CN111384770B - 隔离型双向缓冲电路及缓冲器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离型双向缓冲电路及缓冲器，涉及集成电路设计领域。缓冲电路包括的第一集成单元的一端用于与第一外部设备连接，第一集成单元的另一端通过第一耦合传输单元与第二集成单元的一端连接，第二集成单元的另一端用于与第二外部设备连接，第一集成单元和第二集成单元用于根据第一控制信号的控制选择数据的传输方向，第一耦合传输单元用于对数据进行耦合传输。本发明在数据双向传输时均通过耦合传输结构进行隔离，能够有效消除从主设备之间的电源漏电现象，避免主从设备之间相互干扰，实现了双向隔离。

Description

隔离型双向缓冲电路及缓冲器

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及隔离型双向缓冲电路和缓冲器，以及相应的双向隔离系统。

背景技术

在军用及航空航天等领域中，为了确保系统安全，通常采用主系统和备份系统的双系统方案。其中主设备和从设备完全一致，双方均通过缓冲器与总线连接。正常情况下，当主设备处于工作状态，从设备处于备份状态时，从设备的电源全部关闭，主设备控制总线；当主设备出现故障时，控制系统给从设备供电，从设备接管系统总线。

当从设备处于备份状态时，从设备的电源全部关闭，为了避免主设备电源通过总线漏电到从设备，一般在主从设备和总线间采用总线缓冲器进行缓冲，如常用的缓冲器芯片有74LS244和74LS245，二者采用反接二极管的方式减少电源漏电，然而效果并不理想。一方面反向二极管仍存在较大漏电电流，实际应用效果较差；另一方面，这种方式的电源隔离存在单向性，即存在从设备向主设备漏电的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种隔离型双向缓冲电路及缓冲器，以及相应的双向隔离系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种隔离型双向缓冲电路，包括：第一集成单元、第二集成单元和第一耦合传输单元，其中，所述第一集成单元的一端用于与第一外部设备连接，所述第一集成单元的另一端通过所述第一耦合传输单元与所述第二集成单元的一端连接，所述第二集成单元的另一端用于与第二外部设备连接，所述第一集成单元和所述第二集成单元用于根据第一控制信号的控制选择数据的传输方向，所述第一耦合传输单元用于对所述数据进行耦合传输。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种隔离型双向缓冲器，包括：管壳、第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片集成封装在所述管壳内，所述第一芯片上设置有第一集成单元，所述第二芯片上设置有第二集成单元，所述第一芯片或所述第二芯片上还设置有第一耦合传输单元，其中：

所述第一集成单元的一端用于与第一外部设备连接，所述第一集成单元的另一端通过所述第一耦合传输单元与所述第二集成单元的一端连接，所述第二集成单元的另一端用于与第二外部设备连接，所述第一集成单元和所述第二集成单元用于根据第一控制信号的控制选择数据的传输方向，所述第一耦合传输单元用于对所述数据进行耦合传输。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种双向隔离系统，包括第一外部设备、第二外部设备以及如上述技术方案所述的隔离型双向缓冲器，所述第一外部设备和所述第二外部设备通过所述隔离型双向缓冲器连接。

本发明提供的隔离型双向缓冲电路及缓冲器，能够实现双侧供电，并且通过控制数据的的传输方向，实现了数据的双向传输，且相比于传统的反接二极管，本发明在数据双向传输时均通过耦合传输结构进行隔离，能够有效消除从主设备之间的电源漏电现象，避免主从设备之间相互干扰，实现了双向隔离。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明隔离型双向缓冲电路的实施例提供的结构框架示意图；

图2为本发明隔离型双向缓冲电路的其他实施例提供的结构框架示意图；

图3为本发明双向隔离系统的实施例提供的结构框架示意图；

图4为本发明隔离型双向缓冲电路的实施例提供的接收电路和发送电路结构示意图；

图5为本发明隔离型双向缓冲电路的实施例提供的另一种接收电路和发送电路结构示意图；

图6为本发明隔离型双向缓冲电路的实施例提供的切换电路结示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明隔离型双向缓冲电路的实施例提供的结构框架示意图，该缓冲电路适用于军用及航空航天等领域的主从系统，包括：第一集成单元1、第二集成单元2和第一耦合传输单元3，其中，第一集成单元1的一端用于与第一外部设备连接，第一集成单元1的另一端通过第一耦合传输单元3与第二集成单元2的一端连接，第二集成单元2的另一端用于与第二外部设备连接，第一集成单元1和第二集成单元2用于根据第一控制信号的控制选择数据的传输方向，第一耦合传输单元3用于对数据进行耦合传输。

如图3所示，给出了一种示例性的双向隔离系统结构框架示意图，可以在主设备与总线之间，以及从设备与总线之间连接缓冲器，通过缓冲电路进行缓冲，那么此时可以将第一外部设备理解为主设备或从设备，第二外部设备理解为总线，二者之间通过缓冲器连接。

其中，第一集成单元1和第二集成单元2均可以包括接收电路和发送电路，通过控制开关切换接收电路和发送电路，以实现数据传输方向的选择，下面给出一种可以实现的结构。

例如，如图4所示，专利201910177945.3文件中提供了一种可选的接收电路和发送电路，其中，可以将振荡电路作为发送电路，解调电路和三极管可以作为接收电路。

又例如，如图5所示，专利201910930388.8文件中提供了另一种可选的接收电路和发送电路，其中，可以将发送端作为发送电路，接收端可以作为接收电路。

芯片的控制端与切换电路连接，切换电路根据输入的电平信号决定接通接收电路或发送电路。

例如，如图6所示，给出了一种示例性的切换电路结构示意图，切换电路可以通过NMOS和PMOS实现，NMOS和PMOS的栅极与切换电路的控制端连接，NMOS和PMOS的源极与接口A连接，NMOS和PMOS的漏极分别与发送电路和接收电路连接，当控制接口DIR接收到高电平时，NMOS导通，从而选择发送电路连通，当控制接口DIR接收到低电平时，PMOS导通，从而选择接收电路连通。

第一耦合传输单元3可采用变压器、电容或巨磁阻实现数据的隔离传输。

以电容为例，电容的一个极板与第一集成单元1连接，另一个极板与第二集成单元2连接，就构成了一个简单的耦合传输结构。

本实施例提供的隔离型双向缓冲电路，能够实现双侧供电，并且通过控制数据的传输方向，实现了数据的双向传输，且相比于传统的反接二极管，本发明在数据双向传输时均通过耦合传输结构进行隔离，能够有效消除从主设备之间的电源漏电现象，避免主从设备之间相互干扰，实现了双向隔离。

如图2所示，提供了另一种可以实现的缓冲电路，能够通过VCC1和VCC2端口实现双侧供电，下面结合图2对本发明的可选实施方式进行说明。

可选地，在一些可能的实施方式中，第一集成单元1包括：第一切换电路、第一信号接收电路和第一信号发送电路，其中，第一切换电路用于根据第一控制信号的控制选择接通第一信号接收电路或第一信号发送电路，第一信号接收电路用于接收第一外部设备发送的数据，第一信号发送电路用于向第一外部设备发送数据；

第二集成单元2包括：第二切换电路、第二信号接收电路和第二信号发送电路，其中，第二切换电路用于根据第一控制信号的控制选择接通第二信号接收电路或第二信号发送电路，第二信号接收电路用于接收第二外部设备发送的数据，第二信号发送电路用于向第二外部设备发送数据。

需要说明的是，第一集成单元1和第二集成单元2为对称结构，因此下面以第一集成单元1为例进行说明，第二集成单元2同理，不再赘述。

如图6所示，第一切换电路可以通过NMOS和PMOS实现，NMOS和PMOS的栅极接收第一控制信号，NMOS和PMOS的源极与接口A连接，NMOS和PMOS的漏极分别与发送电路和接收电路连接，当第一控制信号为高电平时，NMOS导通，从而选择发送电路连通，当第一控制信号为低电平时，PMOS导通，从而选择接收电路连通。

例如，以图2提供的缓冲电路结构为例，当控制接口DIR输入的电平信号为高电平时，集成电路1选择发送电路，集成电路2选择接收电路，数据由接口A到接口B传输；当控制接口DIR输入的电平信号为低电平时，集成电路1选择接收电路，集成电路2选择发送电路，数据由接口B到接口A传输。

通过控制信号切换信号接收电路和信号发送电路能够实现数据传输方向的快速切换。

可选地，在一些可能的实施方式中，还包括：第一控制接口和第二耦合传输单元4，其中，第一控制接口用于获取第一控制信号，并传输给第一切换电路，第二耦合传输单元4用于将第一控制信号耦合传输给第二切换电路。

例如，以图2为例，第一控制接口可以为控制接口DIR。

需要说明的是，第二耦合传输单元4可采用变压器、电容或巨磁阻实现数据的隔离传输。

通过第二耦合传输单元4传输第一控制信号，能够保证整个缓冲电路良好的隔离，防止主从设备之间通过控制信号的通路漏电。

可选地，在一些可能的实施方式中，还包括：第二控制接口、第一开关控制单元、第二开关控制单元和第三耦合传输单元5，其中：

第二控制接口用于获取第二控制信号，并传输给第一开关控制单元，第一开关控制单元用于根据第二控制信号启动或关闭第一集成单元1；

第三耦合传输单元5用于将第二控制信号耦合传输给第二开关控制单元；

第二开关控制单元用于根据第二控制信号启动或关闭第二集成单元2。

例如，以图2为例，第二控制接口可以为控制接口OE。

需要说明的是，第一开关控制单元和第二开关控制单元为对称结构，因此下面以第一开关控制单元为例进行说明，第二开关控制单元同理，不再赘述。

第一开关控制单元可以通过输出驱动电路6实现，控制接口OE为其控制端，输入端与接收电路连接，输出端与接口A连接，应理解，输出驱动电路为本领域公知技术，在此不再赘述其结构。

当控制接口OE为高电平时，缓冲器工作，输出电平信号；当控制接口OE为低电平时，缓冲器不工作，输出高阻态，从而实现了控制缓冲器是否工作。

需要说明的是，第三耦合传输单元5可采用变压器、电容或巨磁阻实现数据的隔离传输。

通过开关控制单元能够方便快捷地实现控制缓冲器是否工作，并且通过第三耦合传输单元5传输第二控制信号，能够保证整个缓冲电路良好的隔离，防止主从设备之间通过控制信号的通路漏电。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。

基于以上实施例提供的缓冲电路，本发明还提供了一种缓冲器，该缓冲器适用于军用及航空航天等领域的主从系统，包括：管壳、第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片集成封装在管壳内，第一芯片上设置有第一集成单元，第二芯片上设置有第二集成单元，第一芯片或第二芯片上还设置有第一耦合传输单元，其中：

第一集成单元的一端用于与第一外部设备连接，第一集成单元的另一端通过第一耦合传输单元与第二集成单元的一端连接，第二集成单元的另一端用于与第二外部设备连接，第一集成单元和第二集成单元用于根据第一控制信号的控制选择数据的传输方向，第一耦合传输单元用于对数据进行耦合传输。

应理解，本领域技术人员也可以在不付出创造性劳动的前提下，在第一芯片上设置第一耦合传输单元的一端，在第二芯片上设置第一耦合传输单元的另一端，例如，当第一耦合传输单元为变压器时，原边可以设置在第一芯片上，次边设置在第二芯片上。后续实施方式中的第二耦合传输单元和第三耦合传输单元同理，不再赘述。

本实施例提供的隔离型双向缓冲缓冲器，能够实现双侧供电，并且通过控制数据的传输方向，实现了数据的双向传输，且相比于传统的反接二极管，本发明在数据双向传输时均通过耦合传输结构进行隔离，能够有效消除从主设备之间的电源漏电现象，避免主从设备之间相互干扰，实现了双向隔离，并且通过集成在同一管壳内，具有良好的一体性，集成度高，使用方便。

可选地，在一些可能的实施方式中，第一集成单元包括：第一切换电路、第一信号接收电路和第一信号发送电路，其中，第一切换电路用于根据第一控制信号的控制选择接通第一信号接收电路或第一信号发送电路，第一信号接收电路用于接收第一外部设备发送的数据，第一信号发送电路用于向第一外部设备发送数据；

第二集成单元包括：第二切换电路、第二信号接收电路和第二信号发送电路，其中，第二切换电路用于根据第一控制信号的控制选择接通第二信号接收电路或第二信号发送电路，第二信号接收电路用于接收第二外部设备发送的数据，第二信号发送电路用于向第二外部设备发送数据。

可选地，在一些可能的实施方式中，第一芯片上还设置有第一控制接口，第一芯片或第二芯片上还设置有第二耦合传输单元，其中，第一控制接口用于获取第一控制信号，并传输给第一切换电路，第二耦合传输单元用于将第一控制信号耦合传输给第二切换电路。

可选地，在一些可能的实施方式中，第一芯片上还设置有第二控制接口、第一开关控制单元，第二芯片上设置有第二开关控制单元，第一芯片或第二芯片上还设置有第三耦合传输单元，其中：

第二控制接口用于获取第二控制信号，并传输给第一开关控制单元，第一开关控制单元用于根据第二控制信号启动或关闭第一集成单元；

第三耦合传输单元用于将第二控制信号耦合传输给第二开关控制单元；

第二开关控制单元用于根据第二控制信号启动或关闭第二集成单元。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。

需要说明的是，上述各实施例是包含在先缓冲电路实施例的缓冲器实施例，对于缓冲器实施例中各可选实施方式的说明可以参考上述各缓冲电路实施例中的对应说明，在此不再赘述。

基于以上实施例提供的缓冲器和缓冲电路，本发明还提供了一种双向隔离系统，该双向隔离系统包括第一外部设备、第二外部设备以及如上述任意实施例提供的隔离型双向缓冲器，第一外部设备和第二外部设备通过隔离型双向缓冲器连接。

如图3所示，提供了一种示例性的双向隔离系统的结构框架示意图，其中，第一外部设备可以理解为主设备或从设备，第二外部设备可以理解为总线，主设备和多个从设备均通过缓冲器与总线连接，在总线与主设备之间、总线与每个从设备之间均通过本发明提供的实施例连接，能够有效的消除从主设备之间的电源漏电现象，避免从主设备之间相互干扰，实现了双向隔离。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料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针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料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，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种隔离型双向缓冲电路，其特征在于，应用于总线，包括：第一集成单元、第二集成单元和第一耦合传输单元，其中，所述第一集成单元的一端用于与第一外部设备连接，所述第一集成单元的另一端通过所述第一耦合传输单元与所述第二集成单元的一端连接，所述第二集成单元的另一端用于与第二外部设备连接，所述第一集成单元和所述第二集成单元用于根据第一控制信号的控制选择数据的传输方向，所述第一耦合传输单元用于对所述数据进行耦合传输；所述第一集成单元包括：第一切换电路、第一信号接收电路和第一信号发送电路，其中，所述第一切换电路用于根据所述第一控制信号的控制选择接通所述第一信号接收电路或所述第一信号发送电路，所述第一信号接收电路用于接收所述第一外部设备发送的数据，所述第一信号发送电路用于向所述第一外部设备发送数据；

所述第二集成单元包括：第二切换电路、第二信号接收电路和第二信号发送电路，其中，所述第二切换电路用于根据所述第一控制信号的控制选择接通所述第二信号接收电路或所述第二信号发送电路，所述第二信号接收电路用于接收所述第二外部设备发送的数据，所述第二信号发送电路用于向所述第二外部设备发送数据；还包括：第一控制接口和第二耦合传输单元，其中，所述第一控制接口用于获取所述第一控制信号，并传输给所述第一切换电路，所述第二耦合传输单元用于将所述第一控制信号耦合传输给所述第二切换电路；还包括：第二控制接口、第一开关控制单元、第二开关控制单元和第三耦合传输单元，其中：

所述第二控制接口用于获取第二控制信号，并传输给所述第一开关控制单元，所述第一开关控制单元用于根据所述第二控制信号启动或关闭所述第一集成单元；

所述第三耦合传输单元用于将所述第二控制信号耦合传输给所述第二开关控制单元；

所述第二开关控制单元用于根据所述第二控制信号启动或关闭所述第二集成单元。

2.一种隔离型双向缓冲器，其特征在于，包括：管壳、第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片集成封装在所述管壳内，所述第一芯片上设置有第一集成单元，所述第二芯片上设置有第二集成单元，所述第一芯片或所述第二芯片上还设置有第一耦合传输单元，其中：

所述第一集成单元的一端用于与第一外部设备连接，所述第一集成单元的另一端通过所述第一耦合传输单元与所述第二集成单元的一端连接，所述第二集成单元的另一端用于与第二外部设备连接，所述第一集成单元和所述第二集成单元用于根据第一控制信号的控制选择数据的传输方向，所述第一耦合传输单元用于对所述数据进行耦合传输；

所述第一集成单元包括：第一切换电路、第一信号接收电路和第一信号发送电路，其中，所述第一切换电路用于根据所述第一控制信号的控制选择接通所述第一信号接收电路或所述第一信号发送电路，所述第一信号接收电路用于接收所述第一外部设备发送的数据，所述第一信号发送电路用于向所述第一外部设备发送数据；

所述第二集成单元包括：第二切换电路、第二信号接收电路和第二信号发送电路，其中，所述第二切换电路用于根据所述第一控制信号的控制选择接通所述第二信号接收电路或所述第二信号发送电路，所述第二信号接收电路用于接收所述第二外部设备发送的数据，所述第二信号发送电路用于向所述第二外部设备发送数据；

所述第一芯片上还设置有第一控制接口，所述第一芯片或所述第二芯片上还设置有第二耦合传输单元，其中，所述第一控制接口用于获取所述第一控制信号，并传输给所述第一切换电路，所述第二耦合传输单元用于将所述第一控制信号耦合传输给所述第二切换电路；

所述第一芯片上还设置有第二控制接口和第一开关控制单元，所述第二芯片上设置有第二开关控制单元，所述第一芯片或所述第二芯片上还设置有第三耦合传输单元，其中：

所述第二控制接口用于获取第二控制信号，并传输给所述第一开关控制单元，所述第一开关控制单元用于根据所述第二控制信号启动或关闭所述第一集成单元；

所述第三耦合传输单元用于将所述第二控制信号耦合传输给所述第二开关控制单元；

所述第二开关控制单元用于根据所述第二控制信号启动或关闭所述第二集成单元。

3.一种双向隔离系统，其特征在于，包括第一外部设备、第二外部设备以及如权利要求2所述的隔离型双向缓冲器，所述第一外部设备和所述第二外部设备通过所述隔离型双向缓冲器连接。

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