CN110908945B - 用于隔离地的收发转换器以及其操作方法 - Google Patents

用于隔离地的收发转换器以及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明的示例实施例提供了一种用于隔离地的收发转换器，包括发送电路和接收电路。所述发送电路与功率地和信号地相耦接，并被配置为接收传输信号，确定所述传输信号是相对于功率地的高电平信号还是低电平信号，并根据确定结果相对于信号地生成并发送相应传输信号。所述接收电路与功率地和信号地相耦接，并被配置为接收芯片输出信号，确定所述芯片输出信号是相对于信号地的高电平信号还是低电平信号，并根据确定结果相对于功率地生成并发送相应芯片输出信号。

Description

用于隔离地的收发转换器以及其操作方法
技术领域
本公开涉及电子设备领域，具体地，涉及一种用于隔离地的收发转换器以及LIN总线通信方案，其能够有效地隔离出信号地，以准确地传送通信信号。
背景技术
低成本的串行通讯网络(LIN)总线在汽车电子中具有广泛的应用。图1示出了现有的LIN总线架构图。具体地，汽车电子电子控制单元(ECU)与车声控制单元(BCM)通过LIN总线相连进行通信。
然而，在这种架构下，ECU和BCM共用一个地，当ECU上所存在的大功率器件工作时，可能会将干扰引入地线，使得可能使LIN总线产生错误的信号。
因此，需要一种用于隔离地的LIN总线通信方案，其能够有效地隔离出信号地，以准确地传送通信信号。
发明内容
本公开在于提供一种用于隔离地的收发转换器以及其操作方法，其能够有效地隔离出信号地，以准确地传送通信信号。
根据本发明示例实施例的一个方面，提供了一种收发转换器，可以包括发送电路，与功率地和信号地相耦接，并被配置为接收传输信号，确定所述传输信号是相对于功率地的高电平信号还是低电平信号，并根据确定结果相对于信号地生成并发送相应传输信号，以及接收电路，与功率地和信号地相耦接，并被配置为接收芯片输出信号，确定所述芯片输出信号是相对于信号地的高电平信号还是低电平信号，并根据确定结果相对于功率地生成并发送相应芯片输出信号。
在一个示例中，所述发送电路可以包括第一N型金属氧化物半导体(MOS)晶体管和第一P型MOS晶体管；其中，第一P型MOS晶体管的栅极作为输入端以接收传输信号，源极与电源相连，且漏极与功率地相连；以及第一N型MOS晶体管的栅极与第一P型MOS晶体管的漏极相连，源极与信号地相连，且漏极与所述电源相连并被用作输出端。
在另一示例中，所述发送电路还可以包括第一电阻器和第二电阻器，其中所述第一P型MOS晶体管的漏极经由第一电阻器与功率地相连；且所述第一N型MOS晶体管的漏极经由第二电阻器与所述电源相连。
在另一示例中，所述接收电路可以包括第二N型MOS晶体管和第二P型MOS晶体管；其中，第二P型MOS晶体管的栅极作为输入端以接收芯片输出信号，源极与电源相连，且漏极与信号地相连；以及第二N型MOS晶体管的栅极与第二P型MOS晶体管的漏极相连，源极与功率地相连，且漏极与所述电源相连并被用作输出端。
在另一示例中，所述接收电路还可以包括第三电阻器和第四电阻器，其中所述第二N型MOS晶体管的漏极经由第三电阻器与所述电源相连；且所述第二P型MOS晶体管的漏极经由第四电阻器与信号地相连。
在另一示例中，所述接收电路还可以包括第五电阻器，其中所述第五电阻器的一端与所述电源相连，且另一端与所述第二P型MOS晶体管的栅极相连。
在另一示例中，所述发送电路还被配置为响应于确定所述传输信号是相对于功率地的高电平信号，相对于信号地生成并发送相应高电平的传输信号；或响应于确定所述传输信号是相对于功率地的低电平信号，相对于信号地生成并发送相应低电平的传输信号。
在另一示例中，所述接收电路还被配置为响应于确定所述芯片输出信号是相对于信号地的高电平信号，相对于功率地生成并发送相应高电平的芯片输出信号；或响应于确定所述芯片输出信号是相对于信号地的低电平信号，相对于功率地生成并发送相应低电平的芯片输出信号。
根据本发明示例实施例的另一方面，提供了一种信号发送方法，包括：接收传输信号；确定所述传输信号是相对于功率地的高电平信号还是低电平信号；以及根据确定结果，相对于信号地生成并发送相应传输信号。
根据本发明示例实施例的再一方面，提供了一种信号接收方法，包括：接收芯片输出信号；确定所述芯片输出信号是相对于信号地的高电平信号还是低电平信号；以及根据确定结果，相对于功率地生成并发送相应芯片输出信号。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
图1示出了相关技术的LIN总线通信架构。
图2示出了根据本发明示例性实施例的隔离地LIN总线架构的实现框图。
图3示出了根据本发明示例性实施例的用于收发转换器的发送电路的结构电路图。
图4示出了用于根据本发明示例性实施例的收发转换器的信号发送方法的流程图。
图5示出了根据本发明示例性实施例的用于收发转换器的接收电路的结构电路图。
图6示出了用于根据本发明示例性实施例的收发转换器的信号接收方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。
因此，本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。在本公开的上下文中，计算机可读介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，计算机可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。计算机可读介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。
本公开的实施例提供了一种用于隔离地的收发转换器以及其操作方法，其能够有效地隔离功率地和信号地，以准确地传送通信信号。
图1示出了一种相关技术的LIN总线通信架构。如在背景技术中所描述地，汽车电子电子控制单元(ECU)与车声控制单元(BCM)共用一个地并经由低成本的串行通信网络(LIN)总线进行信号通信。当ECU上所存在的大功率器件工作时，可能会将干扰引入地线，使得可能使LIN总线产生错误的信号。
图2示出了根据本发明示例性实施例的隔离地LIN总线架构的实现框图。具体地，如图2所示，所述隔离地LIN总线架构与图1的LIN总线架构相比，在ECU侧信号地物理上与功率地相分离，使得ECU侧的大功率电子器件不会影响向BCM侧的信号传输。另外，当功率地线在断开时不会导致大电流从信号地上流过。然而，仅从物理上将功率地和信号地相分离远远是不够的，这是因为物理地和信号地之间可能存在电压差，使得信号可能存在误差。因此，需要在ECU侧涉及一种用于隔离地的收发转换器，使得能够将相对于功率地/信号地的高或低电平信号转换为相对于信号地/功率地的相应高或低电平信号。这样，才能够准确地实现将功率地和信号地的物理分离，以实现在功率地线断开时不会有大电流从信号地流过同时确保信号的准确传输。以上为本发明示例实施例的构思。本发明示例实施例设计了一种用于隔离地的收发转换器，其可以包括发送电路和接收电路两个部分。所述发送电路可以与功率地和信号地相耦接，并被配置为接收传输信号，确定所述传输信号是相对于功率地的高电平信号还是低电平信号，并根据确定结果相对于信号地生成并发送相应传输信号。另外，所述接收电路可以与功率地和信号地相耦接，并被配置为接收芯片输出信号，确定所述芯片输出信号是相对于信号地的高电平信号还是低电平信号，并根据确定结果相对于功率地生成并发送相应芯片输出信号。
图3示出了根据本发明示例性实施例的用于收发转换器的发送电路的结构电路图。如图3所示，所述发送电路与功率地和信号地相耦接，并被配置为接收传输信号TR，确定所述传输信号TR是相对于功率地的高电平信号还是低电平信号，并根据确定结果相对于信号地生成并发送相应传输信号RX0。传输信号TR可以是ECU内部的单片机发出的传输信号，且RX0是经过地隔离之后输出给ECU内部的LIN驱动芯片的信号。具体地，所述发送电路包括第一P型金属氧化物半导体(MOS)晶体管M1和第一N型MOS晶体管M2。第一P型MOS晶体管M1的栅极作为输入端以接收传输信号TR，其源极与电源Vcc相连，且漏极与功率地相连。电源Vcc可以是ECU内部的供电电源。第一N型MOS晶体管M2的栅极与第一P型MOS晶体管M1的漏极相连，源极与信号地相连，且漏极与所述电源Vcc相连并被用作输出端RX0。此外，所述发送电路还包括第一电阻器R1和第二电阻器R2。在一个实施例中，所述第一P型MOS晶体管M1的漏极经由第一电阻器R1与功率地相连；且所述第一N型MOS晶体管M2的漏极经由第二电阻器R2与所述电源Vcc相连。
下面参考图4描述图3所示的收发转换器的信号发送方法的流程图。图4示出了用于根据本发明示例性实施例的收发转换器的信号发送方法的流程图。
具体地，如图4所示，所述信号发送方法可以包括：在步骤S401，接收来自ECU内部单片机发出的传输信号TR。在步骤S403，确定所述传输信号TR是相对于功率地的高电平信号还是低电平信号。最后，在步骤S405，根据确定结果，相对于信号地生成并发送相应传输信号。
就图3所示的电路而言，当TR信号为相对于功率地的高电平信号时，第一P型晶体管M1处于截止状态，使得其漏极为低电平。也就是说，第一N型晶体管M2的栅极同样处于低电平，因此，第一N型晶体管M2截止，RX0由于电阻R2的作用而被拉倒Vcc，即，处于相对于信号地的高电平。当TR信号为相对于功率地的低电平信号时，第一P型晶体管M1处于导通状态，使得其漏极为高电平。也就是说，第一N型晶体管M2的栅极同样处于高电平，因此，第一N型晶体管M2被导通，使得RX0电平被拉低到相对于信号地的低电平，即，处于低电平。可见，图3所示的发送电路能够响应于确定所述传输信号是相对于功率地的高电平信号，相对于信号地生成并发送相应高电平的传输信号；或响应于确定所述传输信号是相对于功率地的低电平信号，相对于信号地生成并发送相应低电平的传输信号。
图5示出了根据本发明示例性实施例的用于收发转换器的接收电路的结构电路图。如图5所示，所述接收电路与功率地和信号地相耦接，并被配置为接收芯片输出信号，确定所述芯片输出信号是相对于信号地的高电平信号还是低电平信号，并根据确定结果相对于功率地生成并发送相应芯片输出信号。所述接收电路可以包括第二N型MOS晶体管M3和第二P型MOS晶体管M4。第二P型MOS晶体管M4的栅极作为输入端以接收芯片输出信号TX0，源极与电源Vcc相连，且漏极与信号地相连。第二N型MOS晶体管M3的栅极与第二P型MOS晶体管M4的漏极相连，源极与功率地相连，且漏极与所述电源Vcc相连并被用作输出端RX。此外，所述接收电路还包括第三电阻器R3和第四电阻器R4，其中所述第二N型MOS晶体管M3的漏极经由第三电阻器R3与所述电源Vcc相连；且所述第二P型MOS晶体管M4的漏极经由第四电阻器R4与信号地相连。另外，所述接收电路还包括第五电阻器R5，其中所述第五电阻器R5的一端与所述电源Vcc相连，且另一端与所述第二P型MOS晶体管M4的栅极相连。
下面参考图6描述图5所示的收发转换器的信号接收方法的流程图。图6示出了用于根据本发明示例性实施例的收发转换器的信号接收方法的流程图。
具体地，如图6所示，所述信号接收方法可以包括：在步骤S601，接收来自LIN驱动芯片的芯片输出信号TX0。在步骤S603，确定所述芯片输出信号TX0是相对于信号地的高电平信号还是低电平信号。最后，在步骤S605，根据确定结果，相对于功率地生成并发送相应芯片输出信号RX。
就图5所示的电路而言，当TX0信号为相对于信号地的高电平信号时，第二P型晶体管M4处于截止状态，使得其漏极为低电平。也就是说，第二N型晶体管M3的栅极同样处于低电平，因此，第二N型晶体管M3截止，RX由于电阻R3的作用而被拉倒Vcc，即，处于相对于功率地的高电平。当TX0信号为相对于信号地的低电平信号时，第二P型晶体管M4处于导通状态，使得其漏极为高电平。也就是说，第二N型晶体管M3的栅极同样处于高电平，因此，第二N型晶体管M3被导通，使得RX电平被拉低到相对于功率地的低电平，即，处于低电平。可见，图5所示的接收电路能够响应于确定所述芯片输出信号TX0是相对于信号地的高电平信号，相对于功率地生成并发送相应高电平的芯片输出信号；或响应于确定所述芯片输出信号是相对于信号地的低电平信号，相对于功率地生成并发送相应低电平的芯片输出信号。
可见，通过使用上述构造的收发转换器，能够将相对于功率地/信号地的高电平或低电平信号转换为相对于信号地/功率地的相应高电平或低电平信号，从而补偿功率地和信号地的电压差，实现信号地和功率地的隔离。此外，需要注意的是尽管在汽车电子领域中描述了根据本发明示例实施例的收发转换器及其操作方法和使用收发转换器的LlN总线架构，然而本发明不限于此。本发明示例实施例的收发转换器可以应用于任何需要隔离信号地和功率地的领域。
应注意，尽管以上以分开的形式单独地描述根据本公开示例实施例的方法的实施方式，然而在以上描述的各实施方式中描述的特征可以在不脱离本公开构思的情况下以任何方式结合在单个实施方式中，且在单个实施方式中描述的特征也可以分开实现在多个实施方式中。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (8)

1.一种用于隔离地的收发转换器，包括：
发送电路，与功率地和信号地相耦接，并被配置为接收传输信号，确定所述传输信号是相对于功率地的高电平信号还是低电平信号，并根据确定结果相对于信号地生成并发送相应传输信号，以及
接收电路，与功率地和信号地相耦接，并被配置为接收芯片输出信号，确定所述芯片输出信号是相对于信号地的高电平信号还是低电平信号，并根据确定结果相对于功率地生成并发送相应芯片输出信号，
其中所述发送电路包括第一N型金属氧化物半导体(MOS)晶体管和第一P型MOS晶体管，其中，第一P型MOS晶体管的栅极作为输入端以接收传输信号，源极与电源相连，且漏极与功率地相连；以及第一N型MOS晶体管的栅极与第一P型MOS晶体管的漏极相连，源极与信号地相连，且漏极与所述电源相连并被用作输出端，
其中所述接收电路包括第二N型MOS晶体管和第二P型MOS晶体管，其中，第二P型MOS晶体管的栅极作为输入端以接收芯片输出信号，源极与电源相连，且漏极与信号地相连；以及第二N型MOS晶体管的栅极与第二P型MOS晶体管的漏极相连，源极与功率地相连，且漏极与所述电源相连并被用作输出端。
2.根据权利要求1所述的收发转换器，其中所述发送电路还包括第一电阻器和第二电阻器，
其中所述第一P型MOS晶体管的漏极经由第一电阻器与功率地相连；且所述第一N型MOS晶体管的漏极经由第二电阻器与所述电源相连。
3.根据权利要求1所述的收发转换器，其中所述接收电路还包括第三电阻器和第四电阻器，
其中所述第二N型MOS晶体管的漏极经由第三电阻器与所述电源相连；且所述第二P型MOS晶体管的漏极经由第四电阻器与信号地相连。
4.根据权利要求1所述的收发转换器，其中所述接收电路还包括第五电阻器，
其中所述第五电阻器的一端与所述电源相连，且另一端与所述第二P型MOS晶体管的栅极相连。
5.根据权利要求1所述的收发转换器，其中所述发送电路还被配置为响应于确定所述传输信号是相对于功率地的高电平信号，相对于信号地生成并发送相应高电平的传输信号；或
响应于确定所述传输信号是相对于功率地的低电平信号，相对于信号地生成并发送相应低电平的传输信号。
6.根据权利要求1所述的收发转换器，其中所述接收电路还被配置为响应于确定所述芯片输出信号是相对于信号地的高电平信号，相对于功率地生成并发送相应高电平的芯片输出信号；或
响应于确定所述芯片输出信号是相对于信号地的低电平信号，相对于功率地生成并发送相应低电平的芯片输出信号。
7.一种用于发送电路的信号发送方法，所述发送电路包括第一N型金属氧化物半导体MOS晶体管和第一P型MOS晶体管，其中，第一P型MOS晶体管的源极与电源相连且漏极与功率地相连，且第一N型MOS晶体管的栅极与第一P型MOS晶体管的漏极相连，源极与信号地相连，且漏极与所述电源相连并被用作输出端，所述信号发送方法包括：
经由所述第一P型MOS晶体管的栅极，接收传输信号；
经由所述第一P型MOS晶体管，确定所述传输信号是相对于功率地的高电平信号还是低电平信号；以及
经由所述第一N型MOS晶体管，根据来自所述第一P型MOS晶体管的确定结果，相对于信号地生成并发送相应传输信号。
8.一种用于接收电路的信号接收方法，所述接收电路包括第二N型MOS晶体管和第二P型MOS晶体管，其中，第二P型MOS晶体管的源极与电源相连且漏极与信号地相连，且第二N型MOS晶体管的栅极与第二P型MOS晶体管的漏极相连，源极与功率地相连，且漏极与所述电源相连并被用作输出端，所述信号接收方法包括：
经由所述第二P型MOS晶体管的栅极，接收芯片输出信号；
经由所述第二P型MOS晶体管，确定所述芯片输出信号是相对于信号地的高电平信号还是低电平信号；以及
经由所述第二N型MOS晶体管，根据来自所述第二P型MOS晶体管的确定结果，相对于功率地生成并发送相应芯片输出信号。
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