CN106603247B - 数据收发器、收发器系统及数据收发器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据收发器，包括：上拉电阻上拉电路，包括电源和上拉电阻；还包括通过具有寄生电容的数据线与上拉电阻连接的控制模块，控制模块包括电容充电电路、电容放电电路、电感电流保持电路、对地加强电路、包括多个开关的开关阵列和控制单元，多个开关设置在电容充电电路、电容放电电路、电感电流保持电路和对地加强电路中，控制单元包括时序发生器和数据建立状态探测器，时序发生器控制开关的通断，使得上拉电阻上拉电路、电容充电电路、电容放电电路、电感电流保持电路、对地加强电路通断。本发明利用电感快速、高效地驱高、驱低带上拉电阻的数据线，可以节约传统数据传输的寄生电容驱动耗散功率，降低上拉电阻上的能量消耗。

Description

数据收发器、收发器系统及数据收发器的控制方法

技术领域

本发明涉及数据收发领域，尤其是一种数据收发器、收发器系统及数据收发器的控制方法。

背景技术

在很多数据传输场合需要用到上拉电阻，比如说I2C协议的时钟及数据线都用到上拉电阻。再比如一些单线供电及传输数据场合，典型的为耳麦接口的线控应用，硬件上也需要上拉电阻。

传统的带上拉电阻的数据收发器中，利用上拉电阻驱高数据线的寄生电容，利用开漏的管子驱低数据线的寄生电容。由此数据的上升速率与上拉电阻的阻值及寄生电容的乘积成反比。如此，为了驱动较大的寄生电容就需要较小的上拉电阻，而较小的上拉电阻阻值会在数据线拉低时消耗较大的能量。另外，通过电阻及下拉管对数据线驱动到高电平及驱动到低电平，会在驱动寄生电容的过程中，消耗能量。假设数据逻辑高电平值为VH，寄生电容值为Cp，传输数据的频率为Fd，那么消耗在驱动过程中的功率为P＝Cp*VH*VH*Fd。

综上，由于上拉电阻的存在，会降低数据传输的速率。同时，系统直接通过电阻及下拉管对数据线驱动到高电平及驱动到低电平，会在驱动寄生电容的过程中，消耗能量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数据收发器、收发器系统及数据收发器的控制方法，以解决带上拉电阻数据收发送器在发送数据时速度慢、耗能多的问题。且消除数据传输速率与R、C乘积的相关性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种数据收发器，包括：上拉电阻上拉电路，包括电源和上拉电阻，所述电源与上拉电阻的一端连接，所述电源具有接地端；还包括通过数据线与上拉电阻另一端连接的控制模块，该数据线具有寄生电容，所述控制模块包括：

电容充电电路，包括第一充电电路和第二充电电路，通过所述第一充电电路或第二充电电路为寄生电容充电，所述第一充电电路中设置有能量储存器、所述电感和寄生电容，该能量储存器具有接地端，所述第二充电电路中设置有所述电感和寄生电容；

电容放电电路，包括第一放电电路和第二放电电路，通过所述第一放电电路或第二放电电路为寄生电容放电，所述第一放电电路中设置有所述能量储存器、电感和寄生电容，所述第二放电电路中设置有所述电感和寄生电容；

电感电流保持电路，用于保持电感中的电流；

对地加强电路，用于将所述寄生电容接地；

开关阵列，包括多个开关，多个所述开关设置在所述第一充电电路、第二充电电路、第一放电电路、第二放电电路、电感电流保持电路和对地加强电路中；

控制单元，包括时序发生器和用于探测所述寄生电容电压的数据建立状态探测器，所述时序发生器基于数据收发器的输入信号的电平跳变状态产生控制所述开关的通断，使得所述电容充电电路或电容放电电路导通或断开，所述时序发生器还在寄生电容充电至设定的第一电压时通过所述上拉电阻上拉电路维持工作寄生电容的电压，且使得电感电流保持电路工作，在寄生电容放电至设定的第二电压时控制开关以使对地加强电路工作，且使得电感电流保持电路工作。

进一步地，所述控制单元还包括用于探测电感电流的电流探测器，所述电流探测器分别与电感及时序发生器连接。

进一步地，所述控制模块还包括电感电流补充电路，所述电感电流补充电路包括能量储存器和电感，通过时序发生器控制电感电流补充电路中的开关导通以为电感补充电流。

进一步地，所述控制模块还包括用于给能量储存器充电的电源充电电路，所述电源充电电路包括电源和能量储存器，通过时序发生器控制电源充电电路中的开关导通以为能量储存器充电。

进一步地，所述控制模块还包括用于将电感中能量回收至能量储存器的电感能量回收电路，所述电感能量回收电路包括电感和能量储存器，通过时序发生器控制电感能量回收电路中的开关导通以将电感中能量回收至能量储存器中。

进一步地，所述时序发生器根据输入信号中的上跳沿产生对寄生电容充电的控制信号，所述时序发生器根据输入信号中的下跳沿产生对寄生电容放电的控制信号。

进一步地，所述能量储存器包括储能电容，所述储能电容通过所述开关阵列、电感与寄生电容连接，所述储能电容具有接地端。

进一步地，所述时序发生器还在寄生电容充电至设定的第一电压时，断开所述电感与寄生电容之间的所有开关，通过所述数据收发器的上拉电阻上拉电路维持工作寄生电容的电压。

进一步地，所述开关阵列包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，所述第一充电电路上设置有第一开关和第六开关，所述能量储存器经第一开关、电感、第六开关与寄生电容连接，所述第一放电电路上设置有第三开关和第五开关，所述能量储存器还经第三开关、电感、第五开关与寄生电容连接，所述电感具有第一端和第二端，所述第二充电电路上设置有第二开关和第六开关，所述电感的第一端分别与第一开关、第五开关连接，该第一端还经第二开关接地，所述第二放电电路上设置有第五开关和第四开关，所述电感的第二端分别与第三开关、第六开关连接，该第二端还经第四开关接地。

本发明还提供了一种数据收发器的控制方法，用于控制所述的数据收发器，包括：

步骤1、所述控制单元还包括用于探测电感电流的电流探测器，所述电流探测器分别与电感及时序发生器连接，所述数据收发器包括电感电流补充电路，所述电感电流补充电路包括能量储存器和电感，通过时序发生器控制电感电流补充电路中的开关导通以为电感预充电，并充至第一电流Imax；

步骤2、当数据收发器的所述输入信号为上跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容充电电路工作，直到寄生电容充到设定的第一电压为止，在数据建立状态探测器测到寄生电容上电压达到第一电压时，所述时序发生器控制开关阵列使得电感电流保持电路工作，同时使得上拉电阻上拉电路工作；

步骤3、当数据收发器的所述输入信号为下跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容放电电路工作，直到寄生电容放到设定的第二电压为止，在数据建立状态探测器测到寄生电容上电压达到第二电压时，所述时序发生器控制开关阵列使得电感电流保持电路工作，同时使得对地加强电路工作。

进一步地，在数据建立状态探测器探测到寄生电容上电压达到设定的第一电压时，还控制所述开关阵列使得电源充电电路工作。

进一步地，在步骤2中，具体包括：

步骤2.1、当数据收发器的所述输入信号为上跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容充电电路工作，直到寄生电容充到设定的第一电压为止；

步骤2.2、在数据收发器的所述输入信号为下跳沿前，通过电流探测器探测电感电流，如果电感中电流小于第二电流Imin,则通过时序发生器控制开关使得电感电流补充电路工作以补充电感电流，若在输入信号的下跳沿来临前，无法将所述电感中电流补充至第一电流Imax,则对所述电感一直补充至下跳沿来临为止，若在输入信号的下跳沿来临前，能够将所述电感中电流充至第一电流Imax,则将所述电感中电流充至Imax,然后通过所述时序发生器控制开关使得所述电感电流保持电路工作。

进一步地，在步骤3中，具体包括：

步骤3.1、当数据收发器的所述输入信号为下跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容放电电路工作，直到寄生电容放到设定的第二电压为止；

步骤3.2、在数据收发器的所述输入信号的下一个上跳沿来临前，通过电流探测器探测电感电流，如果电感中电流小于第二电流Imin,则通过时序发生器控制开关使得电感电流补充电路工作以补充电感电流，若在输入信号的上跳沿来临前，无法将所述电感中电流补充至第一电流Imax,则对所述电感一直补充至上跳沿来临为止，若在输入信号的上跳沿来临前，能够将所述电感中电流充至第一电流Imax,则将所述电感中电流充至Imax,然后通过所述时序发生器控制开关使得所述电感电流保持电路工作。

进一步地，所述控制模块还包括用于将电感中能量回收至能量储存器的电感能量回收电路，所述电感能量回收电路包括电感和能量储存器，当电路被关断时，通过时序发生器控制电感能量回收电路中的开关导通以将电感中能量回收至能量储存器中。

本发明还提供了一种收发器系统，包括所述的数据收发器，所述收发器系统中的控制模块的数量为至少两个，所述上拉电阻上拉电路的数量为一个，任一所述控制模块中时序发生器的输入信号以及数据建立状态探测器的输出信号能够与其他控制模块的输出信号、输入信号交换数据。

本发明还提供了一种数据收发器，包括：上拉电阻上拉电路，包括电源和上拉电阻，所述电源与上拉电阻的一端连接，所述电源具有接地端；还包括通过数据线与上拉电阻另一端连接的控制模块，该数据线的两端中至少有一端通过设置的第一电容接地，该数据线具有寄生电容，该第一电容及与第一电容并联的寄生电容等效为一个第二电容，所述控制模块包括：

电容充电电路，包括第一充电电路和第二充电电路，通过所述第一充电电路或第二充电电路为第二电容充电，所述第一充电电路中设置有能量储存器、所述电感和第二电容，该能量储存器具有接地端，所述第二充电电路中设置有所述电感和第二电容；

电容放电电路，包括第一放电电路和第二放电电路，通过所述第一放电电路或第二放电电路为第二电容放电，所述第一放电电路中设置有所述能量储存器、电感和第二电容，所述第二放电电路中设置有所述电感和第二电容；

电感电流保持电路，用于保持电感中的电流；

对地加强电路，用于将所述第二电容接地；

开关阵列，包括多个开关，多个所述开关设置在所述第一充电电路、第二充电电路、第一放电电路、第二放电电路、电感电流保持电路和对地加强电路中；

控制单元，包括时序发生器和用于探测所述第二电容电压的数据建立状态探测器，所述时序发生器基于数据收发器的输入信号的电平跳变状态产生控制所述开关的通断，使得所述电容充电电路或电容放电电路导通或断开，所述时序发生器还在第二电容充电至设定的第一电压时通过所述上拉电阻上拉电路维持第二电容的电压，且使得电感电流保持电路工作，在第二电容放电至设定的第二电压时控制开关以使对地加强电路工作，且使得电感电流保持电路工作。

本发明还提供了一种数据收发器的控制方法，包括：

步骤1、所述控制单元还包括用于探测电感电流的电流探测器，所述电流探测器分别与电感及时序发生器连接，所述数据收发器包括电感电流补充电路，所述电感电流补充电路包括能量储存器和电感，通过时序发生器控制电感电流补充电路中的开关导通以为电感预充电，并充至第一电流Imax；

步骤2、当数据收发器的所述输入信号为上跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容充电电路工作，直到第二电容充到设定的第一电压为止，在数据建立状态探测器测到第二电容上电压达到第一电压时，所述时序发生器控制开关阵列使得电感电流保持电路工作，同时使得上拉电阻上拉电路工作；

步骤3、当数据收发器的所述输入信号为下跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容放电电路工作，直到第二电容放到设定的第二电压为止，在数据建立状态探测器测到第二电容上电压达到第二电压时，所述时序发生器控制开关阵列使得电感电流保持电路工作，同时使得对地加强电路工作。

本发明提供了一种数据收发器、收发器系统及数据收发器的控制方法，利用电感快速、高效地驱高、驱低带上拉电阻的数据线，可以节约传统数据传输的寄生电容驱动耗散功率。在给电感预充电的情况下，LC充放电的速度远快于RC充放电速度，大部分能量在L与C之间转移，减少在R上消耗的时间，从而降低驱动时R上的能量消耗，达到高效传输数据的目的。同时利用电感快速驱动寄生电容，可以打散传输速率与上拉电阻和寄生电容乘积的强相关性，进一步提升数据传输速率，降低数据线拉低时上拉电阻上的功耗。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的数据收发器的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的开关阵列的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的收发器系统的的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，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

如图1所示，本发明实施例一提供了一种数据收发器，该数据收发器的输入信号为DTx,也即待发送的输入数据信号，该数据收发器的输出信号为DRx,也即接收数据信号为DRx,此外，该数据收发器输出的驱动信号为D。

在本实施例中，所述数据收发器包括：上拉电阻上拉电路，包括电源和上拉电阻R，所述电源与上拉电阻R的一端连接，所述电源具有接地端；还包括通过数据线与上拉电阻R另一端连接的控制模块，该数据线具有寄生电容，C1，所述控制模块包括：

电容充电电路，包括第一充电电路和第二充电电路，通过所述第一充电电路或第二充电电路为寄生电容C1充电，所述第一充电电路中设置有能量储存器、所述电感L和寄生电容C1，该能量储存器具有接地端，所述第二充电电路中设置有所述电感L和寄生电容C1；

电容放电电路，包括第一放电电路和第二放电电路，通过所述第一放电电路或第二放电电路为寄生电容C1放电，所述第一放电电路中设置有所述能量储存器、电感L和寄生电容C1，所述第二放电电路中设置有所述电感L和寄生电容C1；

电感电流保持电路，用于保持电感L中的电流；

对地加强电路，用于将所述寄生电容C1接地；

开关阵列，包括多个开关，多个所述开关设置在所述第一充电电路、第二充电电路、第一放电电路、第二放电电路、电感电流保持电路和对地加强电路中；

控制单元，包括时序发生器和用于探测所述寄生电容电压的数据建立状态探测器，所述时序发生器基于数据收发器的输入信号DTx的电平跳变状态产生控制所述开关的通断，使得所述电容充电电路或电容放电电路导通或断开，所述时序发生器还在寄生电容C1充电至设定的第一电压(即设定的逻辑高电平)时通过所述上拉电阻上拉电路维持寄生电容C1的电压，且使得电感电流保持电路工作，在寄生电容C1放电至设定的第二电压(即设定的逻辑低电平)时控制开关以使对地加强电路工作，且使得电感电流保持电路工作。

在本实施例中，所述控制单元还包括用于探测电感电流的电流探测器，所述电流探测器分别与电感L及时序发生器连接。

在本实施例中，所述控制模块还包括电感电流补充电路，所述电感电流补充电路包括能量储存器和电感L，通过时序发生器控制电感电流补充电路中的开关导通以为电感L补充电流。

在本实施例中，所述控制模块还包括用于给能量储存器充电的电源充电电路，所述电源充电电路包括电源和能量储存器，通过时序发生器控制电源充电电路中的开关导通以为能量储存器充电。

在本实施例中，所述控制模块还包括用于将电感中能量回收至能量储存器的电感能量回收电路，所述电感能量回收电路包括电感L和能量储存器，通过时序发生器控制电感能量回收电路中的开关导通以将电感中能量回收至能量储存器中。

在本实施例中，所述时序发生器根据输入信号中的上跳沿产生对寄生电容C1充电的控制信号，所述时序发生器根据输入信号中的下跳沿产生对寄生电容C1放电的控制信号。如图2所示，所述能量储存器包括储能电容Cst，所述储能电容Cst通过所述开关阵列、电感L与寄生电容C1连接，所述储能电容Cst具有接地端。

请继续参考图2，所述开关阵列包括第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5和第六开关SW6，所述第一充电电路上设置有第一开关SW1和第六开关SW6，所述能量储存器经第一开关SW1、电感L、第六开关SW6与寄生电容C1连接，所述第一放电电路上设置有第三开关SW3和第五开关SW5，所述能量储存器还经第三开关SW3、电感L、第五开关SW5与寄生电容C1连接，所述电感L具有第一端和第二端，所述第二充电电路上设置有第二开关SW2和第六开关SW6，所述电感L的第一端分别与第一开关SW1、第五开关SW5连接，该第一端还经第二开关SW2接地，所述第二放电电路上设置有第五开关SW5和第四开关SW4，所述电感L的第二端分别与第三开关SW3、第六开关SW6连接，该第二端还经第四开关SW4接地。

在本实施例中，上拉电阻R具有与电源连接的一端，第五开关SW5和第六开关SW6之间设置有连接线，上拉电阻的另一端通过数据线与第五开关SW5和第六开关SW6之间的连接线相连，也就是，在第五开关SW5及第六开关SW6与上拉电阻R之间设置有所述数据线。本实施例中，电源、上拉电阻与控制模块共地。

在本实施例中，所述时序发生器还在寄生电容充电C1至设定的第一电压时，断开所述电感L与寄生电容C1之间的所有开关(本实施例中为第五开关SW5和第六开关SW6)，通过所述数据收发器的上拉电阻上拉电路维持工作寄生电容C1的电压。

综上，在本实施例中，Cst充当能量存储器，SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6组成了开关阵列，L为电感，C1为寄生电容，R为上拉电阻。

电源通过R、SW5、SW1直接给Cst充电和/或电源通过R、SW6、SW3给Cst充电，Cst可以给本地供电，以上组成电源充电电路。

寄生电容C1经SW5、SW2到地和/或C1经SW6、SW4到地，以上组成对地加强电路。

Cst通过SW1、SW4与电感组成电感预充电电路。

电感L的第二端经SW6与C1相连，电感L的第一端经SW1与Cst相连，或者电感L的第一端经SW2与地相连，组成寄生电容C1的充电电路，利用电感L中的大电流给C1充电。

电感L的第一端经SW5与C1相连，电感L的第二端经SW3与Cst相连，或者电感L的第二端经SW4与地相连，组成寄生电容C1的放电电路，利用电感L中的大电流对C1放电。

电感L两端经开关连接到同一点，组成电感电流保持电路，这些开关可以由SW2、SW4组成,也可以由SW5、SW6组成，还可以由SW1、SW3组成，当然也可以是这三组中的任一组或多组。

开关SW5、SW6都断开的电路，组成上拉电阻上拉电路。

电感L的第一端经SW2接地，电感L的第二端经SW3连接Cst，组成电感能量回收电路，把电感L中的电流能量回收到Cst上。

在本实施例中，还提供了一种收发器系统，包括所述的数据收发器，所述收发器系统中的控制模块的数量为至少两个，所述上拉电阻上拉电路的数量为一个，任一所述控制模块中时序发生器的输入信号以及数据建立状态探测器的输出信号能够与其他控制模块的输出信号、输入信号交换数据。

请参考图3，该图中有两个控制模块，其中一个控制模块的输入信号DTx1与另一控制模块的输出信号DRx2交换数据，一个控制模块的输出信号DRx1与另一控制模块的输入信号DTx2交换数据。电源可以通过R及第一开关阵列、L1与第一能量储存器之间交换能量。电源也可以通过电阻R及第二开关阵列、电感L2与第二能量存储器之间交换能量。第一能量存储器可以通过第一开关阵列、电感L1与电感L2、第二开关阵列与第二能量存储器之间交换能量。第一能量存储器及电源之间、第二能量存储器及电源之间也可以同时进行能量的交换。通过设置收发器系统，可以实现能量的无损转移，提高了能量利用效率。

请参考图1和图2，本发明还提供了一种数据收发器的控制方法，用于控制所述的数据收发器，包括：

步骤1、所述控制单元还包括用于探测电感电流的电流探测器，所述电流探测器分别与电感L及时序发生器连接，所述数据收发器包括电感电流补充电路，所述电感电流补充电路包括能量储存器和电感L，通过时序发生器控制电感电流补充电路中的开关导通以为电感L预充电，并充至第一电流Imax；

步骤2、当数据收发器的所述输入信号DTx为上跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容充电电路工作，直到寄生电容C1充到设定的第一电压为止，在数据建立状态探测器测到寄生电容C1上电压达到第一电压时，所述时序发生器控制开关阵列使得电感电流保持电路工作，同时使得上拉电阻上拉电路工作，此时会断开开关阵列与上拉电阻下端之间的连接关系，由上拉电阻R维持D点在逻辑高电平(第一电压)；

步骤3、当数据收发器的所述输入信号DTx为下跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容放电电路工作，直到寄生电容放到设定的第二电压为止，在数据建立状态探测器测到寄生电容上电压达到第二电压时，所述时序发生器控制开关阵列使得电感电流保持电路工作，同时使得对地加强电路工作，通过对地加强电路使得D点维持在逻辑低电平(第二电压)。

在数据建立状态探测器探测到寄生电容上电压达到设定的第一电压时，还控制所述开关阵列使得电源充电电路工作。在本实施例中，由于在D点充到第一电压时候断开了第五开关SW5和第六开关SW6，为了使得电源充电电路工作，可以控制第五开关SW5和第一开关SW1闭合，而此时的电感电流保持电流则采用闭合第五开关SW5和第六开关SW6的方式实现。也就是，在D点充到第一电压时，同时断开第五开关SW5和第六开关SW6是本实施例优选的方案，即使不同时断开第五开关SW5和第六开关SW6，也可以通过上拉电阻上拉电路将D点电压维持在第一电压。

在本实施例中，在步骤2中，具体包括：

步骤2.1、当数据收发器的所述输入信号DTx为上跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容充电电路工作，直到寄生电容C1充到设定的第一电压为止；

步骤2.2、在数据收发器的所述输入信号DTx为下跳沿前，通过电流探测器探测电感电流，如果电感L中电流小于第二电流Imin,则通过时序发生器控制开关使得电感电流补充电路工作以补充电感电流，若在输入信号DTx的下跳沿来临前，无法将所述电感中电流补充至第一电流Imax,则对所述电感L一直补充至下跳沿来临为止，若在输入信号DTx的下跳沿来临前，能够将所述电感L中电流充至第一电流Imax,则将所述电感L中电流充至Imax,然后通过所述时序发生器控制开关使得所述电感电流保持电路工作。

在本实施例中，在步骤3中，具体包括：

步骤3.1、当数据收发器的所述输入信号DTx为下跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容放电电路工作，直到寄生电容C1放到设定的第二电压为止；

步骤3.2、在数据收发器的所述输入信号DTx的下一个上跳沿来临前，通过电流探测器探测电感电流，如果电感中电流小于第二电流Imin,则通过时序发生器控制开关使得电感电流补充电路工作以补充电感电流，若在输入信号DTx的上跳沿来临前，无法将所述电感L中电流补充至第一电流Imax,则对所述电感L一直补充至上跳沿来临为止，若在输入信号DTx的上跳沿来临前，能够将所述电感中电流充至第一电流Imax,则将所述电感中电流充至Imax,然后通过所述时序发生器控制开关使得所述电感电流保持电路工作。

在本实施例中，当电路被关断时，通过时序发生器控制电感能量回收电路中的开关导通以将电感L中能量回收至能量储存器中。

实施例二

在实施例二中，与实施例一不同的是，在数据收发器中不仅有数据线的寄生电容，还具有设置在该数据收发器中的第一电容，第一电容的一端接地，另一端连接在数据线两端的任一端处，第一电容的数量可以为一个或多个，第一电容与寄生电容并联，可以将第一电容和寄生电容等效为一个第二电容。在实施例一中，对寄生电容进行充放电控制，在实施例二中，对第二电容进行充放电控制。

具体地，在实施例二中，本发明提供了一种数据收发器，包括：上拉电阻上拉电路，包括电源和上拉电阻，所述电源与上拉电阻的一端连接，所述电源具有接地端；还包括通过数据线与上拉电阻另一端连接的控制模块，该数据线的两端中至少有一端通过设置的第一电容接地，该数据线具有寄生电容，该第一电容及与第一电容并联的寄生电容等效为一个第二电容，所述控制模块包括：

电容充电电路，包括第一充电电路和第二充电电路，通过所述第一充电电路或第二充电电路为第二电容充电，所述第一充电电路中设置有能量储存器、所述电感和第二电容，该能量储存器具有接地端，所述第二充电电路中设置有所述电感和第二电容；

电容放电电路，包括第一放电电路和第二放电电路，通过所述第一放电电路或第二放电电路为第二电容放电，所述第一放电电路中设置有所述能量储存器、电感和第二电容，所述第二放电电路中设置有所述电感和第二电容；

电感电流保持电路，用于保持电感中的电流；

对地加强电路，用于将所述第二电容接地；

开关阵列，包括多个开关，多个所述开关设置在所述第一充电电路、第二充电电路、第一放电电路、第二放电电路、电感电流保持电路和对地加强电路中；

控制单元，包括时序发生器和用于探测所述第二电容电压的数据建立状态探测器，所述时序发生器基于数据收发器的输入信号的电平跳变状态产生控制所述开关的通断，使得所述电容充电电路或电容放电电路导通或断开，所述时序发生器还在第二电容充电至设定的第一电压时通过所述上拉电阻上拉电路维持第二电容的电压，且使得电感电流保持电路工作，在第二电容放电至设定的第二电压时控制开关以使对地加强电路工作，且使得电感电流保持电路工作。

在实施例二中，本发明还提供了一种数据收发器的控制方法，用于控制实施例二所述的数据收发器，包括：

步骤1、所述控制单元还包括用于探测电感电流的电流探测器，所述电流探测器分别与电感及时序发生器连接，所述数据收发器包括电感电流补充电路，所述电感电流补充电路包括能量储存器和电感，通过时序发生器控制电感电流补充电路中的开关导通以为电感预充电，并充至第一电流Imax；

步骤2、当数据收发器的所述输入信号为上跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容充电电路工作，直到第二电容充到设定的第一电压为止，在数据建立状态探测器测到第二电容上电压达到第一电压时，所述时序发生器控制开关阵列使得电感电流保持电路工作，同时使得上拉电阻上拉电路工作；

步骤3、当数据收发器的所述输入信号为下跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容放电电路工作，直到第二电容放到设定的第二电压为止，在数据建立状态探测器测到第二电容上电压达到第二电压时，所述时序发生器控制开关阵列使得电感电流保持电路工作，同时使得对地加强电路工作。

在实施例二中的各电路请参考实施例一中的描述，本领域技术人员结合实施例一中的描述可以直接毫无疑义地得知实施例二中各电路的原理，故在此不再赘述。本发明提供了一种数据收发器、收发器系统及数据收发器的控制方法，利用电感快速、高效地驱高、驱低带上拉电阻的数据线，可以节约传统数据传输的寄生电容驱动耗散功率。在给电感预充电的情况下，LC(在实施例一中，即L与C1)充放电的速度远快于RC充放电速度，大部分能量在L与C之间转移，减少在R上消耗的时间，从而降低驱动时R上的能量消耗，达到高效传输数据的目的。同时利用电感快速驱动寄生电容，可以打散传输速率与上拉电阻和寄生电容乘积的强相关性，进一步提升数据传输速率，降低数据线拉低时上拉电阻上的功耗。

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 (17)

1.一种数据收发器，其特征在于，包括：上拉电阻上拉电路，包括电源和上拉电阻，所述电源与所述上拉电阻的一端连接，所述电源具有接地端；还包括通过数据线与所述上拉电阻另一端连接的控制模块，该数据线具有寄生电容，所述控制模块包括：

电容充电电路，包括第一充电电路和第二充电电路，通过所述第一充电电路或第二充电电路为所述寄生电容充电，所述第一充电电路中设置有能量储存器、电感和所述寄生电容，该能量储存器具有接地端，所述第二充电电路中设置有所述电感和所述寄生电容；

电容放电电路，包括第一放电电路和第二放电电路，通过所述第一放电电路或第二放电电路为所述寄生电容放电，所述第一放电电路中设置有所述能量储存器、所述电感和所述寄生电容，所述第二放电电路中设置有所述电感和所述寄生电容；

电感电流保持电路，用于保持所述电感中的电流；

对地加强电路，用于将所述寄生电容接地；

开关阵列，包括多个开关，多个所述开关设置在所述第一充电电路、所述第二充电电路、所述第一放电电路、所述第二放电电路、所述电感电流保持电路和所述对地加强电路中；

控制单元，包括时序发生器和用于探测所述寄生电容电压的数据建立状态探测器，所述时序发生器基于所述数据收发器的输入信号的电平跳变状态产生控制所述开关的通断，使得所述电容充电电路或所述电容放电电路导通或断开，所述时序发生器还在所述寄生电容充电至设定的第一电压时通过所述上拉电阻上拉电路维持所述寄生电容的电压，且使得所述电感电流保持电路工作，在所述寄生电容放电至设定的第二电压时控制所述开关以使所述对地加强电路工作，且使得所述电感电流保持电路工作。

2.如权利要求1所述数据收发器，其特征在于，所述控制单元还包括用于探测电感电流的电流探测器，所述电流探测器分别与所述电感及时序发生器连接。

3.如权利要求2所述的数据收发器，其特征在于，所述控制模块还包括电感电流补充电路，所述电感电流补充电路包括所述能量储存器和所述电感，通过所述时序发生器控制所述电感电流补充电路中的开关导通以为所述电感补充电流。

4.如权利要求1所述的数据收发器，其特征在于，所述控制模块还包括用于给所述能量储存器充电的电源充电电路，所述电源充电电路包括电源和所述能量储存器，通过所述时序发生器控制所述电源充电电路中的开关导通以为所述能量储存器充电。

5.如权利要求1所述的数据收发器，其特征在于，所述控制模块还包括用于将所述电感中能量回收至所述能量储存器的电感能量回收电路，所述电感能量回收电路包括所述电感和所述能量储存器，通过所述时序发生器控制所述电感能量回收电路中的开关导通以将所述电感中能量回收至所述能量储存器中。

6.如权利要求1所述的数据收发器，其特征在于，所述时序发生器根据输入信号中的上跳沿产生对所述寄生电容充电的控制信号，所述时序发生器根据输入信号中的下跳沿产生对所述寄生电容放电的控制信号。

7.如权利要求1所述的数据收发器，其特征在于，所述能量储存器包括储能电容，所述储能电容通过所述开关阵列、所述电感与所述寄生电容连接，所述储能电容具有接地端。

8.如权利要求1所述的数据收发器，其特征在于，所述时序发生器还在所述寄生电容充电至设定的第一电压时，断开所述电感与所述寄生电容之间的所有开关，通过所述数据收发器的上拉电阻上拉电路维持工作所述寄生电容的电压。

9.如权利要求1-8中任一项所述的数据收发器，其特征在于，所述开关阵列包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，所述第一充电电路上设置有所述第一开关和所述第六开关，所述能量储存器经所述第一开关、所述电感、所述第六开关与所述寄生电容连接，所述第一放电电路上设置有所述第三开关和所述第五开关，所述能量储存器还经所述第三开关、所述电感、所述第五开关与所述寄生电容连接，所述电感具有第一端和第二端，所述第二充电电路上设置有所述第二开关和所述第六开关，所述电感的第一端分别与所述第一开关、所述第五开关连接，该第一端还经所述第二开关接地，所述第二放电电路上设置有所述第五开关和所述第四开关，所述电感的第二端分别与所述第三开关、所述第六开关连接，该第二端还经所述第四开关接地。

10.一种数据收发器的控制方法，用于控制如权利要求1-9中任一项所述的数据收发器，其特征在于，包括：

步骤1、所述控制单元还包括用于探测电感电流的电流探测器，所述电流探测器分别与电感及时序发生器连接，所述数据收发器包括电感电流补充电路，所述电感电流补充电路包括能量储存器和所述电感，通过所述时序发生器控制所述电感电流补充电路中的开关导通以为所述电感预充电，并充至第一电流Imax；

步骤2、当所述数据收发器的所述输入信号为上跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容充电电路工作，直到寄生电容充到设定的第一电压为止，在数据建立状态探测器测到所述寄生电容上电压达到第一电压时，所述时序发生器控制所述开关阵列使得电感电流保持电路工作，同时使得上拉电阻上拉电路工作；

步骤3、当数据收发器的所述输入信号为下跳沿时，所述时序发生器控制所述开关阵列使得电容放电电路工作，直到所述寄生电容放到设定的第二电压为止，在数据建立状态探测器测到所述寄生电容上电压达到第二电压时，所述时序发生器控制所述开关阵列使得所述电感电流保持电路工作，同时使得对地加强电路工作。

11.如权利要求10所述的数据收发器的控制方法，其特征在于，在数据建立状态探测器探测到所述寄生电容上电压达到设定的第一电压时，还控制所述开关阵列使得电源充电电路工作。

12.如权利要求10所述的数据收发器的控制方法，其特征在于，在步骤2中，具体包括：

步骤2.1、当所述数据收发器的所述输入信号为上跳沿时，所述时序发生器控制所述开关阵列使得所述电容充电电路工作，直到所述寄生电容充到设定的第一电压为止；

步骤2.2、在所述数据收发器的所述输入信号为下跳沿前，通过所述电流探测器探测电感电流，如果所述电感中电流小于第二电流Imin,则通过所述时序发生器控制开关使得所述电感电流补充电路工作以补充电感电流，若在输入信号的下跳沿来临前，无法将所述电感中电流补充至第一电流Imax,则对所述电感一直补充至下跳沿来临为止，若在输入信号的下跳沿来临前，能够将所述电感中电流充至第一电流Imax,则将所述电感中电流充至Imax,然后通过所述时序发生器控制开关使得所述电感电流保持电路工作。

13.如权利要求12所述的数据收发器的控制方法，其特征在于，在步骤3中，具体包括：

步骤3.1、当所述数据收发器的所述输入信号为下跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得所述电容放电电路工作，直到所述寄生电容放到设定的第二电压为止；

步骤3.2、在所述数据收发器的所述输入信号的下一个上跳沿来临前，通过所述电流探测器探测电感电流，如果电感中电流小于第二电流Imin,则通过所述时序发生器控制开关使得所述电感电流补充电路工作以补充电感电流，若在输入信号的上跳沿来临前，无法将所述电感中电流补充至第一电流Imax,则对所述电感一直补充至上跳沿来临为止，若在输入信号的上跳沿来临前，能够将所述电感中电流充至第一电流Imax,则将所述电感中电流充至Imax,然后通过所述时序发生器控制开关使得所述电感电流保持电路工作。

14.如权利要求10所述的数据收发器的控制方法，其特征在于，所述控制模块还包括用于将所述电感中能量回收至所述能量储存器的电感能量回收电路，所述电感能量回收电路包括所述电感和所述能量储存器，当电路被关断时，通过所述时序发生器控制所述电感能量回收电路中的开关导通以将所述电感中能量回收至所述能量储存器中。

15.一种收发器系统，包括如权利要求1-9中任一项所述的数据收发器，其特征在于，所述收发器系统中的控制模块的数量为至少两个，所述上拉电阻上拉电路的数量为一个，任一所述控制模块中时序发生器的输入信号以及数据建立状态探测器的输出信号能够与其他控制模块的输出信号、输入信号交换数据。

16.一种数据收发器，其特征在于，包括：上拉电阻上拉电路，包括电源和上拉电阻，所述电源与所述上拉电阻的一端连接，所述电源具有接地端；还包括通过数据线与所述上拉电阻另一端连接的控制模块，该数据线的两端中至少有一端通过设置的第一电容接地，该数据线具有寄生电容，该第一电容及与第一电容并联的所述寄生电容等效为一个第二电容，所述控制模块包括：

电容充电电路，包括第一充电电路和第二充电电路，通过所述第一充电电路或第二充电电路为所述第二电容充电，所述第一充电电路中设置有能量储存器、电感和所述第二电容，该能量储存器具有接地端，所述第二充电电路中设置有所述电感和所述第二电容；

电容放电电路，包括第一放电电路和第二放电电路，通过所述第一放电电路或第二放电电路为所述第二电容放电，所述第一放电电路中设置有所述能量储存器、所述电感和所述第二电容，所述第二放电电路中设置有所述电感和所述第二电容；

电感电流保持电路，用于保持所述电感中的电流；

对地加强电路，用于将所述第二电容接地；

开关阵列，包括多个开关，多个所述开关设置在所述第一充电电路、所述第二充电电路、所述第一放电电路、所述第二放电电路、所述电感电流保持电路和所述对地加强电路中；

控制单元，包括时序发生器和用于探测所述第二电容电压的数据建立状态探测器，所述时序发生器基于所述数据收发器的输入信号的电平跳变状态产生控制所述开关的通断，使得所述电容充电电路或所述电容放电电路导通或断开，所述时序发生器还在所述第二电容充电至设定的第一电压时通过所述上拉电阻上拉电路维持所述第二电容的电压，且使得所述电感电流保持电路工作，在所述第二电容放电至设定的第二电压时控制开关以使所述对地加强电路工作，且使得所述电感电流保持电路工作。

17.一种数据收发器的控制方法，用于控制如权利要求16中所述的数据收发器，其特征在于，包括：

步骤1、所述控制单元还包括用于探测电感电流的电流探测器，所述电流探测器分别与电感及时序发生器连接，所述数据收发器包括电感电流补充电路，所述电感电流补充电路包括能量储存器和所述电感，通过所述时序发生器控制所述电感电流补充电路中的开关导通以为所述电感预充电，并充至第一电流Imax；

步骤2、当所述数据收发器的所述输入信号为上跳沿时，所述时序发生器控制开关阵列使得电容充电电路工作，直到第二电容充到设定的第一电压为止，在数据建立状态探测器测到所述第二电容上电压达到第一电压时，所述时序发生器控制所述开关阵列使得电感电流保持电路工作，同时使得上拉电阻上拉电路工作；

步骤3、当数据收发器的所述输入信号为下跳沿时，所述时序发生器控制所述开关阵列使得电容放电电路工作，直到所述第二电容放到设定的第二电压为止，在数据建立状态探测器测到所述第二电容上电压达到第二电压时，所述时序发生器控制所述开关阵列使得所述电感电流保持电路工作，同时使得对地加强电路工作。

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