CN106534003B - 阻抗匹配方法、装置及通信网络 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻抗匹配方法、装置及通信网络。该阻抗匹配方法用于对经通信线路连接的通信模块之间进行阻抗匹配，在通信模块之间设置阻抗检测模块以及第一阻抗匹配模块，第一阻抗匹配模块和阻抗检测模块均连接控制器，控制器根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整所述第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配。本发明提供的阻抗匹配方法及装置能够自动检测通信模块之间的特性阻抗并自动调整输入阻抗使其与特性阻抗匹配，实现阻抗的自动匹配，匹配效率高，操作方便，且能够保证匹配的稳定性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及阻抗匹配领域，更具体地涉及一种阻抗匹配方法、装置及通信网络。
背景技术
在有线通信网络中，为了保证其通信的稳定性和可靠性，需要在通信网络中进行阻抗匹配，若阻抗匹配不当，则容易产生信号的回波反射，导致通信线路不可靠。以RS485通信网络为例，传统的匹配方法包括：
方法一：使用特性阻抗120Ω的铠装型双绞屏蔽线缆；
方法二：如图1中所示，在第一通信模块1’和第二通信模块2’之间的通信线路3’首末端增加120Ω的电阻4’；
方法三：如图2中所示，在第一通信模块1’和第二通信模块2’之间的通信线路3’首末两端分别连接可调电阻5’，调节电阻值并通过示波器6’观察信号波形，直至达到阻抗匹配的目的；
方法四：利用设备测量出通信线路的特性阻抗，再用相同阻值的电阻和信号线进行匹配。
其中，方法一和方法二的输入阻抗是定值，由于工业场景的复杂性和不可控制性，总线上各种设备的输入阻抗和输出阻抗对通信总线的特性阻抗有较大的影响，因此方法一和方法二无法满足可变的阻抗匹配需求，而方法三和方法四虽然能够满足可变的阻抗匹配需求，但其操作过程繁琐，影响工作效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种效率高且能够保证阻抗匹配稳定准确性的阻抗匹配方法、装置及通信网络。
第一方面，提供一种阻抗匹配方法。
一种阻抗匹配方法，应用于有线通信网络中，用于对经通信线路连接的通信模块之间进行阻抗匹配，在通信模块之间设置阻抗检测模块以及第一阻抗匹配模块，第一阻抗匹配模块和阻抗检测模块均连接控制器，控制器根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整所述第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配。
优选地，所述控制器根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗进一步包括：所述阻抗检测模块向通信线路加载电压，对通信线路中的入射电流进行滤波并转换为电压信号进行测量，所述控制器对测量的电压信号进行处理获得入射电流值，并根据加载电压值和入射电流值获得通信模块之间的特性阻抗。
优选地，所述通信模块之间还设置具有固定阻抗的第二阻抗匹配模块以及切换模块，所述控制器控制切换模块将所述第一阻抗匹配模块或第二阻抗匹配模块接入电路。
优选地，所述控制器实时地根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整所述第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配；或者，
所述控制器间歇地根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整所述第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配；或者，
当所述控制器接收到进行阻抗匹配的指令时根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整所述第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配。
第二方面，提供一种阻抗匹配装置。
一种阻抗匹配装置，应用于有线通信网络中，用于对经通信线路连接的通信模块之间进行阻抗匹配，所述阻抗匹配装置包括设置于通信模块之间的阻抗检测模块以及第一阻抗匹配模块，还包括分别与所述阻抗检测模块和所述第一阻抗匹配模块连接的控制器，所述控制器用于根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整所述第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配。
优选地，所述阻抗检测模块用于向通信线路加压并对通信线路中的电流进行滤波后检测通信线路上的电压，所述控制器用于对所述阻抗检测模块检测的电压信号进行处理，获得通信模块之间的特性阻抗。
优选地，所述通信模块之间还设置具有固定阻抗的第二阻抗匹配模块以及切换模块，所述切换模块用于将所述第一阻抗匹配模块或第二阻抗匹配模块接入电路。
优选地，所述第一阻抗匹配模块包括可变电容器、可变电感器和/或可变电阻器。
优选地，所述第一阻抗匹配模块与所述通信模块之间的通信线路串联或并联。
优选地，所述阻抗匹配装置设置于RS485通信网络或CAN通信网络中。
优选地，所述阻抗匹配模块为数字电位器，通信模块之间经两条通信线路连接，所述数字电位器跨接于两条通信线路之间。
第三方面，提供一种通信网络。
一种通信网络，采用如上所述的阻抗匹配装置进行阻抗匹配。
优选地，所述通信网络为RS485通信网络或CAN通信网络。
本发明提供的阻抗匹配方法及装置能够自动检测通信模块之间的特性阻抗并自动调整输入阻抗使其与特性阻抗匹配，实现阻抗的自动匹配，匹配效率高，操作方便，且能够保证匹配的稳定性和准确性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出现有的阻抗匹配方式之一的示意图；
图2示出现有的阻抗匹配方法之二的示意图；
图3示出本发明具体实施方式提供的阻抗匹配装置的示意图；
图4示出本发明具体实施方式提供的阻抗匹配方法的流程图。
图中，1’、第一通信模块；2’、第二通信模块；3’、通信线路；4’、电阻；5’、可调电阻；6’、示波器；
1、第一通信模块；2、第二通信模块；3、通信线路；7、数字电位器；8、控制器；9、阻抗检测模块。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明提供了一种阻抗匹配方法及装置，用于对经通信线路连接的通信模块之间进行阻抗匹配，即应用于有线通信网络中的阻抗匹配。具体地，阻抗匹配装置包括阻抗检测模块、第一阻抗匹配模块以及控制器，其中，阻抗检测模块和第一阻抗匹配模块均位于两通信模块之间，控制器根据阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配，从而达到阻抗匹配的目的，本发明提供的阻抗匹配方法及装置能够自动检测通信模块之间的特性阻抗并自动调整输入阻抗使其与特性阻抗匹配，实现阻抗的自动匹配，匹配效率高，操作方便，且能够保证匹配的稳定性和准确性。
其中，阻抗匹配模块的具体结构不限，能够输出阻抗与特性阻抗相匹配且能够实现阻抗的自动调节即可，可根据通信网络的具体需求进行设置，有的通信网络需要进行电容匹配，有的通信网络需要进行电感匹配，还有的通信网络需要进行电阻匹配。例如，阻抗匹配模块可以是可变电容器、可变电感器、可变电阻器等，控制器根据特性阻抗向第一阻抗匹配模块发出控制信号，控制可变电容器、可变电感器、可变电阻器自动调整输入的电容、电感、电阻。
阻抗匹配模块与通信模块之间的通信线路的连接关系也不限，也需要根据通信网络的具体需求进行设置，例如可以与通信线路串联，也可以与通信线路并联。
控制器进行阻抗匹配的具体时机不限，在一个实施例中，控制器实时地根据阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配，实时地进行阻抗匹配能够获得更加准确的匹配，但过于频繁的匹配可能会影响稳定性。在另一个实施例中，控制器间歇地根据阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配，即每间隔预定时间进行一次阻抗匹配，从而保证稳定性，预定时间可根据具体需求进行设置。在还一个实施例中，当控制器接收到进行阻抗匹配的指令时根据阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配，如此，可根据具体需求进行匹配，既保证了匹配的准确性，又能够保证系统的准确性。
在进一步优选的实施例中，通信模块之间还设置具有固定阻抗的第二阻抗匹配模块以及切换模块，控制器控制切换模块将第一阻抗匹配模块和第二阻抗匹配模块接入电路进行阻抗匹配，第二阻抗匹配模块为标准的阻抗匹配，例如，当应用于RS485网络通信时，第二阻抗匹配模块为固定阻值的电阻，在现场环境较好、对通信影响不大时，控制器控制切换模块将第二阻抗匹配模块接入电路进行阻抗匹配，而当现场环境不好时，控制器控制切换模块将第一阻抗匹配模块接入电路进行阻抗匹配，从而在保证阻抗匹配准确性的同时节约能源。
其中，阻抗匹配模块在一端的通信模块处进行阻抗匹配。
下面以阻抗匹配模块应用于RS485通信网络或CAN通信网络为例，具体说明阻抗匹配方法及装置。
由于RS485通信网络、CAN通信网络中需要进行电阻的匹配，因此将第一阻抗匹配模块设置为数字电位器，通过数字电位器调节接入电路电阻的大小，以与通信模块之间的特性阻抗相匹配。如图3所示，包括第一通信模块1和第二通信模块2，第一通信模块1和第二通信模块2之间经两条通信线路3连接，数字电位器7跨接于两条通信线路之间。阻抗匹配装置在第一通信模块1端进行阻抗匹配。
阻抗检测模块9能够对通信线路3上的信号进行处理并检测相关数据，控制器8将检测的相关数据处理来获得特性阻抗。具体地，阻抗检测模块9向通信线路3加载电压，阻抗检测模块9的输入端包括由低通滤波器和放大器组成的信号调理电路，通过信号调理电路对通信线路3中的电流进行滤波，滤除入射电流信号中的高频信号，并转换为电压信号，对电压信号放大后进行测量，测量方法为，控制器8内置有AD转换器，将通过信号调理电路调理放大后的电压信号输入到AD转换器进行采集，控制器8对采集的电压信号进行处理获得入射电流值，然后根据加载电压值和入射电流值获得第一通信模块1与第二通信模块2之间的特性阻抗(即加载电压值与入射电流值之比)，从而得到数字电位器7应接入电路的阻值，例如接入电路的阻值即输入阻抗等于获得的特性阻抗的阻值，然后控制器8向数字电位器7发送控制信号，控制数字电位器7对接入的电阻阻值进行调整，使得接入电阻的阻值与特性阻抗的阻值相等，从而实现阻抗匹配。
其中，阻抗检测模块9以及控制器8可集成在第一通信模块1内，也可以单独设置。
进一步地，如图4所示，上述阻抗匹配方法的具体步骤如下：
步骤S001、判断是否接收到进行阻抗匹配的指令，若是，则进行步骤S002，否则继续进行是否接收到指令的判断；
步骤S002、控制器8获得通信模块之间的特性阻抗，并向数字电位器7发送调整电阻的控制指令；
步骤S003、数字电位器7调整接入电路的阻值以使其与特性阻抗相匹配，然后返回步骤S001。
在替代的实施例中，数字电位器与一具有固定阻值的电阻并联后跨接在两通信线路之间，电阻的阻值为120Ω，在数字电位器和电阻之间设置有切换开关，切换开关能够在数字电位器接入电路和电阻接入电路之间进行切换，其控制方法的具体步骤如下：
步骤S101、判断是否接收到进行阻抗匹配的指令，若是，则进行步骤S102，否则继续进行是否接收到指令的判断；
步骤S102、判断当前的现场环境是否适用固定阻值的阻抗匹配，若是则进行步骤S103，否则进行步骤S104；
步骤S103、切换开关将电阻接入电路，然后返回步骤S101；
步骤S104、控制器获得通信模块之间的特性阻抗，并向数字电位器发送调整电阻的控制指令；
步骤S105、数字电位器调整接入电路的阻值以使其与特性阻抗相匹配，然后返回步骤S101。
进一步地，本发明还提供了一种通信网络，采用上述的阻抗匹配装置进行阻抗匹配，能够提高通信网络的稳定性。通信网络的具体形式不限，例如可以为RS485通信网络、CAN通信网络等。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。
Claims (11)
1.一种阻抗匹配方法，应用于有线通信网络中，用于对经通信线路连接的通信模块之间进行阻抗匹配，其特征在于，在通信模块之间设置阻抗检测模块以及第一阻抗匹配模块，第一阻抗匹配模块和阻抗检测模块均连接控制器，控制器根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整所述第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配，所述通信模块之间还设置具有固定阻抗的第二阻抗匹配模块以及切换模块，所述控制器控制切换模块将所述第一阻抗匹配模块或第二阻抗匹配模块接入电路。
2.根据权利要求1所述的阻抗匹配方法，其特征在于，所述控制器根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗进一步包括：所述阻抗检测模块向通信线路加载电压，对通信线路中的入射电流进行滤波并转换为电压信号进行测量，所述控制器对测量的电压信号进行处理获得入射电流值，并根据加载电压值和入射电流值获得通信模块之间的特性阻抗。
3.根据权利要求1所述的阻抗匹配方法，其特征在于，所述控制器实时地根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整所述第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配；或者，
所述控制器间歇地根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整所述第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配；或者，
当所述控制器接收到进行阻抗匹配的指令时根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整所述第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配。
4.一种阻抗匹配装置，应用于有线通信网络中，用于对经通信线路连接的通信模块之间进行阻抗匹配，其特征在于，所述阻抗匹配装置包括设置于通信模块之间的阻抗检测模块以及第一阻抗匹配模块，还包括分别与所述阻抗检测模块和所述第一阻抗匹配模块连接的控制器，所述控制器用于根据所述阻抗检测模块的检测数据获得通信模块之间的特性阻抗，并调整所述第一阻抗匹配模块的输入阻抗以使其与特性阻抗相匹配，所述通信模块之间还设置具有固定阻抗的第二阻抗匹配模块以及切换模块，所述切换模块用于将所述第一阻抗匹配模块或第二阻抗匹配模块接入电路。
5.根据权利要求4所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述阻抗检测模块用于向通信线路加压并对通信线路中的电流进行滤波后检测通信线路上的电压，所述控制器用于对所述阻抗检测模块检测的电压信号进行处理，获得通信模块之间的特性阻抗。
6.根据权利要求4或5所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述第一阻抗匹配模块包括可变电容器、可变电感器和/或可变电阻器。
7.根据权利要求4或5所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述第一阻抗匹配模块与所述通信模块之间的通信线路串联或并联。
8.根据权利要求4或5所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述阻抗匹配装置设置于RS485通信网络或CAN通信网络中。
9.根据权利要求8所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述阻抗匹配模块为数字电位器，通信模块之间经两条通信线路连接，所述数字电位器跨接于两条通信线路之间。
10.一种通信网络，其特征在于，采用如权利要求4至9任一项所述的阻抗匹配装置进行阻抗匹配。
11.根据权利要求10所述的通信网络，其特征在于，所述通信网络为RS485通信网络或CAN通信网络。
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