CN107256199A - 一种低功耗的单总线电路 - Google Patents

一种低功耗的单总线电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低功耗的单总线电路，目的在于解决单总线电路功耗大的问题，其包括主机设备和从机设备，所述从机设备包括用于和所述主机设备数据交换的数据传输模块以及用于为所述从机设备提供电能的电源转换模块，所述电源转换模块和所述数据传输模块通过单总线与所述主机设备连接。本发明通过用于从机设备和主机设备数据交换的数据传输模块以及用于为从机设备提供电能的电源转换模块，实现了在单总线既能提供电能又能传输数据，降低了单总线电路功耗，具有较佳的节能效果。

Description

一种低功耗的单总线电路
技术领域
本发明涉及电子领域，特别涉及的是一种低功耗的单总线电路。
背景技术
单总线技术是指采用单根信号线，既传输时钟，又传输数据，而且数据传输是双向的，它具有节省输入输出口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。
但是，现有的单总线通常为三线制，即接地线、电源线以及数据线，由于电源线和数据线分置设计，这样整个单总线电路的功耗比较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低功耗的单总线电路，实现了降低单总线电路功耗的目的。
为解决上述问题，本发明提出一种低功耗的单总线电路，包括主机设备和从机设备，所述从机设备还包括用于和所述主机设备数据交换的数据传输模块以及用于为所述从机设备提供电能的电源转换模块，所述电源转换模块和所述数据传输模块通过单总线与所述主机设备连接。
根据本发明的一个实施例，所述主机设备包括主控芯片U1以及电阻Rswi；所述主控芯片U1包括电源端VCC以及接口端SWI，所述主控芯片U1的电源端VCC通过电阻Rswi与接口端SWI连接。
根据本发明的一个实施例，所述主机设备包括电阻R4，所述电阻R4一端连接于电阻Rswi与接口端SWI连接处，另一端与所述从机设备连接。
根据本发明的一个实施例，所述电源转换模块包括稳压器U2，所述稳压器U2包括输入端VIN；
所述电阻R4的另一端通过所述稳压器U2的输入端VIN连接与所述从机设备连接。
根据本发明的一个实施例，所述电源转换模块包括电阻R1、电阻R2、二极管D1以及电容C1；
所述稳压器U2包括输出端VOUT、使能端EN以及接地端GND；
所述二极管D1的正极与输出端VOUT连接，负极与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与数据传输模块连接；
所述电阻R1的一端连接于所述输入端VIN与所述使能端EN的连接处，另一端通过所述电阻R2接地。
根据本发明的一个实施例，所述稳压器U2为低压差稳压器。
根据本发明的一个实施例，所述数据传输模块包括控制芯片U3、场效应管M1以及电阻R3；
所述场效应管M1的漏极连接于电阻R4与所述稳压器U2的输入端VIN的连接处，源极接地，栅极通过电阻R3与控制芯片U3连接。
根据本发明的一个实施例，所述数据传输模块包括控制芯片U3，所述控制芯片U3包括接口端IO、电压参考端VREF、电源端VCC以及接地端GND以及内置的比较器COMP；
所述比较器COMP包括差分信号端DP以及差分信号端DM，所述差分信号端DP连接于电阻R1和电阻R2的连接处，差分信号端DM与电压参考端VREF相连接；
所述场效应管M1的栅极通过电阻R3与控制芯片U3的接口端IO连接；
所述电源端VCC连接于电容C1与二极管D1的连接处，电容C1的另一端与接地端GND并联接地。
根据本发明的一个实施例，所述比较器COMP包括用于向控制芯片U3输入比较结果信号的输出端RCV，所述控制芯片U3根据所述比较结果信号控制所述场效应管M1的工作状态。
根据本发明的一个实施例，所述主控芯片U1为嵌入式芯片。
采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：
本发明一种低功耗的单总线电路通过用于从机设备和主机设备数据交换的数据传输模块以及用于为从机设备提供电能的电源转换模块，实现了在单总线既能提供电能又能传输数据，降低了单总线电路功耗，具有较佳的节能效果。
本发明一种低功耗的单总线电路通过控制芯片U3内置的比较器COMP以及场效应管M1的设置，将电源线和数据线按照不同的位标识合并在了一起，避免了现有技术中电源线和数据线的分置，在一定程度上节省了线材，方便了安装。
附图说明
图1为本发明一实施例的一种低功耗的单总线电路的模块结构示意图；
图2为本发明一实施例的一种低功耗的单总线电路的位编解码示意图。
图中标号说明：
100、主机设备；200、从机设备；201、电源转换模块；203、数据传输模块。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参阅图1，本发明实施例提供一种低功耗的单总线电路，其中，单总线适用于单个主机系统，能够控制一个或多个从机设备。当只有一个从机设备位于单总线上时，主机系统可按照单节点系统操作；而当多个从机设备位于单总线上时，则主机系统按照多节点系统操作。该低功耗的单行线电路主要应用于单节点系统操作。
图1示出了本发明实施例一种低功耗的单总线电路的模块结构示意图，如图1所示，本发明实施例一种低功耗的单总线电路包括主机设备100和从机设备200，其中，主机设备100通过单总线与从机设备200相连接。
主机设备100包括主控芯片U1、电阻R4、电阻R5以及电阻Rswi，其中，主控芯片U1优选为嵌入式芯片。该主控芯片U1包括电源端VCC、接口端SWI以及接地端GND，其中，接口端SWI为RSIO总线的信号名，RSIO总线只需要单根线即可实现主机设备100与从机设备200之间的双向通讯；电源端VCC通过电阻Rswi与接口端SWI连接；电阻R4一端连接于电阻Rswi与接口端SWI连接处，另一端与从机设备200连接；接地端GND通过电阻R5与地连接。
从机设备200包括用于和主机设备100数据交换的数据传输模块203以及用于为从机设备200提供电能的电源转换模块201，其中，电源转换模块201和数据传输模块203通过单总线与主机设备100连接。
具体地，电源转换模块201包括稳压器U2、电阻R1、电阻R2、二极管D1、以及电容C1，其中，稳压器U2包括输入端VIN、输出端VOUT、使能端EN以及接地端GND；输入端VIN通过电阻R4与主机设备100的主控芯片U1的接口端SWI连接；二极管D1的正极与输出端VOUT连接，负极与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与数据传输模块203连接；电阻R1的一端连接于输入端VIN与使能端EN的连接处，另一端通过电阻R2接地；接地端GND则直接接地。
优选地，稳压器U2为低压差稳压器。
数据传输模块203包括控制芯片U3、场效应管M1以及电阻R3，其中，场效应管M1的漏极连接于电阻R4与稳压器U2的输入端VIN的连接处，源极接地，栅极通过电阻R3与控制芯片U3连接。
控制芯片U3包括接口端IO、电压参考端VREF、电源端VCC以及接地端GND以及内置的比较器COMP，其中，比较器COMP包括差分信号端DP、差分信号端DM以及输出端RCV，差分信号端DP连接于电阻R1和电阻R2的连接处，差分信号端DM与电压参考端VREF相连接，输出端RCV，用于向控制芯片U3输入比较结果信号，控制芯片U3根据比较结果信号控制场效应管M1的工作状态；场效应管M1的栅极通过电阻R3与控制芯片U3的接口端IO连接；电源端VCC连接于电容C1与二极管D1的连接处，电容C1的另一端与接地端GND并联接地。
请参阅图2，为便于理解本发明实施例一种低功耗的单总线电路，本发明实施例一种低功耗的单总线电路的工作原理如下：
对于电源转换模块201，其通过稳压器U2对主机设备100通过接口端SWI输出的单总线信号进行转换，再通过串联的二极管D1和电容C1的分压以及旁路使得控制芯片U3的电源端VCC能够获取稳定的工作电源。
对于数据传输模块203，通过电阻R1和电阻R2组成的分压电路以及比较器COMP，使得控制芯片U3能够正常识别信号波形进而进行位同步信号的检测，从而进行相应的编码、解码以及数据的接收、发送。
为了便于理解，本发明实施例以基于脉冲位置调制的变形米勒编码为例进行数据传输模块203具体工作细节的理解，其中，变形米勒编码是将米勒编码的正/负脉冲跳变使用负脉冲来代替，在半个位周期内的负跳变表示‘1’，不发生跳变表示‘0’，正脉冲跳变则作为位周期同步信号。
如图2所示，假设主机设备100的接口端SWI提供占空比为75％、峰峰值为VL至VH、频率100KHz的载波信号，主机设备100、从机设备200的信息传输均在该载波信号上完成调制解调，其具体工作如下：
从机设备200的接收阶段：通过比较器COMP在t0/t0′处正确识别到位同步信号后，在二分之一载波周期内(t1-t2/t1′-t2′)检测是否有下降沿变化，以识别当前传输位的‘0’或‘1’状态。
从机设备200的发送阶段：通过电阻R1以及数据传输模块203的场效应管M1、控制芯片U3的接口端IO完成对待发送数据的编码与调制，在发送时，从机设备200通过比较器COMP检测到位同步信号(t0/t0′)后，在二分之一载波周期位置完成对当前传输位的‘0’或‘1’的IO驱动。
进一步地，对于解码过程，根据变形米勒编码规则，数据位‘1’传输时，电平在二分之一周期位置处产生一个下降沿变化，数据位‘0’传输时，电平在二分之一周期位置处无变化。通过比较器COMP检测到位同步信号后，比较器COMP输出端RCV的比较结果信号被控制芯片U3检测到。在后续的二分之一周期内，电平的负脉冲跳变表示‘1’，电平无跳变表示‘0’，控制芯片U3可以按照此规则进行位解码，得到主机设备100传输的二进制数据，然后将二进制数据转换成十六进制，完成整个单总线数据解码过程。
与现有技术相比，本发明实施例一种低功耗的单总线电路具有如下有益效果：
本发明一种低功耗的单总线电路通过用于从机设备200和主机设备100数据交换的数据传输模块203以及用于为从机设备200提供电能的电源转换模块201，实现了在单总线既能提供电能又能传输数据，降低了单总线电路功耗，具有较佳的节能效果。
本发明一种低功耗的单总线电路通过控制芯片U3内置的比较器COMP以及场效应管M1的设置，将电源线和数据线按照不同的位信息合并在了一起，避免了现有技术中电源线和数据线的分置，在一定程度上节省了线材，方便了安装。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种低功耗的单总线电路，包括主机设备和从机设备，其特征在于：所述从机设备包括用于和所述主机设备数据交换的数据传输模块以及用于为所述从机设备提供电能的电源转换模块，所述电源转换模块和所述数据传输模块通过单总线与所述主机设备连接。
2.如权利要求1所述的低功耗的单总线电路，其特征在于：所述主机设备包括主控芯片U1以及电阻Rswi；所述主控芯片U1包括电源端VCC以及接口端SWI，所述主控芯片U1的电源端VCC通过电阻Rswi与接口端SWI连接。
3.如权利要求2所述的低功耗的单总线电路，其特征在于：所述主机设备包括电阻R4，所述电阻R4一端连接于电阻Rswi与接口端SWI连接处，另一端与所述从机设备连接。
4.如权利要求3所述的低功耗的单总线电路，其特征在于：所述电源转换模块包括稳压器U2，所述稳压器U2包括输入端VIN；
所述电阻R4的另一端通过所述稳压器U2的输入端VIN连接与所述从机设备连接。
5.如权利要求4所述的低功耗的单总线电路，其特征在于：所述电源转换模块包括电阻R1、电阻R2、二极管D1以及电容C1；
所述稳压器U2包括输出端VOUT、使能端EN以及接地端GND；
所述二极管D1的正极与输出端VOUT连接，负极与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与数据传输模块连接；
所述电阻R1的一端连接于所述输入端VIN与所述使能端EN的连接处，另一端通过所述电阻R2接地。
6.如权利要求5所述的低功耗的单总线电路，其特征在于：所述稳压器U2为低压差稳压器。
7.如权利要求5所述的低功耗的单总线电路，其特征在于：所述数据传输模块包括控制芯片U3、场效应管M1以及电阻R3；
所述场效应管M1的漏极连接于电阻R4与所述稳压器U2的输入端VIN的连接处，源极接地，栅极通过电阻R3与控制芯片U3连接。
8.如权利要求7所述的低功耗的单总线电路，其特征在于：所述数据传输模块包括控制芯片U3，所述控制芯片U3包括接口端IO、电压参考端VREF、电源端VCC以及接地端GND以及内置的比较器COMP；
所述比较器COMP包括差分信号端DP以及差分信号端DM，所述差分信号端DP连接于电阻R1和电阻R2的连接处，差分信号端DM与电压参考端VREF相连接；
所述场效应管M1的栅极通过电阻R3与控制芯片U3的接口端IO连接；
所述电源端VCC连接于电容C1与二极管D1的连接处，电容C1的另一端与接地端GND并联接地。
9.如权利要求7所述的低功耗的单总线电路，其特征在于：所述比较器COMP包括用于向控制芯片U3输入比较结果信号的输出端RCV，所述控制芯片U3根据所述比较结果信号控制所述场效应管M1的工作状态。
10.如权利要求2-9任意一项所述的低功耗的单总线电路，其特征在于：所述主控芯片U1为嵌入式芯片。
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