CN110505200A - 一种多协议菊花链接口转换芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多协议菊花链接口转换芯片。该转换芯片包括电源管理模块、数字逻辑内核、电平转换模块、输出接口驱动模块以及输入接口比较模块；所述电源管理模块用于将外部供电逻辑电平进行转换并供整体芯片的其他模块使用；所述数字逻辑内核与所述电平转换模块双向传输连接；所述输出接口驱动模块和输入接口比较模块均与所述电平转换模块连接。该转换芯片具有多种协议转换功能，可兼容不同菊花链通信方案的通信协议；且归一化与控制器的接口协议，集成与电池管理系统检测芯片的故障诊断功能，能够灵活适应不同菊花链通信总线物理层，便于开发通用的电池管理系统检测芯片评估板，以便于快速对不同厂家的芯片进行测评。

Description

一种多协议菊花链接口转换芯片
技术领域
本发明涉及转化芯片技术领域，具体涉及一种多协议菊花链接口转换芯片。
背景技术
目前适用于动力电池用的电池管理系统检测芯片均设计有菊花链通信总线，以实现通过芯片叠加适应高串数动力电池的低成本应用。由于菊花链通信总线是非标准通信总线，不同厂家采用了不同接口技术，比如ADI公司采用的isoSPI技术以及Maxim公司采用的dual UART技术等。
各厂家采用的菊花链通信总线接口技术有自己公司的标准，且互不兼容，造成电池管理系统进行产品设计时，包括缺陷：（1）通信编码与解码方式各个公司不同，芯片物理层设计不统一，应用时需要配备各个芯片对应的接口转换芯片；（2）采用各个芯片专用的接口芯片进行产品设计时，需要开发适应不同通信协议的软件程序，造成产品软件不通用，并随着芯片的协议的变化而变化，维护周期和成本高；（3）更换不同厂家的技术方案时，选用的技术方案不同就需要重新设计，硬件也需要全部更新；即使采用分布式架构时，也要随接口芯片的更换而重新设计所有硬件。如此，不利于整体行业的发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供了一种多协议菊花链接口转换芯片。该转换芯片具有多种协议转换功能，可兼容不同菊花链通信方案的通信协议；且归一化与控制器的接口协议，集成与电池管理系统检测芯片的故障诊断功能，能够灵活适应不同菊花链通信总线物理层，便于开发通用的电池管理系统检测芯片评估板，以便于快速对不同厂家的芯片进行测评。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种多协议菊花链接口转换芯片，包括电源管理模块、数字逻辑内核、电平转换模块、输出接口驱动模块以及输入接口比较模块；
所述电源管理模块用于将外部供电逻辑电平进行转换并供整体芯片的其他模块使用；所述数字逻辑内核与所述电平转换模块双向传输连接；所述输出接口驱动模块和所述输入接口比较模块均与所述电平转换模块连接；
所述数字逻辑内核可进行包括芯片配置、协议转换、协议解析和故障诊断的逻辑计算；所述电平转换模块可对来自所述数字逻辑内核的信号进行编码并传输给所述输出接口驱动模块，或者对来自所述输入接口比较模块的信号进行解码及串行化并传输给所述数字逻辑内核。
优选的，所述输出接口驱动模块的输出端和所述输入接口比较模块的输入端分别连接有数据传送线和数据接收线，所述数据传送线和所述数据接收线均用于与菊花链通信总线通信连接。
优选的，所述输入接口比较模块的输入端设置有输入接口比较模块门限配置。
优选的，所述输出接口驱动模块的输出端与所述输入接口比较模块的输入端连接。
更优选的，所述输出接口驱动模块输出端与所述输入接口比较模块的输入端连接的线路上设置有环路配置开关。
更进一步优选的，支持菊花链通信总线进行全双工模式通信时，所述环路配置开关断开；支持菊花链通信总线进行半双工模式通信时，所述环路配置开关闭合。
优选的，还设置有系统时钟，用于产生时钟驱动信号。
优选的，所述数字逻辑内核还连接还设置有RDY信号线，用于指示命令执行状态。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）本发明的转换芯片中，数字逻辑内核具有包括芯片配置、协议转换、协议解析和故障诊断的功能；从而，使该转换芯片具有多种协议转换功能，可兼容不同菊花链通信方案的通信协议，且归一化与控制器的接口协议，集成与电池管理系统检测芯片的故障诊断功能，能够灵活适应不同菊花链通信总线物理层，便于开发通用的电池管理系统检测芯片评估板，以便于快速对不同厂家的芯片进行测评。
（2）本发明的转换芯片中，将输出接口驱动模块与输入接口比较模块设置环路连接，且在环路线路上设置环路配置开关，通过控制环路配置开关的断开与闭合，从而可支持包括全双工模式或半双工模式的菊花链通信模式。
（3）本发明的转换芯片中，设置的系统时钟可产生该转换芯片内部数字电路需要的时钟驱动信号，以指引该转换芯片完成各种状态变换动作；同时，设置RDY信号线，实现该转换芯片执行控制器的命令时的执行状态可监测化。
附图说明
图1为具体实施例中本发明的多协议菊花链接口转换芯片的结构示意图；
附图标注：1-电源管理模块，2-数字逻辑内核，3-电平转换模块，4-输出接口驱动模块，5-输入接口比较模块，6-输入接口比较模块门限配置，7-环路配置开关，8-系统时钟。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明的技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。在本发明的实施例描述中，术语“连接”等类似用语为本领域所指的根据具体器件关系所固有的包括电性连接或通讯连接等，不管是直接连接或者间接连接。
参见图1所示，为本发明的多协议菊花链接口转换芯片。该转换芯片包括电源管理模块1、数字逻辑内核2、电平转换模块3、输出接口驱动模块4以及输入接口比较模块5。在具体的优选实施例中，电源管理模块1可具体为电源管理器，电平转换模块3可具体为电平转换器，输出接口驱动模块4可具体为输出接口驱动器，输入接口比较模块5可具体为输入接口比较器。
其中，所述电源管理模块1用于将外部供电逻辑电平进行转换，并供整体芯片的包括数字逻辑内核2、电平转换模块3、输出接口驱动模块4以及输入接口比较模块5的其他模块使用；所述数字逻辑内核2与所述电平转换模块3双向传输连接；所述输出接口驱动模块4和所述输入接口比较模块5均与所述电平转换模块3连接。
进一步的，本发明的转换芯片上还设置有系统时钟8，用于产生时钟驱动信号。系统时钟8作为转换芯片的脉搏，可产生转换芯片的内部数字电路需要的时钟驱动信号，以驱使转换芯片的在时钟驱动下完成指令执行以及状态变换等动作。其中，数字逻辑内核2上具有用于接收时钟驱动信号的SCK接口，系统时钟8产生的时钟驱动信号由数字逻辑内核2接收并进行数字逻辑计算后，发出具体的操作指令，以实现转换芯片完成指令执行机状态变换的动作。
系统时钟8产生时钟驱动信号的频率需匹配菊花链通信信号的电平脉冲宽度，在优选的实施例中，系统时钟8产生时钟驱动信号的频率不低于40MHz。
在具体的实施例中，电源管理模块1上具有外部供电VCC接口以及接地线GND接口，外部供电逻辑电平在进入转换芯片后，经电源管理模块1转换输出合适的电平，供转换芯片上的其他模块使用。而且，为适应不同厂家的采集芯片接口逻辑电平，可通过设置，设定输出接口驱动模块4和输入接口比较模块的逻辑电平Vio进行适应匹配，提高该转换芯片的适用范围。
在该转换芯片中，在电平转换模块3内部具有脉冲生成器可生成脉冲信号，电平转换模块3具有包括电平转换、脉冲生成及脉冲解析的作用，用于菊花链通信总线的物理层信号的生成及解析。所述电平转换模块3可对来自所述数字逻辑内核2的信号进行编码并传输给所述输出接口驱动模块4，或者对来自所述输入接口比较模块5的信号进行解码及串行化并传输给所述数字逻辑内核2。电平转换模块3与输出接口驱动模块4组成为该转换芯片的输出物理层，而电平转换模块3与输入接口比较模块5组成为该转换芯片的输入物理层。
数字逻辑内核2上具有SDI接口（数字分量串行接口，serial digitalinterface）、用于接收时钟驱动信号的SCK接口、SDO接口（Service Data Objects，服务数据接口）以及用于接收低电平时读写操作信号的CS片选（chip select，片选）端口。所述数字逻辑内核2可进行包括芯片配置、协议转换、协议解析和故障诊断的逻辑计算，从而使数字逻辑内核2具有包括芯片配置、协议转换、协议解析和故障诊断的功能。
其中，通过数字逻辑内核2的芯片配置计算，可设置需要被菊花链通信的电池管理检测芯片类型，以便于检测芯片自动切换到符合该转换芯片物理层及协议层模。
而通过数字逻辑内核2的协议转换及协议解析计算，可对需要被菊花链通信的电池管理检测芯片的数据格式进行转换和解析，转换生产为归一化的通信格式的命令与数据，便于控制器（包括MCU微控制器）同一软件设计；且当控制器通过SPI接口（SerialPeripheral Interface，串行外设接口）发送归一化的命令，数字逻辑内核2首先将该命令进行解析，转换为符合需要被菊花链通信的电池管理检测芯片的通信命令（可多条，以减少控制器的SPI通信负载率），然后将转换后的命令通过电平转换模块3以及输出接口驱动模块4组成的输出物理层输出至菊花链通信总线上；而通过输入接口比较模块5和电平转换模块3对菊花链通信总线返回的数据信号则由数字逻辑内核2继续解析，转换生成符合归一化的SPI接口的数据。
进一步的，本发明的转换芯片上还设置有RDY信号线，用于指示命令执行状态。由于从控制器发生命令至该转换芯片执行命令输出数据会有时间延迟，因此，通过设置RDY信号线以指示该转换芯片的命令执行状态，实现该转换芯片执行控制器的命令时的执行状态可监测化。具体的，控制器的命令为通过数字逻辑内核2直接接收并归一化，本实施例中，RDY信号线与数字逻辑内核2连接设置，有效实现对命令执行状态的指示。
通过数字逻辑内核2的故障诊断计算，可对转换芯片自身的工作状态进行在线监控，包括：对电源管理模块1输出电压、欠压进行诊断；对系统时钟8异常诊断；归一化SPI通信的CRC（循环冗余校验码）校验；电平转换模块3的脉冲生成器输出脉冲沿的保持时间监控；与菊花链通信总线的通信超时监控；菊花链通信总线的通讯数据CRC校验；菊花链通信总线数据不更新监控；转换芯片自身输出接口开路和/或短路诊断。
数字逻辑内核2具有包括芯片配置、协议转换、协议解析和故障诊断的功能；从而，使该转换芯片具有多种协议转换功能，可兼容不同菊花链通信方案的通信协议，且归一化与控制器的接口协议，集成与电池管理系统检测芯片的故障诊断功能，能够灵活适应不同菊花链通信总线物理层，便于开发通用的电池管理系统检测芯片评估板，以便于快速对不同厂家的芯片进行测评。
而本实施例的转换芯片中设置的电平转换模块3，可将数字逻辑内核的输出命令进行信号编码，并通过输出接口驱动模块4输出至菊花链通信总线；或者，将输入接口比较模块5的采集到的菊花链通信总线信号进行解码和串行化，反馈至数据逻辑内核2作进一步处理。其中，电平转换模块3的编码和解码方式根据数字逻辑内核2的芯片配置计算逻辑，并设定对应的时序数字信号。
在优选的实施例中，所述输入接口比较模块5的输入端设置有输入接口比较模块门限配置6（Vth1，Vth2），输入接口比较模块门限配置6可根据数字逻辑内核2的芯片配置选择不同的门限电压，以适应不同检测芯片的电平比较门限要求。
而且，所述输出接口驱动模块4的输出端和所述输入接口比较模块5的输入端分别连接有数据传送线（TX+，TX-）和数据接收线（RX+，RX-），所述数据传送线和所述数据接收线均用于与菊花链通信总线通信连接。
进一步的，所述输出接口驱动模块4的输出端与所述输入接口比较模块5的输入端连接。在优选的实施例中，输出接口驱动模块4的输出端与输入接口比较模块5的输出端的连接可为数据传送线（TX+，TX-）和数据接收线（RX+，RX-）的连接，并具体为TX+数据传送线与RX+数据接收线连接、TX-数据传送线与RX-数据接收线连接。而且，在所述输出接口驱动模块4输出端与所述输入接口比较模块5的输入端连接的线路上设置有环路配置开关7（S1，S2），对应优选的实施例中，S1设置在TX+数据传送线与RX+数据接收线的连接线路上，S2设置在TX-数据传送线与RX-数据接收线的连接线路上。
环路配置开关7根据数字逻辑内核2的芯片配置进行闭合或断开配置，其中：需要支持全双工模式菊花链通信时，即输出接口驱动模块4与输入接口比较模块5均同时进行信号传输，所述环路配置开关7断开，数据传送线（TX+，TX-）和数据接收线（RX+，RX-）均与菊花链通信总线通信；需要支持半双工模式菊花链通信时，即仅输出接口驱动模块4进行信号传输，所述环路配置开关7闭合，仅数据传送线（TX+，TX-）与菊花链通信总线保持通信。
以上实施例仅为本发明的较优实施例，仅在于对本发明的技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此，任何未脱离本发明精神实质及原理下所做的变更、组合、删除、替换或修改等均将包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多协议菊花链接口转换芯片，其特征在于，包括电源管理模块（1）、数字逻辑内核（2）、电平转换模块（3）、输出接口驱动模块（4）以及输入接口比较模块（5）；
所述电源管理模块（1）用于将外部供电逻辑电平进行转换并供整体芯片的其他模块使用；所述数字逻辑内核（2）与所述电平转换模块（3）双向传输连接；所述输出接口驱动模块（4）和所述输入接口比较模块（5）均与所述电平转换模块（3）连接；
所述数字逻辑内核（2）可进行包括芯片配置、协议转换、协议解析和故障诊断的逻辑计算；所述电平转换模块（3）可对来自所述数字逻辑内核（2）的信号进行编码并传输给所述输出接口驱动模块（4），或者对来自所述输入接口比较模块（5）的信号进行解码及串行化并传输给所述数字逻辑内核（2）。
2.根据权利要求1所述的一种多协议菊花链接口转换芯片，其特征在于，所述输出接口驱动模块（4）的输出端和所述输入接口比较模块（5）的输入端分别连接有数据传送线和数据接收线，所述数据传送线和所述数据接收线均用于与菊花链通信总线通信连接。
3.根据权利要求1所述的一种多协议菊花链接口转换芯片，其特征在于，所述输入接口比较模块（5）的输入端设置有输入接口比较模块门限配置（6）。
4.根据权利要求1~3任一项所述的一种多协议菊花链接口转换芯片，其特征在于，所述输出接口驱动模块（4）的输出端与所述输入接口比较模块（5）的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的一种多协议菊花链接口转换芯片，其特征在于，所述输出接口驱动模块（4）输出端与所述输入接口比较模块（5）的输入端连接的线路上设置有环路配置开关（7）。
6.根据权利要求5所述的一种多协议菊花链接口转换芯片，其特征在于，支持菊花链通信总线进行全双工模式通信时，所述环路配置开关（7）断开；支持菊花链通信总线进行半双工模式通信时，所述环路配置开关（7）闭合。
7.根据权利要求1所述的一种多协议菊花链接口转换芯片，其特征在于，还设置有系统时钟（8），用于产生时钟驱动信号。
8.根据权利要求1所述的一种多协议菊花链接口转换芯片，其特征在于，所述数字逻辑内核（2）还连接设置有RDY信号线，用于指示命令执行状态。
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