CN107490765A - 一种用于电池监控系统的spi接口电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于电池监控系统的SPI接口电路，包括接口单元和其它单元，接口单元与其它单元逐级相连；接口单元通过电压模式信号与外部连接；接口单元、其它单元之间通过电流模式信号连接。本发明具有的优点是具有较高的抗电磁干扰特性，结构简单，系统实现容易。

Description

一种用于电池监控系统的SPI接口电路
技术领域
本发明设计芯片设计领域，具体设计一种用于电池监控系统的SPI接口电路。
背景技术
在电池监控系统中，多个级联的电池管理芯片(Battery Monitor IC，BMIC)需要与微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)进行通信，以获得电池单元的电压、温度和电流等的信息。但是，如果在在电池监控系统中有多个级联的电池管理芯片BMIC时，总线接口的设计是非常困难的，如图1所示。电池组由多达96个锂离子电池单元串联提供近400V的总电压。在电池的级联链中，每个BMIC的电压域是不同的，这将给数据总线接口电路的设计带来很大的挑战。SPI接口(串行外设接口Serial Peripheral Interface，SPI)是一个广泛使用在BMIC和MCU之间通信的串行接口技术。然而，如果BMIC通过SPI接口直接连接到MCU，在BMIC和MCU之间必须设置有诸如光耦器件或磁耦合器件等通信隔离器件。但是这将导致系统的可靠性降低、成本提高。菊花链模式下的SPI总线配置可以显著降低与MCU的连接接口数量。
在参考文献(X.F.Wang,H.Zhang,L.Zhang,J.R.Zhang,and Y.Hao:IEEEInt.Conf.on Solid-State and Integrated Circuit Technology(2014))中提出一个电流模式菊花链SPI接口在BMIC之间发送信号，用于解决不同的高电压域的通信问题。但是，在电动汽车(EV)和混合动力电动汽车的应用环境中，电磁干扰(EMI)问题非常明显，在抗EMI方面文献并没有提出有效的解决方法。
发明内容
为解决上述问题，并获得更稳定的通信，一个高EMS(电磁化率)SPI接口电路在本文介绍。
本发明提出了一种用于电池监控系统的SPI接口电路具体解决方案如下：
一种用于电池监控系统的SPI接口电路，包括接口单元和其它单元，接口单元与其它单元逐级相连；接口单元通过电压模式信号与外部连接；接口单元、其它单元之间通过电流模式信号连接。
优选的，所述接口单元和其它单元包括非数据信号接口单元和非数据信号单元、数据信号接口单元和数据信号单元。
更进一步优选的，所述非数据信号接口单元为CS/SCLK接口单元；所述非数据信号单元为CS/SCLK单元；所述数据信号接口单元为SDI接口单元和SDO接口单元；所述数据信号单元为SDI单元和SDO接口单元。
进一步优选的，CS/SCLK接口单元接收来自外部的电压模式CS/SCLK信号；并使用电压模式CS/SCLK信号作为本地的SPI逻辑信号；同时，电压模式CS/SCLK信号在CS/SCLK接口单元转换为电流模式CS/SCLK信号并传送给上一级CS/SCLK单元。
进一步优选的，对于CS/SCLK单元，接收的电流模式的CS/SCLK信号，在本级的CS/SCLK单元中转换为电压模式CS/SCLK信号进行处理并过滤EMS作为本地的SPI逻辑信号；同时，电压模式CS/SCLK信号在本级的CS/SCLK单元转换为电流模式CS/SCLK信号并传送给更上一级的CS/SCLK单元。
进一步优选的，对于SDI接口单元：SDI接口单元接收来外部的电压模式SDI信号；并使用电压模式SDI信号作为本地的SPI逻辑信号；同时，电压模式SDI信号在SDI接口单元转换为电流模式SDI信号并传送给上一级SDI单元。
进一步优选的，对于SDI单元：电流模式SDI信号在本级SDI单元中转换为电压模式SDI信号进行处理并过滤EMS作为本地的SPI逻辑信号；同时，电压模式SDI信号在本级的SDI单元转换为电流模式SDI信号并传送给更上一级的SDI单元。
进一步优选的，对于SDO单元：高一级的SDO单元在本级中将电压模式SDO信号转换为电流模式SDO信号并传送给下一级SDO单元；下一级SDI单元将电流模式SDO信号在本级SDO单元中转换为电压模式SDI信号进行处理并过滤EMS后，作为本地的SPO逻辑信号；同时，电压模式SDO信号在本级的SDO单元转换为电流模式SDO信号并传送给更下一级的SDO单元；直至传送到SDO接口单元。
进一步优选的，对于SDO接口单元：在SDO接口单元中，电流模式SDO信号在SDO接口单元中转换为电压模式SDO信号进行处理后发送给外部。
更进一步优选的，所述CS/SCLK接口单元包括第一SPI从控制器、开关K11以及电流源Ibias11；来自外部的电压模式控制信号CS/SCLK连接第一SPI从控制器，经第一SPI从控制器处理后输出控制开关K11；开关K11的一端连接电流源Ibias11，开关K11的另一端接输出端OUT；电流源Ibias11的一端接开关K11，电流源Ibias11的另一端接地gnd。
更进一步优选的，所述CS/SCLK单元包括第一电流电压转换电路、第一滤波器、第一SPI从控制器、开关K12以及电流源Ibias12；输入信号IN连接第一电流电压转换电路、第一电流电压转换电路连接第一滤波器；第一滤波器连接第一SPI从控制器同时控制开关K12；开关K12的一端连接电流源Ibias12，开关K12的另一端接输出端OUT；电流源Ibias12的一端接开关K12，电流源Ibias12的另一端接地gnd。
更进一步优选的，所述SDI接口单元包括第二SPI从控制器、第二移位寄存器、开关K21以及电流源Ibias21；来自外部的电压模式数据信号SDI连接第二SPI从控制器；第二SPI从控制器连接第二移位寄存器；第二移位寄存器控制开关K21；开关K21的一端连接电流源Ibias21，开关K21的另一端接输出端OUT；电流源Ibias21的一端接开关K21，电流源Ibias21的另一端接地gnd。
更进一步优选的，所述SDI单元包括第二电流电压转换电路、第二滤波器、第二SPI从控制器、第二移位寄存器、开关K22以及电流源Ibias22；输入信号IN连接第二电流电压转换电路、第二电流电压转换电路连接第二滤波器；第二滤波器连接第二SPI从控制器、第二SPI从控制器控制开关K22；开关K22的一端连接电流源Ibias22，开关K22的另一端接输出端OUT；电流源Ibias22的一端接开关K22，电流源Ibias22的另一端接地gnd。
更进一步优选的，所述SDO单元包括第三电流电压转换电路、第三滤波器、第三SPI从控制器、结果寄存器、多路选择器、第三移位寄存器、开关K32以及电流源Ibias32；输入信号IN连接第三电流电压转换电路、第三电流电压转换电路连接第三滤波器；第三滤波器连接第三SPI从控制器、第三SPI从控制器连接多路选择器的一个输入端、结果寄存器连接多路选择器的另一个输入端、多路选择器的输出连接第三移位寄存器、第三移位寄存器的输出控制开关K32；开关K32的一端连接电流源Ibias32，开关K32的另一端接输出端OUT；电流源Ibias32的一端接开关K32，电流源Ibias32的另一端接电源vdd。
更进一步优选的，所述SDO接口单元包括第三电流电压转换电路、第三滤波器、结果寄存器、多路选择器、第三移位寄存器；输入信号IN连接第三电流电压转换电路、第三电流电压转换电路连接第三滤波器；第三滤波器连接多路选择器的一个输入端、结果寄存器连接多路选择器的另一个输入端、多路选择器的输出为信号SDO。
根据一个优选实施方案，更进一步优选的，所述第一电流电压转换电路或第二电流电压转换电路具体为：NMOS管Mu1和Mu2组成电流镜，Mu2是二极管连接；PMOS管Mu3、Mu4和Mu5组成电流镜；Mu3是二极管连接；NMOS管Mu6和Mu7组成电流镜，Mu6是二极管连接；输入电流Iin通过Mu1的源级输入，流过Mu1的电流通过Mu3镜像给Mu5；流过Mu5的电流又通过Mu6镜像给Mu7；Mu7的漏极通过连接栅极接偏置电压Vubp的PMOS管Mu8的漏极后转换为输出电压Vout。
根据一个优选实施方案，更进一步优选的，所述第一滤波器、第二滤波器或第三滤波器包括NMOS管Mu1和Mu12、PMOS管Mu13和Mu14、电容Cu1和Cu2、史密斯触发器Iu1和脉冲宽度检测模块Iu2；连接关系为NMOS管Mu12和PMOS管Mu13组成为推挽放大器。输入电压Vin接Mu12和Mu13的栅极；Mu11的漏极接Mu12的源级，Mu11的源极接地Vss，Mu11的栅极接偏置电压Vfbn；Mu14的漏极接Mu13的源级，Mu14的源极接电源Vdd，Mu14的栅极接偏置电压Vfbp；Mu12和Mu13的漏极、电容Cu1的一端和Cu2的一端连接在一起输入给史密斯触发器Iu1；电容Cu1的另一端接地Vss；Cu2的另一端接电源Vdd；史密斯触发器Iu1的输出通过脉冲宽度检测模块Iu2后作为输出电压Vout。
上述脉冲宽度检测模块Iu2的作用是检测一定宽度的脉冲信号，避免噪声干扰。
根据一个优选实施方案，更进一步优选的，所述第三电流电压转换电路包括PMOS管Md1和Md2组成电流镜；Md2是二极管连接；NMOS管Md3、Md4和Md6组成电流镜，Md3是二极管连接；输入电流Iin通过Md1的源级输入，流过Md1的电流通过Md1镜像给Md6；Md6的漏极通过连接栅极接偏置电压Vdbp的PMOS管Md5的漏极后转换为输出电压Vout。
根据一个优选实施方案，更进一步优选的，所述Md1、Md2、Md3、Md4和Md6为高压MOS管。
本发明具有以下优点：具有较高的抗电磁干扰特性，结构简单，系统实现容易。
附图说明
图1为用于电池监控系统的SPI接口电路的现有技术。
图2为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的框图。
图3为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的CS/SCLK接口单元原理图。
图4为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的CS/SCLK单元原理图。
图5为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的SDI接口单元原理图。
图6为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的SDI单元原理图。
图7为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的SDO单元原理图。
图8为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的SDO接口单元原理图。
图9为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的电流源原理图之一。
图10为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的下级向上级传送电流电压转换电路原理图。
图11为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的滤波器原理图。
图12为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的下级向上级传送具体实施例。
图13为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的电流源原理图之二。
图14为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的上级向下级传送电流电压转换电路原理图。
图15为本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的上级向下级传送具体实施例。
具体实施方式
基础知识介绍：
SPI是串行通讯协议：SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是数据信号和非数据信号。数据信号包括SDI(数据输入)和SDO(数据输出)；非数据信号包括时钟信号SCLK和控制信号即片选信号CS。
(1)SDO–主设备数据输出，从设备数据输入；
(2)SDI–主设备数据输入，从设备数据输出；
(3)SCLK–时钟信号，由主设备产生；
(4)CS–片选信号(又可称之为：从设备使能信号)，由主设备控制。
其中，CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位)，对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。
接下来就是负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCLK时钟线存在的原因，由SCLK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次)，就可以完成8位数据的传输。
要注意的是，SCLK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCLK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCLK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细、完整地说明。
本发明的思想是基于SPI接口通过电流模式逐级进行信号的传送和接收。用一个四线电流模式的SPI接口实现。如图2本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的框图所示。与MCU直接相连的接口设置接口单元，接口单元通过电压模式信号与MCU相连。其余逐级相连的单元通过电流模式相连接。
具体的：如图2a所示，对于信号CS和SCLK(图2a中用CS/SCLK示意)。与MCU直接相连的单元设置为CS/SCLK接口单元，其余的为CS/SCLK单元，CS/SCLK接口单元与CS/SCLK单元逐级相连。
对于信号CS和SCLK，实际工作时：
对于CS/SCLK接口单元：CS/SCLK接口单元接收来自MCU的电压模式CS/SCLK信号。并使用电压模式CS/SCLK信号作为本地的SPI逻辑信号。同时，电压模式CS/SCLK信号在CS/SCLK接口单元转换为电流模式CS/SCLK信号并传送给上一级CS/SCLK单元。
对于CS/SCLK单元：接收的电流模式CS/SCLK信号在本级的CS/SCLK单元中转换为电压模式CS/SCLK信号进行处理并过滤EMS作为本地的SPI逻辑信号。同时，电压模式CS/SCLK信号在本级的CS/SCLK单元转换为电流模式CS/SCLK信号并传送给更上一级的CS/SCLK单元。
如图2b所示，对于从MCU至BMIC的写入数据信号SDI。与MCU直接相连的单元设置为SDI接口单元，其余的为SDI单元，SDI接口单元与SDI单元逐级相连。
对于数据信号SDI，实际工作时：
对于SDI接口单元：SDI接口单元接收来自MCU的电压模式SDI信号。并使用电压模式SDI信号作为本地的SPI逻辑信号。同时，电压模式SDI信号在SDI接口单元转换为电流模式SDI信号并传送给上一级SDI单元。
对于SDI单元：电流模式SDI信号在本级SDI单元中转换为电压模式SDI信号进行处理并过滤EMS作为本地的SPI逻辑信号。同时，电压模式SDI信号在本级的SDI单元转换为电流模式SDI信号并传送给更上一级的SDI单元。
如图2c所示，对于从BMIC至MCU的读出数据信号SDO。与MCU直接相连的单元设置为SDO接口单元，其余的为SDO单元，SDO接口单元与SDO单元逐级相连。SDO是从高一级的SDO单元到低一级SDO单元直至SDO接口单元，SDO接口单元最后连接到MCU。读出数据信号SDO与写入数据信号SDI是相反的方式。
对于数据信号SDO，实际工作时：
对于SDO单元：高一级的SDO单元在本级中将电压模式SDO信号转换为电流模式SDO信号并传送给下一级SDO单元。下一级SDI单元将电流模式SDO信号在本级SDO单元中转换为电压模式SDI信号进行处理并过滤EMS后，作为本地的SPO逻辑信号。同时，电压模式SDO信号在本级的SDO单元转换为电流模式SDO信号并传送给更下一级的SDO单元。直至传送到SDO接口单元。
对于SDO接口单元：在SDO接口单元中，电流模式SDO信号在SDO接口单元中转换为电压模式SDO信号进行处理后发送给MCU。
这里需要说明的是：同一级的CS/SCLK单元、同一级的SDI单元和同一级的SDO单元一起相当于一个BMIC(或者CS/SCLK接口单元、SDI接口单元和SDO接口单元一起相当于一个BMIC)。同一级的SDI单元和同一级的SDO单元受同一级的CS/SCLK单元中的CS/SCLK信号控制(或者SDI接口单元和SDO接口单元受CS/SCLK接口单元中的CS/SCLK信号控制)。
下面对于各模块做具体介绍：
如图3本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的CS/SCLK接口单元原理图所示。CS/SCLK接口单元包括第一SPI从控制器、开关K11以及电流源Ibias11。来自MCU的电压模式控制信号CS/SCLK连接第一SPI从控制器，经第一SPI从控制器处理后输出控制开关K11；开关K11的一端连接电流源Ibias11，开关K11的另一端接输出端OUT；电流源Ibias11的一端接开关K11，电流源Ibias11的另一端接地gnd。
CS/SCLK接口单元工作时，CS/SCLK接口单元接收来自MCU的电压模式控制信号CS/SCLK。电压模式CS/SCLK信号作为本地的SPI逻辑信号控制第一SPI从控制器。第一SPI从控制器通过控制改变开关K11的导通状态，将电流源Ibias11作为输出信号OUT。从而实现电压模式CS/SCLK信号到电流模式CS/SCLK信号的转变。并输出给上一级CS/SCLK单元。
如图4本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的CS/SCLK单元原理图所示。CS/SCLK单元包括第一电流电压转换电路、第一滤波器、第一SPI从控制器、开关K12以及电流源Ibias12。输入信号IN连接第一电流电压转换电路、第一电流电压转换电路连接第一滤波器；第一滤波器连接第一SPI从控制器同时控制开关K12；开关K12的一端连接电流源Ibias12，开关K12的另一端接输出端OUT；电流源Ibias12的一端接开关K12，电流源Ibias12的另一端接地gnd。
CS/SCLK单元工作时，输入信号IN通过第一电流电压转换电路将电流信号转换为电压信号，第一电流电压转换电路转换的电压信号经第一滤波器滤波后作为本地的SPI逻辑信号控制第一SPI从控制器并同时同时控制开关K12；通过控制改变开关K12的导通状态，将电流源Ibias12作为输出信号OUT。从而实现电压模式CS/SCLK信号到电流模式CS/SCLK信号的转变。并输出给上一级CS/SCLK单元。
如图5本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的SDI接口单元原理图所示。SDI接口单元包括第二SPI从控制器、第二移位寄存器、开关K21以及电流源Ibias21。来自MCU的电压模式数据信号SDI连接第二SPI从控制器；第二SPI从控制器连接第二移位寄存器；第二移位寄存器控制开关K21；开关K21的一端连接电流源Ibias21，开关K21的另一端接输出端OUT；电流源Ibias21的一端接开关K21，电流源Ibias21的另一端接地gnd。
SDI接口单元工作时，SDI接口单元接收来自MCU的电压模式的数据信号SDI。电压模式SDI信号作为本地的SPI逻辑信号控制第二SPI从控制器。第二SPI从控制器的输出通过第二移位寄存器移位寄存后控制开关K21的导通状态，将电流源Ibias21作为输出信号OUT。从而实现电压模式SDI信号到电流模式SDI信号的转变。并输出给上一级SDI单元。
如图6本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的SDI单元原理图所示。SDI单元包括第二电流电压转换电路、第二滤波器、第二SPI从控制器、第二移位寄存器、开关K22以及电流源Ibias22。输入信号IN连接第二电流电压转换电路、第二电流电压转换电路连接第二滤波器；第二滤波器连接第二SPI从控制器、第二SPI从控制器控制开关K22；开关K22的一端连接电流源Ibias22，开关K22的另一端接输出端OUT；电流源Ibias22的一端接开关K22，电流源Ibias22的另一端接地gnd。
SDI单元工作时，输入信号IN通过第二电流电压转换电路将电流信号转换为电压信号，第二电流电压转换电路转换的电压信号经第二滤波器滤波后作为本地的SPI逻辑信号控制第二SPI从控制器；第二SPI从控制器的输出通过第二移位寄存器移位寄存后控制开关K22的导通状态，将电流源Ibias22作为输出信号OUT。从而实现电压模式SDI信号到电流模式SDI信号的转变。并输出给上一级SDI单元。
如图7本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的SDO单元原理图所示。SDO单元包括第三电流电压转换电路、第三滤波器、第三SPI从控制器、结果寄存器、多路选择器、第三移位寄存器、开关K32以及电流源Ibias32。输入信号IN连接第三电流电压转换电路、第三电流电压转换电路连接第三滤波器；第三滤波器连接第三SPI从控制器、第三SPI从控制器连接多路选择器的一个输入端、结果寄存器连接多路选择器的另一个输入端、多路选择器的输出连接第三移位寄存器、第三移位寄存器的输出控制开关K32；开关K32的一端连接电流源Ibias32，开关K32的另一端接输出端OUT；电流源Ibias32的一端接开关K32，电流源Ibias32的另一端接电源vdd。
SDO单元工作时，输入信号IN通过第三电流电压转换电路将电流信号转换为电压信号，第三电流电压转换电路转换的电压信号经第三滤波器滤波后作为本地的SPI逻辑信号控制第三SPI从控制器；多路选择器通过选择输出第三SPI从控制器中的数据或者结果寄存器中的数据；多路选择器的输出通过第三移位寄存器移位寄存后控制开关K32的导通状态，将电流源Ibias32作为输出信号OUT。从而实现电压模式SDO信号到电流模式SDO信号的转变。并输出给下一级的SDO单元。
如图8本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的SDO接口单元原理图所示。SDO接口单元包括第三电流电压转换电路、第三滤波器、结果寄存器、多路选择器、第三移位寄存器。输入信号IN连接第三电流电压转换电路、第三电流电压转换电路连接第三滤波器；第三滤波器连接多路选择器的一个输入端、结果寄存器连接多路选择器的另一个输入端、多路选择器的输出为信号SDO。
SDO接口单元工作时，SDO接口单元接收来上一级的输入信号IN，输入信号IN通过第三电流电压转换电路将电流信号转换为电压信号，第三电流电压转换电路转换的电压信号经第三滤波器滤波；多路选择器通过选择输出第三滤波器滤波后的数据或者结果寄存器中的数据；多路选择器的输出通过第三移位寄存器移位作为最终的SDO信号。此时的输出信号SDO为电压模式的信号可以直接发送给MCU。
需要说明的是：上述提及的第一SPI从控制器、第二SPI从控制器以及第三SPI从控制器为相同的结构；第一电流电压转换电路、第二电流电压转换电路以及第三电流电压转换电路为相同的结构；第一滤波器、第二滤波器以及第三滤波器为相同的结构；第二移位寄存器和第三移位寄存器为相同的结构；这些相似结构的模块在同一级的电路(例如同一级的同一级的CS/SCLK单元、同一级的SDI单元和同一级的SDO单元)中均可以共用。
同时第一SPI从控制器、第二SPI从控制器以及第三SPI、第二移位寄存器和第三移位寄存器、结果寄存器以及多路选择器是通用的数字电路，在这里就不做详细介绍了。
对于从下一级向上一级传输的信号SCLK、CS和SDI，它们相关模块中的电流源以及与电流源相连的开关K、滤波器是一样的。在这里做更进一步的介绍。
对于从下一级向上一级传输的信号SCLK、CS和SDI，它们的电流源(如前述Ibias11、Ibias12、Ibias21或Ibias22)及其开关(如前述开关K11、开关K12、开关K21或开关K22)如图9本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的电流源原理图之一所示。这里的电流源也可以称作电流沉(current sink)。NMOS管Md1在这里作为开关管使用。这里有两个电流源分别为IsinkH和IsinkL。电流源IsinkL始终接输出端Iout。需要强调的是，这里电流源IsinkL始终接入的原因是给电路提供合适的静态工作电流。电流源IsinkH接NMOS管Md1的源级，即意味着NMOS管Md1的导通或关断状态决定着电流源IsinkH是否连接到输出端Iout。需要强调的是这里的NMOS管Md1为高压管，具体原因见后面实施例的解释。NMOS管Md1的导通或关断状态受栅极的电压信号Vk控制。
对于电流电压转换电路(如前所述第一电流电压转换电路或第二电流电压转换电路)，如图10本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的下级向上级传送电流电压转换电路原理图所示。它的主要思想是将输入电流通过电流镜镜像后装换为输出电压。由图知NMOS管Mu1和Mu2组成电流镜，Mu2是二极管连接；PMOS管Mu3、Mu4和Mu5组成电流镜；Mu3是二极管连接；NMOS管Mu6和Mu7组成电流镜，Mu6是二极管连接；输入电流Iin通过Mu1的源级输入，流过Mu1的电流通过Mu3镜像给Mu5；流过Mu5的电流又通过Mu6镜像给Mu7；Mu7的漏极通过连接栅极接偏置电压Vubp的PMOS管Mu8的漏极后转换为输出电压Vout。
对于滤波器电流(第一滤波器、第二滤波器或第三滤波器)，如图11本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的滤波器原理图所示。输入电压Vin通过推挽连接的放大器放大经电容滤波后依次通过史密斯触发器Iu1和脉冲宽度检测模块Iu2后输出Vout。具体包括NMOS管Mu1和Mu12、PMOS管Mu13和Mu14、电容Cu1和Cu2、史密斯触发器Iu1和脉冲宽度检测模块Iu2。连接关系为NMOS管Mu12和PMOS管Mu13组成为推挽放大器。输入电压Vin接Mu12和Mu13的栅极；Mu11的漏极接Mu12的源级，Mu11的源极接地Vss，Mu11的栅极接偏置电压Vfbn；Mu14的漏极接Mu13的源级，Mu14的源极接电源Vdd，Mu14的栅极接偏置电压Vfbp；Mu12和Mu13的漏极、电容Cu1的一端和Cu2的一端连接在一起输入给史密斯触发器Iu1；电容Cu1的另一端接地Vss；Cu2的另一端接电源Vdd；史密斯触发器Iu1的输出通过脉冲宽度检测模块Iu2后作为输出电压Vout。这里脉冲宽度检测模块Iu2的作用是检测一定宽度的脉冲信号，避免噪声干扰。
下面是下一级向上一级传输的信号SCLK、CS和SDI，它们传送电流以及电流转换为电压及其滤波的一个具体实施例的介绍。如图12本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的下级向上级传送具体实施例所示。虚线框分别标注了下一级模块和上一级模块。需要说明的是对于下一级模块和上一级模块的电压和地。当它们处于不同级联级别时，它们的电源和地是不同的。如图中上一级模块中的电源Vdd2为35V、地Vss2为30V；下一级模块中地Vss1为0V。这里需要强调的是这里的电源、地的电压值是相对的，因为所处的级数不同而不同。例如，如果多个模块级联，最下面一级的地为0V，上一级的地为第一级的电源，再上一级的地为上一级的电源。因此电流源中的NMOS管Md1的承受的电压会很大，因此为高压管。同时上一级模块可能因为处于级联中并没有监控锂电池，此时所以它的电源Vdd2可能为0V(连接到地)，为了防止电流下一级的电流倒流到地，在电流电压转换电流中输入Iin和NMOS管Mu1的源级之间连接了齐纳二极管Z1；输入Iin接齐纳二极管Z1的负极；Mu1的源级接齐纳二极管Z1的正极。但是，如果只在Mu1和Mu2的一个MOS管的源级接齐纳二极管的话，它们会不匹配，造成电路工作偏差，因此在Mu2和地(这里的地为图中上一级的地)之间连接齐纳二极管Z2；Mu2的源级接齐纳二极管Z2的正极，齐纳二极管Z1的负极接地。
另外还需要注意的是，前述Mu11的栅极接偏置电压Vfbn；Mu14的栅极接偏置电压Vfbp；这里Mu14的栅极电压直接连接电流电压转换电路中的偏置电压Vubp作为前述的偏置电压Vfbp。偏置电压Vubp通过PMOS管Mu9产生电流，Mu9产生的电流通过NMOS管Mu10产生偏置电压作为前述的偏置电压Vfbn连接Mu11的栅极。
对于从上一级向下一级传输的信号SDO，它们的电流源(如前述Ibias32)及其开关(如前述开关K32)，如图13本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的电流源原理图之二。与下级向上级电流源原理类似。PMOS管Mu1在这里作为开关管使用。这里有两个电流源分别为IsourceH和IsourceL。电流源IsourceL始终接输出端Iout(电流源IsinkL始终接入的原因是给电路提供合适的静态工作电流)；电流源IsourceH接PMOS管Mu1的源级，即意味着PMOS管Mu1的导通或关断状态决定着电流源IsourceH是否连接到输出端Iout。PMOS管Mu1的导通或关断状态受栅极的电压信号Vk控制。
对于电流电压转换电路(如前所述第三电流电压转换电路)，如图14本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的上级向下级传送电流电压转换电路原理图。与下级向上级传送电流电压转换电路原理类似。它的主要思想也是将输入电流通过电流镜镜像后装换为输出电压。由图知PMOS管Md1和Md2组成电流镜；Md2是二极管连接；NMOS管Md3、Md4和Md6组成电流镜，Md3是二极管连接；输入电流Iin通过Md1的源级输入，流过Md1的电流通过Md1镜像给Md6；Md6的漏极通过连接栅极接偏置电压Vdbp的PMOS管Md5的漏极后转换为输出电压Vout。需要说明的是Md2的源级接单独的电源Vpp，这主要是因为级联的原因，另外Md1、Md2、Md3、Md4和Md6为高压MOS管也是因为级联的原因，具体见后面实施例的解释。
下面是上一级向下一级传输的信号SDO，它们传送电流以及电流转换为电压及其滤波的一个具体实施例的介绍。如图15本发明用于电池监控系统的SPI接口电路的上级向下级传送具体实施例。虚线框分别标注了下一级模块和上一级模块。与下级向上级传送实施例类似。需要说明的是对于下一级模块和上一级模块的电压和地。当它们处于不同级联级别时，它们的电源和地是不同的。如图中上一级模块中的电源Vdd2为35V；下一级模块中地Vdd1为5V；Vss1为0V；同时下一级的Vpp为30V，这主要是为了和上一级的地(上一级的地的电压为30V图中并未示意)的电压保持一致。因为电流电压转换电路中Md1的源级直接与上一级电路相连，因此下一级电流电压转换电路中Md1、Md2、Md3、Md4和Md6为高压MOS管。
另外还需要注意的是，前述Mu11的栅极接偏置电压Vfbn；Mu14的栅极接偏置电压Vfbp；这里Mu14的栅极电压直接连接电流电压转换电路中的偏置电压Vdbp作为前述的偏置电压Vfbp。偏置电压Vdbp通过PMOS管Md8产生电流，Md8产生的电流通过NMOS管Md7产生的偏置电压作为前述的偏置电压Vfbn连接Mu11的栅极。
本发明的优点是：具有较高的抗电磁干扰特性，结构简单，系统实现容易。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于电池监控系统的SPI接口电路，其特征在于：包括接口单元和其它单元，接口单元与其它单元逐级相连；接口单元通过电压模式信号与外部连接；接口单元、其它单元之间通过电流模式信号连接。
2.如权利要求1所述的一种用于电池监控系统的SPI接口电路，其特征在于：所述接口单元和其它单元包括非数据信号接口单元和非数据信号单元、数据信号接口单元和数据信号单元。
3.如权利要求2所述的一种用于电池监控系统的SPI接口电路，其特征在于：所述非数据信号接口单元为CS/SCLK接口单元；所述非数据信号单元为CS/SCLK单元；所述数据信号接口单元为SDI接口单元和SDO接口单元；所述数据信号单元为SDI单元和SDO接口单元。
4.如权利要求3所述的一种用于电池监控系统的SPI接口电路，其特征在于： CS/SCLK接口单元接收来自外部的电压模式CS/SCLK信号；并使用电压模式CS/SCLK信号作为本地的SPI逻辑信号；同时，电压模式CS/SCLK信号在CS/SCLK接口单元转换为电流模式CS/SCLK信号并传送给上一级CS/SCLK单元。
5.如权利要求3所述的一种用于电池监控系统的SPI接口电路，其特征在于： CS/SCLK单元中，接收的电流模式的CS/SCLK信号，在本级的CS/SCLK单元中转换为电压模式CS/SCLK信号进行处理并过滤EMS作为本地的SPI逻辑信号；同时，电压模式CS/SCLK信号在本级的CS/SCLK单元转换为电流模式CS/SCLK信号并传送给更上一级的CS/SCLK单元。
6.如权利要求3所述的一种用于电池监控系统的SPI接口电路，其特征在于： SDI接口单元接收来外部的电压模式SDI信号；并使用电压模式SDI信号作为本地的SPI逻辑信号；同时，电压模式SDI信号在SDI接口单元转换为电流模式SDI信号并传送给上一级SDI单元。
7.如权利要求3所述的一种用于电池监控系统的SPI接口电路，其特征在于： SDI单元中，电流模式SDI信号在本级SDI单元中转换为电压模式SDI信号进行处理并过滤EMS作为本地的SPI逻辑信号；同时，电压模式SDI信号在本级的SDI单元转换为电流模式SDI信号并传送给更上一级的SDI单元。
8.如权利要求3所述的一种用于电池监控系统的SPI接口电路，其特征在于：对于SDO单元，高一级的SDO单元在本级中将电压模式SDO信号转换为电流模式SDO信号并传送给下一级SDO单元；下一级SDI单元将电流模式SDO信号在本级SDO单元中转换为电压模式SDI信号进行处理并过滤EMS后，作为本地的SPO逻辑信号；同时，电压模式SDO信号在本级的SDO单元转换为电流模式SDO信号并传送给更下一级的SDO单元；直至传送到SDO接口单元。
9.如权利要求3所述的一种用于电池监控系统的SPI接口电路，其特征在于： SDO接口单元中，电流模式SDO信号在SDO接口单元中转换为电压模式SDO信号进行处理后发送给外部。
10.如权利要求3所述的一种用于电池监控系统的SPI接口电路，其特征在于：所述CS/SCLK接口单元包括第一SPI从控制器、开关K11以及电流源Ibias11；来自外部的电压模式控制信号CS/SCLK连接第一SPI从控制器，经第一SPI从控制器处理后输出控制开关K11；开关K11的一端连接电流源Ibias11，开关K11的另一端接输出端OUT；电流源Ibias11的一端接开关K11，电流源Ibias11的另一端接地gnd。
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