CN107562671A - 通讯总线供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通讯总线供电电路，包括开关模块、基准模块和限流模块，其中开关模块为通讯总线BUS提供直流电，限流模块控制开关模块输出电流值大小，而基准模块为控制限流模块两端分压的大小，使得限流模块可以准确的控制开关模块的输出电流值。本发明实施例的通讯总线供电电路相对现有的采样上拉电阻供电的电路方案，由于取消了电阻供电形式，因此在通讯总线上传输通讯信号时，其通讯端口上的负载电容在输出高电平期间不存在电阻充电在接近电源电压增长缓慢进而降低充电速度问题，本发明通讯总线供电电路快速提升了充电速度，且提升了整个通讯总线的通讯速度。

Description

通讯总线供电电路

技术领域

本发明涉及通讯总线控制领域，尤其涉及通讯总线供电电路。

背景技术

现有的I2C(Inter-Integrated Circuit)通讯总线中，若干通讯设备如通讯芯片并联在通讯总线上，如图1所述，构成通讯总线的两个通讯线SCL(时钟线)和SDA(数据线)分别连接一个上拉电阻Rp2和Rp1，低压直流电如3.3V通过这两个上拉电阻为通讯线提供工作电流，由于通讯设备通过通讯总线进行快速数据通讯过程中，其通讯设备的通讯端口内部在进行高速高低电平切换时，其端口存在分布电容，如当通讯设备IC1的SDA口输出高电平时，其通讯端口内部DATA1OUT控制端输出低电平，其端口开关管Q11截止，此时直流电通过上拉电阻Rp1对分布电容进行充电，由于RC充电特性，其电容上的电压成指数增长，在接近电源电压时增长缓慢，如果要加快充电时间可以减小上拉电阻Rp1值，但会带来充电电流大对端口内部电路不利问题，因此电压上升到电源电压的时间有一定的限制，即影响了整个通讯总线的通讯速度不能快速提升。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种通讯总线供电电路，目的在于解决现有的通讯总线由于采用上拉电阻供电结构无法提升通讯速度的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种通讯总线供电电路，包括开关模块、基准模块和限流模块；其中，

所述开关模块的输入端连接限流模块，所述开关模块的输出端连接通讯总线，以为所述通讯总线提供直流电；

所述限流模块一端连接直流电电源，所述限流模块另外一端连接所述开关模块的输入端，所述限流模块用于控制所述开关模块的输出电流信号大小；

所述基准模块一端连接所述限流模块的一端，所述基准模块另外一端连接所述开关模块的控制端，以控制所述限流模块两端分压的大小。

优选的，所述开关模块包括第一PNP三极管和第一电阻；

所述第一PNP三极管的发射极为所述开关模块输入端，所述第一PNP三极管的集电极为所述开关模块输出端，所述第一PNP三极管的基极与所述第一电阻连接点为所述开关模块的控制端，所述第一电阻另一端接地。

优选的，所述开关模块还包括第一电容；

所述第一电容一端连接所述第一PNP三极管的基极，所述第一电容另一端接地。

优选的，所述限流模块包括第一电阻；

所述第一电阻一端为所述限流模块一端，所述第一电阻的另一端为所述限流模块的另一端。

优选的，所述基准模块包括第一二极管、第二PNP三极管；

所述第一二极管的正极为所述基准模块的一端，所述第一二极管的负极连接所述第二PNP三极管的发射极；

所述第二PNP三极管的发射极和所述第二PNP三极管的集电极短接，所述第二PNP三极管的基极为所述基准模块的另一端。

优选的，所述第一PNP三极管和所述第二PNP三极管工作参数相同。

优选的，所述通讯总线为I2C通讯总线，所述I2C通讯总线并联若干通讯接口芯片，所述通讯总线供电电路为两路，分别连接所述I2C通讯总线的数据线和时钟线。

优选的，所述通讯接口芯片为EERPROM。

本发明提供的通讯总线供电电路通过由包括开关模块、基准模块和限流模块组成，其中开关模块为通讯总线BUS提供直流电，限流模块控制开关模块输出电流值大小，而基准模块为控制限流模块两端分压的大小，使得限流模块可以准确的控制开关模块的输出电流值。本发明实施例的通讯总线供电电路相对现有的采样上拉电阻供电的电路方案，由于取消了电阻供电形式，因此在通讯总线上传输通讯信号时，其通讯端口上的负载电容在输出高电平期间不存在电阻充电在接近电源电压增长缓慢进而降低充电速度问题，本发明实施例的通讯总线供电电路快速提升充电速度，进而提升整个通讯总线的通讯速度。

附图说明

图1为现有技术的通讯总线供电电路结构示意图；

图2为本发明通讯总线供电电路第一实施例的电路结构示意图；

图3为针对图2所示的本发明通讯总线供电电路具体应用电路结构示意图；

图4为本发明通讯总线供电电路第二实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图2，图2为本发明第一实施例提供的通讯总线供电电路的电路结构图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

本发明实施例提供的通讯总线供电电路包括开关模块20、基准模块30和限流模块10；其中，

开关模块20的输入端连接限流模块10，开关模块20的输出端连接通讯总线BUS，以为通讯总线BUS提供直流电；

限流模块10一端连接直流电电源，另外一端连接开关模块20的输入端，限流模块10控制开关模块20输出电流信号大小；

基准模块30一端连接限流模块10的一端，另外一端连接开关模块20的控制端，以控制限流模块10两端分压的大小。

进一步的，在本实施例中的各模块具体电路如下：

开关模块20包括第一PNP三极管Q1和第一电阻R1；

第一PNP三极管Q1的发射极为开关模块20输入端，第一PNP三极管Q1的集电极为开关模块20输出端，第一PNP三极管Q1的基极与第一电阻R1连接点为开关模块20的控制端，第一电阻R1另一端接地。

限流模块10包括第一电阻R1；

第一电阻R1一端为限流模块10一端，第一电阻R1的另一端为限流模块10的另一端。

基准模块30包括第一二极管D1、第二PNP三极管Q2；

第一二极管D1的正极为基准模块30的一端，第一二极管D1的负极连接第二PNP三极管Q2的发射极；

第二PNP三极管Q2的发射极和第二PNP三极管Q2的集电极短接，第二PNP三极管Q2的基极为基准模块30的另一端。

优选的第一PNP三极管Q1和第二PNP三极管Q2都选用同一种工作参数的PNP三级管，以保证二者工作时的基极和发射极之间的电压Vbe相同。

负载40为与通讯总线BUS连接的通讯设备的通讯端口的等效负载，包括等效电阻RL和等效电容CL。由于通讯设备的通讯端口与通讯总线之间存在快速的通讯数据交互，即通讯端口输出由高低电平组成的高速脉冲数据信号，当通讯端口输出高电平时，等效为开关模块20输出的直流电为等效负载充电使得端口的电平由低电平转换为高电平。

本发明实施例提供的通讯总线供电电路具体工作原理如下：

第一PNP三极管Q1和第二PNP三极管Q2导通时其发射极和基极之间的电压差设为Vbe，第一二极管D1导通电压为Vd，设定第一PNP三极管Q1和第二PNP三极管Q2基极的共同连接点的电压为V2，则第二PNP三极管Q2的发射极电压

V1≈V2+Vbe；

则第一PNP三极管Q1的发射极电压

V3≈V2+Vbe；

因此V1≈V3，

而V1≈VDD-Vd，

因此V3≈VDD-Vd，

流过第一电阻R1的电流I≈Vd/R1，此电流即为开关模块20的输出电流值。

由于第一二极管D1导通电压Vd是固定的，如针对硅管一般为0.6-0.7V之间，因此只要根据最大允许电流I的大小就可以计算第一电阻R1的阻值。

通过上述的各个电压点的计算可以看出，由包括第一二极管D1、第二PNP三极管Q2组成的基准电压模块30中第一二极管D1的导通电压和第二PNP三极管Q2的发射极和基极导通电压都是固定的，其基准电压模块20两端的电压为限流模块10和开关模块20的第一PNP三极管Q1发射极和基极电压导通电压之和，而由于开关模块20的第一PNP三极管Q1发射极和基极电压的导通电压也是固定的，因此使得限流模块10两端的电压是固定的，因而通过限流模块10的第一电阻R1的阻值大小即可确定其流过限流模块10的电流大小，进而确定开关模块20输出电流大小。

在现有的如图1所示的通讯总线电路中，设定直流电源电压VDD为3.3V，其上拉电阻Rp2和Rp1的最小阻值为500Ω，此时通过上拉电阻的最大电流为3.3/500＝6.6mA即为最大允许电流I，因此本发明实施例的电阻R1可以确定最小值。

在现有的如图1所示的采用上拉电阻的通讯总线电路中，设定负载电容为C，上拉电阻为R，供电电压Vdd，则在通讯端口输出高电平期间，负载电容C上的电压计算公式如下：

Vc＝V_dd*(1-e^-t/RC)

而本发明实施例中由于取消了上拉电阻，其给通讯总线供电时，通讯端口输出高电平期间，负载电容C上的电压计算公式如下：

其中I为开关模块20的输出电流值。

设定直流电源电压VDD为3.3V，其上拉电阻Rp2和Rp1的阻值为500Ω，现有的图1所示的采用上拉电阻的通讯总线电路，其电路负载电容C上的电压上升到90％Vdd的时间约为2.4*R*C＝120ns，此时其通过上拉电阻的电流值为6.6mA即为开关模块20的输出电流值I，根据上述的公式可以知道本发明实施例的通讯总线电路中负载电容上升到90％Vdd的时间约0.9*Vdd*C/I＝45ns，因此本发明实施例的通讯总线电路在其端口输出高电平期间给负载电容C上的充电时间是现有的采样上拉电阻方案的2.5-3倍之间，因此大大的加快其负载电容C的充电速度，即能更快的输出高电平进而能快速提升通讯总线的最大通讯速度。

图3为采样发明实施例的通讯总线供电电路应用到具体的通讯设备的电路原理图，图中的通讯总线为I2C(Inter-Integrated Circuit)通讯总线，包括数据线SDA和时钟线SCL，有两个通讯设备具体为EEPROM存储芯片，其两个通讯端口分别并联在通讯总线上，本发明实施例的通讯总线供电电路为两路，分别给数据线SDA和时钟线SCL供电，采用本发明实施例的通讯总线供电电路能比图1中采用上拉电阻方案的供电方案其通讯总线的通讯速度能提供2.5-3倍左右，因而能大大提升通讯速度。

本发明实施例的通讯总线供电电路通过由包括开关模块20、基准模块30和限流模块10组成，其中开关模块20为通讯总线BUS提供直流电，限流模块10控制开关模块20输出电流值大小，而基准模块30为控制限流模块10两端分压的大小，使得限流模块可以准确的控制开关模块20的输出电流值。本发明实施例的通讯总线供电电路相对现有的采样上拉电阻供电的电路方案，由于取消了电阻供电形式，因此在通讯总线上传输通讯信号时，其通讯端口上的负载电容在输出高电平期间不存在电阻充电在接近电源电压增长缓慢进而降低充电速度问题，本发明实施例的通讯总线供电电路快速提升充电速度，进而提升整个通讯总线的通讯速度。

进一步的，参照图4，基于本发明通讯总线供电电路第一实施例，本发明第二实施例的通讯总线供电电路的与第一实施例不同之处是开关模块20还包括第一电容C1，第一电容C1一端连接第一PNP三极管Q1的基极，第一电容C1另一端接地。

由于第一电容C1并联在第一PNP三极管Q1的基极和地，能够过电路过程中的杂波，因此使得第一PNP三极管Q1的基极电压稳定，而得第一PNP三极管Q1基极电压的稳定能使得其集电极输出电压不会有波动，因此起到了稳定输出电压的作用。

在本说明书的描述中，参考术语“第一实施例”、“第二实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种通讯总线供电电路，其特征在于，包括开关模块、基准模块和限流模块；其中，

所述开关模块的输入端连接限流模块，所述开关模块的输出端连接通讯总线，以为所述通讯总线提供直流电；

所述限流模块一端连接直流电电源，所述限流模块另外一端连接所述开关模块的输入端，所述限流模块用于控制所述开关模块输出的电流信号大小；

所述基准模块一端连接所述限流模块的一端，所述基准模块另外一端连接所述开关模块的控制端，以控制所述限流模块两端分压的大小。

2.如权利要求1所述的通讯总线供电电路，其特征在于，所述开关模块包括第一PNP三极管和第一电阻；

所述第一PNP三极管的发射极为所述开关模块输入端，所述第一PNP三极管的集电极为所述开关模块输出端，所述第一PNP三极管的基极与所述第一电阻连接点为所述开关模块的控制端，所述第一电阻另一端接地。

3.如权利要求2所述的通讯总线供电电路，其特征在于，所述开关模块还包括第一电容；

所述第一电容一端连接所述第一PNP三极管的基极，所述第一电容另一端接地。

4.如权利要求1所述的通讯总线供电电路，其特征在于，所述限流模块包括第一电阻；

所述第一电阻一端为所述限流模块一端，所述第一电阻的另一端为所述限流模块的另一端。

5.如权利要求2所述的通讯总线供电电路，其特征在于，所述基准模块包括第一二极管、第二PNP三极管；

所述第一二极管的正极为所述基准模块的一端，所述第一二极管的负极连接所述第二PNP三极管的发射极；

所述第二PNP三极管的发射极和所述第二PNP三极管的集电极短接，所述第二PNP三极管的基极为所述基准模块的另一端。

6.如权利要求5所述的通讯总线供电电路，其特征在于，所述第一PNP三极管和所述第二PNP三极管工作参数相同。

7.如权利要求1至6任一项所述的通讯总线供电电路，其特征在于，

所述通讯总线为I2C通讯总线，所述I2C通讯总线并联若干通讯接口芯片，所述通讯总线供电电路为两路，分别连接所述I2C通讯总线的数据线和时钟线。

8.如权利要求7所述的通讯总线供电电路，其特征在于，

所述通讯接口芯片为EERPROM。