主机选择其行为以避免使用其怀疑的间歇或错误操作的任意段。在一些实施方式中，主机可以在网络上偶尔传输数据或询问网络的完整性。例如，传输的程序包可以绕着环路由直到其返回到达主机，和/或分组可以对节点发出指令以自主地开始顺序的段的测试。这些和其它功能可以辅助主机以逐个段为基础来确定的网络的完整性，从而有利于尝试隔离网络中的故障。
上面提及了能量存储110和能量存储模块140以为通信系统的示例提供说明性的内容。为了简单，说明性示例的这些和一些其它方面将不在下面的说明中明确地示出。并且，连接到环形拓扑的网络中的主机和节点可以具有关于彼此不同的空间关系。这样，各种元件的不同的布局模式或叠加模式可以被使用，仅举一些示例。
图2示出具有可以在图1的通信系统中的子节点中使用的节点结构的示例。分别标记为Nk-i和Nk的两个节点被示出在该示例中，其中k为从1到n的数字，n为在特定实施方式中的节点的总数。即，该示例涉及环形拓扑中任意地方处的任意节点对130。如之前提及的，两个节点通过通信介质的段连接，段这里标记为Mk。
节点中的每个具有监测或测量装置，这里分别标记为P(主子节点)和S(次子节点)。在该实例中，针对每个节点示出两个子节点，但是可以使用多于两个子节点。这种装置将基于通过使用两个或多个通信方案的介质的信号关于至少通信和数据传输执行冗余功能。子节点可以在节点中物理上彼此分离。在当前示例中，与主子节点相比，在次子节点中已经牺牲了一些性能方面，因此，以P和S标记。然而，在其它实施方式中，这些装置可以在功能方面相同并因此完全冗余。
现在转到介质段Mk，这以及引导到相应的子节点P和S的双箭头对对应于图1中的通信介质150的特定段。这些介质段促使使用一个通信方案在所有P子节点和主机之间的通信，并且它们也促使使用另一通信方案在所有S子节点和主机之间的通信。
被用在通信系统的环形总线上的每个通信方案提供在面对特定介质段的失效时也将信息分组成功传输到给定节点的能力。这为介质中的单点(single point)故障提供容差。在一些实施方式中，方案以也在面对仅间歇故障的介质段时以此方式操作，其可以进一步增加系统的可靠性。
被标记为X的元件被设置在介质段Mk和引导至相应的子节点的双箭头对之间。即，节点中的每个(在本示例中Nk-1和Nk)具有两个元件X，其允许(至少)两个通信方案共享具有最小干扰的同一段通信介质。在一些实施方式中，元件X包括无源元件，诸如电阻器、电容器、电感和变压器。例如，这可以提供花费、稳健性和/或可靠性方面的优势。然而，在其它实施方式中，元件X相反地或额外地可以包括有源元件。
在通信系统的一些实施方式中使用无源频分复用。这可以使得冗余对(这里，子节点)的两个装置能够在同一段通信介质上同时操作并且完全忽略彼此的操作状态。在某种程度上不同地陈述，任意装置的故障中断其功能上冗余的另一半的操作的风险可以被最小化。另外，无源多路复用并不限于两倍冗余子网络，而是可以被应用到任意数量的冗余子网络。这允许多于两个子节点访问通信介质而不互相干扰。
在频分复用实施方式中，元件X可以用来在频域中对信号进行滤波，使得一个频带中的信号被允许从一个子节点P传播到另一子节点P，同时基本上防止这些信号传播到子节点S。另一方面，另一频带中的信号被允许以相反的方式传播，从子节点S到S，并防止到达P。在示图中，这通过将元件X与相应的子节点P和S连接的双箭头表示。
在一些实施方式中，频带被选择以使得它们中的一个名义上(nominally)包括0Hz，直流(DC)信号。这使得那个带通过使用低通滤波器而被容易地选择并且通过使用高通滤波器而排除。作为关于信号传输的示例，在这种滤波之后，两个信号带被组合并且连接到允许跨电流隔离屏障的信号传输而基本上没有在频率上的选择性的元件。各种合适类型元件中的任意元件可以被用于该目的，包括但不限于磁变压器、DC阻断电容器、声学耦合器或跨电绝缘构件传输并接收信号的另一装置。
图3示出用于图2的节点结构的逻辑节点连接的示例。该示例对应于之前的示图，除了示出指示逻辑数据流的箭头300。因此，上面讨论的介质段、元件X和表示物理信号流的双箭头在这里以虚线示出。
元件X允许通信系统有效地分解到分开的、互相可操作的子系统，在这些示例中，两个这种子系统。当元件X正确操作时，来自任意介质段上的一种方案(例如，针对P子节点)的通信信号的存在将对来自同一段上另一种方案(例如，针对S子节点)的信号的传输、传播或接收没有影响。也就是说，一方面，这里箭头300表示相应的子节点P和主机之间的逻辑数据流，另一方面，表示相应的子节点S和主机之间的逻辑数据流。
这些逻辑数据流可以对应于关于在通信系统的各个部件中执行的多种类型操作中的任意操作的信号。首先，通信在主机和节点之间交换，诸如执行状态检查和/或控制节点操作。这些通信的冗余版本然后被相应的子节点P和S接收或从相应的子节点P和S发送，并且在该示例中由箭头300表示。类似地，数据可以在主机和相应的子节点之间传输，箭头300也表示这种传输。例如，这种数据的冗余版本响应于来自主机的信息请求而由特定节点的子节点产生。可以由相应的子节点部分或完全冗余地执行的其它功能，包括但不限于监测功能(例如，节点确定其能量存储模块是否正在适当地操作)以及测量功能(例如，节点测量其能量存储模块的某种操作特性)。
此外，由于通信系统的环形拓扑，任意一个段(例如，Mk)的移除将不会完全地将任意子节点与主机断开。相反，根据具体情况，对于在环中顺时针或逆时针行进的信号，从该节点到主机的路径将仍完整。另一益处是任意给定子节点的故障或损失将最多影响那个子节点，并且只要元件X正在运行，将不会中断来自该主机的另一子节点的通信。在一些实施方式中，对于由元件X执行的功能特定的要求是子节点的故障或损失不中断到同一节点的其它子节点的通信流。
为了总体上讨论通信操作，到其正确的功能依赖于通信系统的物理拓扑的程度，它们应该服从以在网络中的任意点处终止通信介质。例如，系统可以包含导致特定节点从一个状态改变到另一状态的命令。一些实施方式被配置为使得当那个命令的接收可能不确定时，防止系统发送命令。这是因为当节点对于已经接收到命令并不明确已知时，那么那个节点的状态也将变为未知。
作为示例将提及基于其物理位置的到串联连接节点的顺续地址分配。在一些实施方式中，主机通过向第一节点(例如，向图1中的N0或Nn)传输包含地址和“存活时间(time tolive)”数的分组来执行这种地址分配。那个节点为其本身分配分组的地址，增加地址并减少“存活时间”数。如果缩减的“存活时间”数为0，则节点将不向任意其它节点传输分组。否则，节点传输修改的分组。即，如果主机可以确定介质段处于可操作性的未知状态，则主机可以避免传输如下的地址分组，这些地址分组对分组从其起始的段的相对侧上的节点具有任何影响。这允许主机通过避免使用那个段而保持完全确定的地址分配。该地址分配操作的讨论仅出于说明性目的，将节点仅瞄准到通信系统的环形拓扑的特定位置的能力总体上对于数据传输是有用的。
以上要求可以以其它方式满足。例如，可以使用基于节点的二进制状态的数据分组的有条件的(conditional)重新传输。这种状态可以通过分开的数据分组的接收而被改变，或通过待被重新传输的数据分组的接收而被自动地改变。作为另一示例，来自节点的确认响应(acknowledge response)可以被用于验证数据分组的正确接收。
通信系统还限定环形总线上的节点根据通信方案对主机做出响应的特定方式。例如，其可以被指定为节点必须以一种方式对数据请求做出响应以使得响应将到达发出请求的节点(这里为主机)。因此，假定主机可以避免跨间歇或故障的段来传输数据，那么节点可以在请求来自的相对方向上将其响应发送返回。然而，可以具有多于一个段间歇的示例或对于主机来说确定哪个段间歇不实际的示例。在这种情形下，对于做出响应的节点来说在环的两个方向上传输相同信息可能是有利的。为了清楚，来自节点的响应消息的该传输实际上涉及至少两个消息(来自执行通信操作的每个冗余装置的一个消息)的传输。这样，根据具体情况，节点可以在相对方向上发送多个响应消息，或在环的每个方向上发送多个消息。
鉴于以上示例，可以看出能量存储系统可以包括：主机、能量存储模块、多个节点以及通信和数据传输介质。每个节点可以在能量存储模块中的对应的一个处被实施并被配置为监测和控制那个能量存储模块。介质可以从主机的第一部分顺序地通过节点到主机的第二部分而形成环。在节点中的每个节点中，第一和第二装置被配置为使用通信和数据传输介质来执行至少部分冗余通信和数据传输功能。
图4示出可以与图2的节点结构一起使用的交叉网络402的变压器400的示例。用作将节点结合到彼此的通信介质的段的两个导体404被连接到变压器。在一些实施方式中，导体在这里是其较近端附接到变压器400的端子的一对绞合线。此外，导体的远端将附接到另一导体或主机的端子。例如，差分数据方案可以将数据编码为导体之间的电压差或电流差。
然后，变压器400执行物体导体404和交叉网络402之间的耦合。交叉网络进而至少形成到子节点406A的低通臂部402A和到子节点406B的高通臂部402B。在一些实施方式中，多于两个的多个臂部和装置可以用在每个节点中。子节点406A-B这里表示部分地或完全执行那个节点中的冗余功能的两个装置。
低通臂部402A包括形成电阻-电感(RL)电路的电阻和电感。RL电路的滤波器特性对应于具有特定转换频率的低通滤波器。类似地，高通臂部402B包括形成电阻-电容(RC)电路的电阻和电容，RC电路具有带有特定转换频率的高通滤波器的滤波器特性。当这种装置被使用时，对于低通臂部和高通臂部中的哪个连接到主子节点或次子节点没有限制。相反，每个子节点使用对于可用于交叉网络的对应臂部的频率传输窗口合适的通信方案。
RL和RC电路的特性可以基于特定实施方式而被设计。然而，在一些实施方式中，元件被选择为使得这些电路具有基本上相同的转换频率。然后，远在转换频率之下的信号将主要被路由到低通臂部中，远在转换频率之上的信号将主要被路由到高通臂部中。靠近转换频率的信号将在两个臂部之间成比例地分离，该比例反应那个频率处的滤波器电导的比率。在具有基本上相同转换频率、以及特别是具有基本上相同电阻的实施方式中，放置在变压器上的负载将基本上是频率独立的。例如，这在变压器用于将该有效恒定负载匹配到传输介质段的特性阻抗的情况下可能是有利的。特别地，这种匹配将促使传输介质中的电反射抑制。
示出的交叉网络402具有在信号发送器和用于低通和高通臂部两者的通信介质段之间串联的电阻器，因此用作串联的终端电阻器。另外，在一些实施方式中，在低通臂部402A上传输的信号基本上没有DC信号功率分量。该布置可以抑制介质上的反射并且还限制可能在变压器中通过由发送器产生的任意DC电压而导致的最大电流。例如，这种电压可能是连续的并且是无意地产生的，或者是有意地产生的并具有短暂持续时间。在一些实施方式中，可用于发送器的电阻和驱动电压被选择以选择小于变压器饱和电流的最大电流。这可以消除变压器的磁饱和的可能性并且因此帮助满足给定子节点的故障不应该中断其它子节点的通信的这一要求。
可以使用除了单极RL-RC交叉的其它无源网络，包括但不限于表面和体声波滤波器、传输线滤波器、介电谐振器、微机电系统滤波器等。
图5示出可以用在图4的交叉网络中的接收器信号路径的示例。通过示出的串联端接，辅助连接500和502可以被用于检测接收的信号电压。尽管对于电流敏感的信号接收器可以被用于检测通过交叉网络传导的电流信号，但与电压敏感的接收器相比，这种接收器可能不太容易获得、并且不太方便。这样，辅助连接500和502可以形成次级路径以将信号电压传导到子节点中的相应的电压敏感的接收器504A-B。例如，这种路径可以传导与传导的信号电流成比例的、具有通过终端电阻器设定的比例常数的信号电压。
在示出的示例中，辅助连接中的每个具有由并联连容器跟随的串联电阻器，以便形成RC低通滤波器。这可以增加系统的用于拒绝高频率干扰的能力。对于低通臂部，该RC接收滤波器的频率可以被设定为靠近或低于交叉网络的转换频率，这可以帮助拒绝从高通臂部泄露到低通臂部的任意信号。
此外，对于高通臂部，RC滤波器的截断频率应该被设定的足够高，以传导由对应的传输方案产生以实现可靠接收的信号功率的充足部分。在一些实施方式中，额外的RC高通滤波506可以用在高通臂部的接收信号路径中。例如，这可以帮助拒绝从低通臂部泄露到高通臂部的低频率信号。这种高通滤波器可以具有靠近交叉网络的转换频率的截断频率。
以上描述中的一些关注于接收器信号路径。子节点还包括发送器路径，发送器路径用作从自子节点产生输出信号，用于通过主机或另一节点接收。此外，主机将具有合适的接收器和发送器组件，其在一些实施方式中类似于子节点的那些。特别地，主机可以具有到总线的相应的端的连接的两个分开的点，并且可以选择这些中的任意一个以用于传输，以便在环中以顺时针或逆时针产生信号。
本文描述的电路可以取决于应用的特性以多种合适方式中的任意方式来实施。在一些实施方式中，子节点是集成电路，与包括P子节点的一个集成电路和包括S子节点的另一集成电路分开，或者一个集成电路可以包括两个(或多个)子节点。在这种实施方式中，低通滤波器级和终端电阻器可以位于集成电路之外，并且任意高通滤波可以位于集成电路内。例如，这从芯片封装和静电放电视角可能是有利的。此外，到接地或到用于封装添加的相邻引脚的任意寄生电容可以通过设计而被包括在低通滤波器的旁路电容器(shuntcapacitor)。从静电放电视角，将串联电阻元件包含到引导到集成电路的每个电路路径中可以帮助保护电路免于放电感应电流。作为另一示例，其可以允许设置在电路的变压器关联部分和局部接地之间的电压钳位装置，以通过增加沿着引导到集成电路的敏感路径观察的阻抗来共享任意放电电流的较大部分。可以使用组件在集成电路内与外的其它分配。
尽管信号失真无论其在系统的哪里发生都可能是问题，但是可能在滤波器网络的高通臂部中保持无失真信号更难，这是由于其通信方案所需要的较高信号频率。例如，该臂部的高通和低通响应，与针对高频率处的通信介质段中的信号反射的额外电势相组合，可能导致元件频率的显著幅度改变和相移。
因此可以使用对相移和频率依赖的幅度改变基本上不敏感的信号方案。在一些实施方式中，可以使用频移键监测(FSK)方案，其中具有远低于FSK载波的较低载波的频率的频率组成的信号被用于调制两个FSK载波中的每个的传输的部分。例如，这种方案可以具有二进制数据流形式的信号，以使得完整地一个载波或完整地另一载波被传输。
在一些实施方式中，曼彻斯特(Manchester)编码被用于产生待被传输的二进制数据流。例如，这可以允许有效信号的合理地简单检测和无效信号的拒绝。在当前的曼彻斯特编码中，有效信号可以通过总是可以由解码器检测到的特殊同步序列而被优先(preceded)。该同步序列可以用作通过提供已知模式来初始化解码器的计时电路。作为另一示例，有效模式可以通过无效模式(即，从不出现在有效分组中的模式)而被有意地优先，以便万一噪音事件已经导致其开始错误地解码而将解码器重新初始化到相应的状态。因为曼彻斯特编码包括嵌入式时钟并且可以在接收器中不极大地需要计时稳定性的情况下而被接收，这种通信方案也可以提供对其计时参数不精确或已经被改变的信号的稳健解码。这样，传输方案可以容许时钟误差。
在一些实施方式中，FSK调制的曼彻斯特编码的选择可以最小化由传输方案驱动的硬件要求。假设在给定时间处传输的信号频率为在那个时到达接收器的信号的最强频率分量，FSK方案将不受多种形式的失真的影响。例如，这可以允许不用在信号路径的线性上设置过多限制的情况下选择接收器。
图6示出可以用在图2的任意子节点中的数字信号处理元件600的示例。总体上，数字信号处理元件600形成数字转换器(quantizer)级602、频率鉴别级604、边缘检测级606和数据解码级608。因为高通臂部可以特别地容易受到失真的影响，因此元件600将被描述为在那个臂部上实施。然而，类似的或相同的方案可以用于低通臂部。
数字转换器级602可以形成接收器的第一级。在一些实施方式中，过零检测器可以被使用，其可以相等地被称为1-位数字转换器。例如，这种数字转换器相对简单并且因此将花费极少。此外，当数字转换器为整个接收器设计中的仅有的模拟电路时，接收器的功率消耗要求可以保持较低。相对而言，数字转换器可以由从信号中提取数据的一系列数字信号处理单元跟随。
在操作中，1-位数字转换器被计时以在多个接收到的信号频率的某些倍数处产生一系列二进制样本。在一些实施方式中，接收到的信号在大约四倍平均信号频率处被采样，以例如最小化花费和设计复杂性。这还可以提供数字信号处理逻辑的其它有用的简化，如将在下面所描述的。
这里，频率鉴别级604产生表示在两个带中接收到的信号功率的两个信号，两个带中的每一个居中在两个FSK载波频率中的一个上。
边缘检测级606进而在一段时间上累加包含在这些带内功率信号的信息，以检测接收到的信号功率从一个频率带转换到另一频率带，或反之亦然。根据曼彻斯特编码，所接收的信号从一个带到另一个带的转换对应于传输的数据流的数字转换。这里，边缘检测级产生两个输出，一个从第一FSK载波到第二FSK载波的编码转换，另一个从第二载波到第一载波的编码转换。
数据解码级608最后可以应用通用形式的状态机以及基于计时器的逻辑，以对曼彻斯特编码进行解码并产生对应于传输的数据的数据流。在一些实施方式中，进行合适的变型以接收由频率鉴别级产生的信号的形式。例如，这可以涉及边缘检测，而不是如通常在串联接收器中完成的逻辑水平检测。
图7A示出可以用于图2中的任意子节点的频率鉴别的滤波器框700的示例。标记z-1的寄存器表示信号的单采样延迟。这可以实施为顺序逻辑元件，例如触发器(flip-flop)。加法器被标记有求和符号。例如，加法器可以为有限算术精度的二的补二进制加法器。该框可以提供具有未衰减的、正弦脉冲响应的无限脉冲响应。这样，其可以通过限定滤波器的响应频率的常数k为特征。例如，当k＝0时，滤波器响应被居中在采样频率的四分之一处。为此，采样频率可以被选择为四倍信号频率。
滤波框700提供对于给定的样本处理速度频率来说降低的逻辑元件速度要求。例如，滤波器使用具有有限位宽的信号的定点二进制表示。滤波器不进行用以保持接收的信号元件的相位的特定尝试，因为幅度可能被认为更重要。这样，滤波器可以在可变的周期内对信号进行积分直到足够的信号能量已经被累加以跨过阈值，并当该事件发生时产生离散输出。作为另一示例，滤波的频率响应可以被选择以最小化硬件复杂性，而不是为了实现特定频率响应。传输的信号然后将被调整至选择的滤波频率。
信号702被馈送到滤波框中。例如，这可以为填补到数据总线的宽度的1-位宽数据流的形式。滤波器框具有作为滤波器中的反馈环的一部分的加法器704。然而，信号不使用那个加法器而被增加到数据路径中的值。相反，加法器706被设置在两个延迟寄存器之间。即，因为实数数字加法器在没有额外复杂性的情况下不自动接收多于两个输入，所以信号注入的该位置简化存在于任意两个寄存器之间的逻辑。此外，因为同步数字电路的最终速度--或等价地对于实现给定目标速度所必须的工程学设计和处理开销的量--依赖于顺序寄存器级之间的最长延迟，所以该方法促进使用便宜逻辑来获得合理速度的设计目标。
此外，信号被表示在通过值0和1(而不是例如值-1和1)的系统的选择的二的补信号表示。例如，这可以消除将对于扩展1-位宽数据到m-位宽数据总线所必需的信号扩展步骤。该表示需要DC偏移到信号的有效加法。然而，对DC信号的滤波器响应为恒定输出，然而其对所选择的频率的信号的响应为相同选择的频率的恒定上升的正弦波。因此，与选择的频率不同，偏移不被积分并且可以通过对跟随滤波器环的检测器阈值的合适的选择而被补偿。作为另一示例，足够的小偏移可以被忽略。
在该示例中，在将其应用到第一延迟寄存器之前对第二延迟寄存器的输出的非运算由逻辑补而替代。二的补算术中的信号x的算术逻辑非通常由运算-x＝NOT(x)+1产生。然而，在一些实施方式中，运算+1被省略，其可以允许整个计算昂贵的进位链从设计中移除。类似于以上示例，这可以将DC偏移有效地添加到系统，这一次添加到滤波器的非扰动输出。这种偏差可以被补偿或忽略。
再一次参考常数k，其值可以被选择以具有+/-2q形式，其中q是整数。对于靠近采样频率的四分之一的滤波器频率，k值小于1。以这种方式选择k可以允许增益框k被实现为简单的位-移位。在诸如这一种的位-并行数据路径中，位-移位可以实施为布线连接的简单改变。此外，如果k被选择为使得q是负整数，则该位移位可以在被移位的值的最高位不被截断的情况下被实现。
现在转到图7B，其示出显示图7A的滤波器框中的实体750的图的示例。特别地，输入信号的带内分量通过与由每个寄存器的输出形成的反馈路径相结合作用的延迟寄存器而在多个样本上被积分。这导致积分的信号的带内分量的幅度增加，例如如通过叠加的踪迹752和754表示。笛卡尔范数检测器708(图7A)产生也随着踪迹752-54增加的输出756。两个信号x和y的笛卡尔范数可以被定义为平方根sqrt(x2+y2)，这也为笛卡尔平面中的矢量(x,y)的长度。通过滤波器累加的信号能量可以适当地计算为sqrt(x2+kxy+y2)。在笛卡尔范数不是信号能量的数字上正确表示时，该误差在应用中可能是可以忽略的。
阈值758被限定。当大约表示累加的能量的输出756穿过该阈值时，延迟寄存器的内容可以被设定为0。这里，那个事件由重置信号760表示，重置信号760使得滤波器被设置到可重复的初始状态。在图7A中，重置信号被标记r。此后，处理可以再次开始。此外，重置信号启动时的速率大约与输入信号幅度成比例，并且因此重置信号可以被处理为由滤波器选择的输入带中的近似信号功率的脉冲密度调制表示。
针对负的k值数据路径可以稍微改变。图8示出可以用于图2的任意子节点中的频率鉴别的另一滤波器框800的示例。类似于前面的描述，k值的实际实现仍为位移位，其并不对值取非运算。然而，之前用于大约在馈送返回第一寄存器之前对第二寄存器的输出取非的数字补运算现在在k框的输出与第二寄存器输出的求和之后应用。在该附图和图7A中，k框已经由>>符号替代以表示右侧移位。在其它方面中，滤波器框800具有与上面描述的滤波器框类似的组件。
为了示出简化的另一示例，可以注意到，关于使用笛卡尔范数以计算(与kxy成比例的)存储在滤波器中的积分的功率所讨论的误差是周期性的并在当x或y为0时的那些时间消失。对小输入信号的滤波器响应的分析示出速率ω0-ωs时两个寄存器之间旋转的信号能量，其中ω0为滤波器中心频率并且ωs＝fs/4为采样频率的四分之一。该“旋进(precession)”导致信号能量偶尔几乎完全出现在一个延迟寄存器或另一延迟寄存器中。在这些时间期间，信号能量的完美表示不仅为sqrt(x2+y2)，而且也为|x|+|y|，甚至为Max(|x|,|y|)。当系统保证信号旋进足够快地发生时，其可以连续地计算函数|x|+|y|或Max(|x|,|y|)，并且在该值上执行阈值比较代替sqrt(x2+y2)。即，系统可以在数字上正确信号能量将触发其时的时间之后立刻触发其重置信号，通过其延迟与1/(ω0-ωs)成比例。
因此，在一些实施方式中，Max(|x|,|y|)被选择为积分的信号能量的近似的表示，小的负数被选择用于q以设置k使得1/(ωo-ωs)较小，并且与Max(|x|,|y|)相比较的阈值被设置为具有近似形式2*的常数。当逻辑的总线宽度为m位时，m通常不需要超过t，因为没有较高精确度的数字需要被表示，除了在Max(|x|,|y|)事实上超过2t的样本周期期间。例如，当选择大于或等于16的阈值时，系统不需要使用数据总线中的多于四位的精度。仅在x或y超过15的样本上另一精度位将是必须的。然而，在该时间点，系统接近重置延迟寄存器，所以其不需要保持如实地表示数字16所必须的额外位。相反，当系统检测到数字16何时将被产生时，其实际上可以在产生第五位其之前将其丢弃。
在一些实施方式中，存在检测该发生的适当方式，因为具有带符号溢出检测的加法器硬件被用于实施滤波器的求和框。当这种加法器溢出时，这表示总和超过2m-1-1(或小于2m-1)，其中，m是加法器输入宽度。当检测数字溢出的加法器被实施时，因此，来自两个加法器的溢出信号通过逻辑或来组合以提供表示函数Max(x,y)>2m-1或Min(x.y)<-2m的信号。在这种实施方式中，使用该阈值检测方案的滤波器的结果可以充分接近数字上准确的sqrt(x2+kxy+y2)，以使得逻辑更简单方案可以被使用而没有较大滤波器保真度的损失。
图9示出滤波器框900和重置信号的示例。这可以被认为是针对正k值的逻辑上简化的滤波方案。标记r的重置信号是阈值比较的结果并且这里也用作滤波输出。另一方面，在具有负k值的滤波的实施方式中，逻辑补可以在第一加法器之后执行，例如如上面讨论的图8中示出。
在一些实施方式中，滤波器的输出不是输入功率的线性函数。相反，对于通过接近但不等于滤波器的中心频率的较小信号所激励的滤波器，小于某信号功率阈值，积分的信号能量将增加、达到峰值并下降回到0，而不跨过检测阈值。另一方面，对于非常大的信号，滤波的输出将以近似线性的方式增加直到其跨过阈值。对于仅勉强导致集成信号能量跨过阈值的更小信号，输出脉冲流密度对信号功率的依赖性是十分非线性的。然而，对于合理的接收到的信号水平和干扰水平，传输方案对于该非线性不敏感。
对频率检测的讨论做出结论，注意到通过作为给定输入的结果的滤波器达到的峰值积分信号能量与频率偏移和输入幅度两者成比例，所以滤波的有效带宽是输入幅度的函数。该带宽对于非常小的输入信号非常窄。另一方面，对于较大输入信号，带宽较宽。滤波可以因此被适当地用于检测非常接近与滤波器的中心频率或具有足够幅度的输入信号。
也就是说，在该示例中使用两个滤波，每个被调整到相应的FSK载波频率的一个。这两个滤波的输出之差然后表示能量从一个带到另一带的移位。
一旦每个滤波带中的信号分量已经被检测到，边缘检测级606(图6)则应该检测该信号能量的移位。这可以通过将表示高通函数的脉冲响应与由滤波器产生的脉冲密度流中的每个进行卷积而实现。备选地，来自频率鉴别级的脉冲流可以在被馈送到高通滤波器之前被组合，其中，来自频率鉴别滤波器中的一个的脉冲被给定权重1，来自另一滤波的脉冲被给定权重-1。
图10概念性的示出下采样卷积的积分和清除的示例。示意性地示出脉冲密度流1002、脉冲响应1004和结果1006。即，脉冲响应1004与脉冲密度流1002进行卷积以产生结果1006。
现在将更详细地描述示出的示例。实际卷积在计算上非常昂贵。因此一些实施方式可以使用卷积操作的近似来产生可用结果。近似的第一方面是选择其值全部为-1或1的双极、矩形脉冲响应。脉冲响应1004示出一个这种示例。该方法可以通过使用简单的有条件的符号改变运算替代逐样本相乘(其否则可能是需要的)来简化卷积操作。近似的第二方面是在卷积被计算时对数据流进行下采样，使得输出样本仅在四倍卷积核率时产生。即，这里，实施方式1000中的卷积实际包括四个重叠的积分和清除操作，如脉冲响应1004所示。操作在以彼此偏移pi/2核相位操作的四个独立信号路径中执行。
近似的第三方面涉及卷积处理的输入数据流。由于积分和清除数字滤波器的性质，存在脉冲1002A-B在脉冲密度编码的输出流中产生的最大速率。该速率可以远小于系统时钟速率，并且与用于设置滤波器敏感性和带宽的阈值2t同阶。这表示只要系统可以以快于输入脉冲的到达速率的速率来处理检测器的四个积分和清除框中一个循环的累加，系统就不需要处理大于+1或小于-1的数字。
图11示出用于边缘检测器的卷积操作1100的示例。特别地，这示出实施卷积功能的四个交错积分和清除操作的示例。这里，为了简单，示出乘法运算1102，而不是信号取反操作。当每个重置脉冲1104被激活时，对应的寄存器1106被调零。同时，在调零之前寄存器的内容也被选择为输出样本。因为四个交错操作，核与输入信号转换之间的相位延迟将为最多是八分之一核周期。由输入流的实际边缘与最佳对准交错相位之间的未对准导致的输出1108的误差因此最多为25％。
位串行算术单元可以被实施为执行四个并行积分和清除操作。这对于电路的构造和操作来说可以具有多种启示。例如，位串行算术单元趋于涉及较少硬件，因为一次仅1位需要被处理。作为另一示例，进位链和寄存器的多路复用或重复运算逻辑单元(ALU)可以被消除。
存储累加器的状态的移位寄存器可以被实施为动态触发器或锁存器。例如，如果移位寄存器总是以标称主时钟速率计，则动态逻辑可以是具有吸引力的，因为甚至在严峻的操作状态下刷新时间也被容易地满足。然而，在其它情况中，可以使用同一逻辑的平行实施方式。因为寄存器可以在时钟速率的四分之一处操作，所以它们也可以被实施为动态逻辑。基于传输门的多路复用然后可以被用于将合适的寄存器路由到ALU。可选地，静态随机存取存储器(SRAM)单元可以被使用并且随着单寄存器宽度的动态触发器的组而更新，动态触发器在再负载寄存器单元之前存储结果。这种方案可以提供简化的计时逻辑。例如，基于SRAM的方法可以导致比针对位串行移位寄存器所需的更小的位存储单元。
现在将参照图12A-C示出的数据路径和计时产生来讨论一些示例。在这些附图中，所有的线路为1位宽，除非另外通过斜杠符号和位宽标记所记录。这里数据路径包括实质上进而被讨论的三个元件。
图12A示出可以与图2的任意子节点的数据路径中的边缘检测一起使用的锁存框1200的示例。输入锁存从频率鉴别滤波取两个脉冲流(F1，F2)并将它们锁存一个处理周期的持续时间。例如，这可以为对通过ALU的所有累加器位计时所花费的时间。这里F1流被给定权重+1，F2脉冲流被给定权重-1，在处理时期期间，接收的加权的脉冲的净数量被累加到最大+1并且最小-1。
锁存框的一个输出为对于输入值1为真、对于输入值-1为假并且对于输入值0为假的方向信号1202(标记DIR)。锁存框的另一输出为当+1或-1存在为真并且否则为假的递增递减(increment decrement)命令信号1204(标记COM)。
图12B示出可以与图2的任意子节点的数据路径中的边缘检测一起使用的累加器寄存器组1230、ALU1232和比较框1234。这些可以由锁存框和其它信号的输出来驱动。
这里，累加器寄存器被示出为四个级联的(concatenated)移位寄存器。在一些实施方式中，这可以为包含由z-1(例如，图9)表示的包含四个6-位累加器字的单个24-位移位寄存器。系统然后顺序地而不是同时地作用在这些寄存器上。此外，框在其处理整个24-位移位寄存器期间从脉冲密度流仅接收最多一个净输入脉冲。如果正输入脉冲从滤波器到达，则其被锁存处理间隔并被存储直到下一间隔的开始，在该点处其根据需要被增加或从四个累加器寄存器被减去。如果负脉冲也在下一处理间隔的开始之前到达，则正脉冲被取消并且在下一处理间隔期间不发生动作。以这种方式，仅输入值0、+1或-1可以在给定处理间隔期间被处理。
现在转到ALU 1232，如果脉冲被接收，则其将随着其通过ALU而增加或减少每个寄存器内容。寄存器内容是被增加还是衰减取决于接收的输入的权重，并且取决于寄存器是在与那个累加器相关联的卷积脉冲响应的第一(负)半还是脉冲响应的第二(正)半期间累加数据。这里，脉冲响应的当前一半通过标记为P的信号指示。在每个寄存器脉冲响应累加周期的第一半期间，信号P为真，并且在第二半周期器件为假。
比较框1234进而在每一个寄存器中针对正和负循环数量二进制阈值执行累加值的带符号的比较。例如，这可以通过计算具有大于或等于数字b的权重的所有位的布尔或(NAND)来实现，其中2b为比较的正(负)阈值。然后可以适当地询问符号位被比较的值的符号是否与阈值的符号相一致。该比较随着每个字离开累加器移位寄存器而在每个字上执行。在字将被重置(对于一个脉冲响应周期已经完成输入脉冲的累加)的那些处理周期，比较的结果被锁存到标记U或D的合适的输出中。即，这些输出用信号表示“向上”(F2到F1)或“向下”(F1到F2)的信号转换的存在。
最后，将讨论可以用在以上描述的逻辑中的信号的示例。图12C示出可以与图2的任意子节点的数据路径中的边缘检测一起使用的计时逻辑1260的示例。方块表示多位计数器，其中输出线路示出位宽标记。
以上描述的比较锁存事件发生在每个脉冲响应周期的四分之一。脉冲响应时期的每个四分之一通过相位跳过信号1262(标记为PS)的发生而发信号。PS信号还通过一个计数来旋转两位计数器1264(标记为相位)的相位。以6-位寄存器穿过数据路径的速率增加的相位计数器追踪每个寄存器当前正在执行脉冲响应累加循环的哪个相位。这里，四个累加器均在给定时间点处处于不同核相位，并且核以PS脉冲速率进行处理。这里，相位计数器因此通过两个源前进：在大部分输入样本处理常规期间，其通过主指数脉冲(下面讨论)而同步增加；主指数脉冲总是在同一脉冲中找到相位，如累加器字计算中的每个计算所做的。然而，在其标记核相位边缘的PS循环上，相位增加二而不是一并且随后的主指数脉冲在新相位处找到相位。另外，每个累加器字现在发现相位前进一并且因此被适当地处理用于新核相位，输入样本将与新核相位进行卷积。相位计数器每24-位数据处理周期溢出一次。
ALU刚好在相位溢出(即，当相位等于二进制11)之前操作在6-位周期上的累加器寄存器为将被选择用于与积分阈值相比较并且用于重置的寄存器。该选择以四倍脉冲周期的速率发生，并且因为相位计数器在与给定的累加器字重新对准之前关于24-位数据流旋转通过四个可能的相位偏移，因此每个字与阈值作比较并且同时每脉冲响应周期重置一次，如由积分和清除操作在那个时期所需要的。
计时逻辑1260以每24-位数据处理周期一次的速率产生主指数脉冲1266(标记MIP)。MIP向输入锁存电路发信号使得加权输入脉冲的净数应该被传递到数据路径锁存器，并且输入锁存器应该被重置。更特别地，MIP在累加器内容为与累加器字位置字对准期间优先时钟循环。需要被设置用于随后的输入样本处理常规(其跨过跟随的四个累加器字计算)的任意寄存器内容在该时钟循环的结束处被锁存。
计时逻辑每6-位字处理周期产生指数脉冲1268(标记IP)。IP表示字边界并且发出在ALU中进位锁存的信号应该被重置的信号以接收新字。更特别地，IP在累加器字与累加器字边界位对准期间优先时钟循环。其还被用于将比较结果在累加完成的那6-位处理循环上传递到输出信号锁存器，如由清除信号1270所表示。
清除信号1270每脉冲响应处理周期的四分之一发生一次。其发信号表示通过相位索引的四个累加器寄存器中的一个应该与积分阈值比较。其还迫使清除相关的累加器，使其为下一个完整的核操作做好准备。
比较重置信号1272(标记为CR)被用于设置积分阈值。因为数据字的最低位首先被处理，CR信号被用于保持比较锁存“真”的结果，直到第一有效位(即，权重足以超过积分阈值的第一位)被呈现。
循环计数器被用于使用MIP产生PS信号，其中PS信号对于优先卷积核边缘的输入样本处理常规的持续时间来说是高的。在核边缘处，极性基于累加器数和当前核的相位而改变，通过极性输入样本被增加或从累加器减去。PS信号1262每脉冲响应时期的四分之一发生一次并且推进相位计数器以与新累加器寄存器对准。该相位移位操作被用于追踪脉冲响应的一部分被累加到每个累加器寄存器中并且用于选择将通过其清除的寄存器。
这里，P信号与相位寄存器1264的最高位相反。
多个实施方式已经被描述作为示例。然而，其它实施方式通过所附权利要求覆盖。

Claims (30)

1.一种能量存储系统，包括：
主机；
能量存储模块；
多个节点，每个节点在所述能量存储模块中对应的一个能量存储模块处被实施并被配置为监测和控制所述能量存储模块；
通信和数据传输介质，形成从所述主机的第一部分顺序地通过所述节点到所述主机的第二部分的环；以及
在所述节点的每个节点中，第一装置和第二装置被配置为使用所述通信和数据传输介质来执行至少部分冗余通信和数据传输功能，所述第一装置和所述第二装置还被配置为在对应的所述能量存储模块上执行至少部分冗余的监测或测量功能。
2.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述第一装置和所述第二装置执行完全冗余通信和数据传输功能。
3.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中由所述第二装置执行的所述通信和数据传输功能与由所述第一装置执行的所述通信和数据传输功能相比具有降低的精确性。
4.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述第一装置和所述第二装置在所述节点上执行完全冗余监测或测量功能。
5.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述通信和数据传输介质由两个物理导体组成，并且其中通信和数据传输在具有差分数据方案的所述两个物理导体之上执行。
6.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述通信和数据传输介质和所述节点中的每个节点通过变压器耦合和无源频分复用连接到彼此。
7.根据权利要求6所述的能量存储系统，其中所述无源频分复用通过无源交叉电路执行，所述无源交叉电路包括具有到所述第一装置的RL电路的低通臂部和具有到所述第二装置的RC电路的高通臂部，并且其中所述变压器耦合包括所述通信和数据传输介质与所述无源交叉电路之间的磁变压器。
8.根据权利要求7所述的能量存储系统，其中所述无源交叉电路进一步包括在所述RL和RC电路中的每个上的相应的次级低通滤波器路径，每个次级低通滤波器路径包括串联电阻器和旁路电容器。
9.根据权利要求8所述的能量存储系统，进一步包括在所述高通臂部的所述次级低通滤波器路径中的RC高通滤波器。
10.根据权利要求9所述的能量存储系统，其中所述节点包括执行所述第一装置和所述第二装置的至少一个集成电路，其中所述RL和RC电路和所述次级低通滤波器路径被定位在所述至少一个集成电路之外，并且其中所述RC高通滤波器是所述至少一个集成电路的一部分。
11.根据权利要求7所述的能量存储系统，其中频移键控信号至少在所述高通臂部中传输，其中所述节点包括被配置为在所述频移键控信号的分量之间进行鉴别的频率鉴别电路，其中所述频率鉴别电路形成包括至少两个单采样延迟寄存器和具有第一加法器的反馈环的数据路径，并且其中所述频移键控信号通过定位在所述两个单采样延迟寄存器之间的第二加法器而被添加到所述数据路径。
12.根据权利要求11所述的能量存储系统，其中所述频率鉴别电路包括所述数据路径中的逻辑非，其中所述频移键控信号使用二的补符号表示来表示，在所述补符号表示中，信号(x)的算术逻辑非由-x＝NOT(x)+1产生，并且其中所述频率鉴别电路在执行所述逻辑非时省略所述+1运算。
13.根据权利要求11所述的能量存储系统，其中所述频率鉴别电路具有由增益框中的常数k限定的响应频率，使得k＝0将所述响应频率居中在所述频移键控信号的采样频率的四分之一处。
14.根据权利要求13所述的能量存储系统，其中针对所述频率鉴别电路的所述常数k被选择为+/-2q，其中q是整数，其中所述频率鉴别电路具有实施表示所述增益框的移位的布线连接的改变。
15.根据权利要求13所述的能量存储系统，其中对于负值的所述常数k，所述频率鉴别电路包括在所述反馈环中的所述第一加法器之后的逻辑非运算。
16.根据权利要求11所述的能量存储系统，其中所述频率鉴别电路包括范数检测器框，所述范数检测器框产生表示通过所述频率鉴别电路的能量积累的输出，并且其中当所述输出超过阈值时，所述频率鉴别电路重置所述单采样延迟寄存器。
17.根据权利要求16所述的能量存储系统，其中所述第一加法器和所述第二加法器中的每一个加法器均具有带符号的溢出检测，其中所述频率鉴别电路通过由从所述第一加法器和所述第二加法器的相应的溢出信号的逻辑或组合来执行阈值检测。
18.根据权利要求11所述的能量存储系统，其中所述频率鉴别电路包括被配置为将频率鉴别的脉冲流锁存的锁存框、累加器寄存器组和ALU，其中所述锁存框针对所述累加器寄存器组和所述ALU产生(i)对于输入值1为真、对于输入值-1为假并且对于输入值0为假的方向信号，(ii)如果1或-1出现则为真、0则其它的递增递减信号。
19.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述第一装置和所述第二装置接收相应的第一信号分量和第二信号分量，其中所述节点包括用于检测信号能量的转换的至少一个边缘检测器，所述边缘检测器被配置为在具有值为-1或1的双极、矩形脉冲响应的脉冲密度流上执行卷积，以使得卷积涉及有条件的符号改变运算。
20.一种能量存储系统，包括：
主机；
多个能量存储模块；
多个节点，每个节点在所述能量存储模块中的对应的一个能量存储模块处被实施并且被配置为监测并控制所述能量存储模块；
通信和数据传输介质，形成从所述主机的第一部分顺序地通过每个所述节点到所述主机的第二部分的环；以及
在每个所述节点中，用于使用所述通信和数据传输介质执行至少部分冗余通信和数据传输功能的装置，所述装置能够在对应的所述能量存储模块上执行至少部分冗余的监测或测量功能。
21.一种在能量存储系统中的通信和传输数据的方法，所述方法包括：
在所述能量存储系统中，产生从主机到多个节点中的每一个节点的信号，所述节点中的每个节点在所述能量存储模块中的对应的一个能量存储模块处被实施并被配置为监测和控制所述能量存储模块，所述信号通过通信和数据传输介质而被接收，所述通信和数据传输介质形成从所述主机的第一部分顺序地通过所述节点中的每个节点到所述主机的第二部分的环；
将所述信号的第一部分引导至所述节点中的第一装置；
将所述信号的第二部分引导至所述节点中的第二装置；
通过所述第一装置并基于所述第一部分来执行通信或数据传输的第一功能；以及
通过所述第二装置并基于所述第二部分来执行通信或数据传输的第二功能，所述第一功能和所述第二功能至少部分冗余。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括将所述主机配置为仅以所述环中的顺时针方向将信号发送至以顺时针方向设置在所述通信和数据传输介质的特定段之前的所述节点中的任意节点，并且仅以在所述环中的逆时针方向将信号发送至以逆时针方向设置在所述特定段之前的所述节点中的任意及节点，其中所述节点中的每个节点被配置为仅以顺时针或逆时针方向做出响应，信号按照所述逆时针方向或所述顺时针方向到达所述节点。
23.根据权利要求21所述的方法，其中每个所述节点被配置为在所述通信和数据传输介质中以顺时针和逆时针方向传输对来自所述主机的信号的相同的响应。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述主机基于具有曼彻斯特编码的频移键控来使用信号方案，所述方法包括将具有由所述节点中的每个节点中的编码器识别的同步序列的有效信号优先，并且将具有从不出现在有效信号内的非法模式的所述同步序列优先。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述节点包括对信号x和y执行频率鉴别的滤波器，所述方法进一步包括确定近似的信号能量为|x|+|y|或为Max(|x|，|y|)，并且将所述近似的信号能量与阈值进行比较。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述近似信号能量被确定为Max(|x|，|y|)，并且其中所述阈值被设置为需要一个与所述节点中的数据总线的宽度相比附加位来表示的数，所述方法进一步包括检测所述近似信号能量将要达到所述阈值，并在产生等于所述阈值的所述近似信号能量之前丢弃所述一个附加位。
27.根据权利要求21所述的方法，进一步包括在每个节点中执行边缘检测以用于检测信号能量的转换。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述边缘检测包括在脉冲密度流上的卷积，所述方法进一步包括对所述脉冲密度流进行下采样，以使得输出样本以卷积核率的固定数量的倍数而产生。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述边缘检测中的累加的一个循环以在累加的所述循环期间最多一个输入脉冲到达的这样的速率来执行。
30.根据权利要求29所述的方法，其中正脉冲在累加的所述循环期间到达，所述方法进一步包括针对累加的下一循环将所述正脉冲锁存，并且之后从累加器寄存器添加或减去所述正脉冲，除非负脉冲也在累加的所述循环期间到达，在这种情况下所述方法进一步包括取消正输入脉冲。
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