CN111971935B - 包括电隔离的电子产品及其电隔离方法 - Google Patents

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Abstract

提供了包括电隔离的电子产品(100、200)。电子产品(100、200)包括：双向隔离电路(110、210)，其将第一部分(100a、200a)与第二部分(100b、200b)分开，以及设置在第二部分(100b、200b)中的总线收发器开关(120b、220b)。总线收发器开关(120b、220b)通信地耦合至双向隔离电路(110、210)。总线收发器开关(120b、220b)从双向隔离电路(110、210)接收由第一部分(100a、200a)提供的通信控制信号。

Description

包括电隔离的电子产品及其电隔离方法
技术领域
以下描述的实施方式涉及电隔离，并且更特别地，涉及包括电隔离的电子产品。
背景技术
在工业控制产品中，通信必须发生在潜在危险和电噪声环境中，同时利用有限的计算和/或电力资源。已经开发了一些通信协议以在这样的环境中操作。一个示例性通信协议是可寻址远程传感器高速通道(HART) 协议。HART协议是在mA电流回路上叠加通信以允许在单对线上同时使用模拟信号和数字通信(叠加通信)的方法。在HART协议中，这是通过使用两个频率来表示逻辑位而实现的：1200Hz(逻辑1)和2200Hz (逻辑0)。这种通信方法被称为频移键控(FSK)。
由于采用工业控制产品的潜在危险和/或电噪声环境，所以许多产品包括输入/输出(I/O)通道、传感器连接、和/或处理功能之间的电隔离。在无危险设施中，因为I/O通道可以指向不同的系统，所以提供这种隔离以消除可能的接地回路和噪声源。在危险区域设施中，隔离可能是必要的以满足批准标准。
图1示出了具有电隔离的现有技术电子产品10。如图1所示，现有技术电子产品10包括非隔离部分10a和隔离部分10b。非隔离部分10a 通过隔离装置12a、12b与隔离部分10b电隔离。非隔离部分10a和隔离部分10b分别包括发送电路13a、13b和接收电路14a、14b。非隔离部分 10a还包括处理器15，并且隔离部分10b包括调制电路16和HART滤波器17。
由处理器15生成HART发送频率(与每个“0”或“1”逻辑相关联的频率)，该处理器15可以包括或者被称为HART调制解调器。跨隔离装置12a传送频率，该隔离装置12a通常是用于数字信号的光耦合器或用于模拟信号的线性光耦合器。频率用于调制在隔离部分10b上的4-20 mA电流设置。经由HART滤波器17接收的所接收HART信号还必须被传递跨过隔离装置12b，以由处理器15读取和解调制。然而，这种实现方式存在若干问题。
首先，HART是半双工通信形式。这意味着装置发送或接收信号，但从不同时发送或接收信号。如图1所示，当装置发送HART信号时，在接收电路上也看到所发送的信号。这被称为发送信号的“回声”，并且是由于存在两个分开的隔离装置12a，12b。这需要两个HART隔离点维持发送和接收的完整性。
第二，光耦合器具有宽的电流传输比(CTR)，这限制了控制紧电流消耗范围(tightcurrent draw range)的设计能力。CTR是在光耦合器的一侧上提供的电流相对于在另一侧上提供的电流的比率。该比率的容差可以为80％到300％。由于mA调制(例如，HART调制)是电流控制的，因此难以用这些高容差来控制mA调制。光耦合器通常还需要高驱动电流，这对于低功率或回路供电产品而言是不期望的。
第三，当产品由交流(AC)电压供电而输出必须进入危险区域时，对隔离组件有许多间隔要求。然而，额定用于危险区域间隔的组件的选择是非常有限的。另外，期望减少HART隔离占用面积-板基板面(board real estate)(隔离点)和/或隔离所需的功耗。因此，需要包括电隔离而没有以上缺点的电子产品。
发明内容
提供了包括电隔离的电子产品。根据实施方式，电子产品包括双向隔离电路，其将第一部分与第二部分分开，以及设置在第二部分中的总线收发器开关。总线收发器开关通信地耦合至双向隔离电路。总线收发器开关从双向隔离电路接收由第一部分提供的通信控制信号。
提供了将电子产品的一部分电隔离的方法。根据实施方式，该方法包括利用双向隔离电路接收通信控制信号，其中，该双向隔离电路将电子产品的第一部分和第二部分分开，并且该通信控制信号由第一部分提供。该方法还包括利用双向隔离电路将所接收的通信控制信号提供给设置在第二部分中的总线收发器开关。
各方面
根据一个方面，一种包括电隔离的电子产品(100，200)，包括：双向隔离电路(110，210)，其将第一部分(100a，200a)与第二部分(100b，200b)分开；以及设置在第二部分(100b，200b)中的总线收发器开关 (120b，220b)。总线收发器开关(120b，220b)通信地耦合至双向隔离电路(110，210)。总线收发器开关(120b，220b)从双向隔离电路(110， 210)接收由第一部分(100a，200a)提供的通信控制信号。
优选地，双向隔离电路(110，210)包括具有处理器端子(110a， 210a)和总线端子(110b，210b)的变压器(112，212)。
优选地，双向隔离电路(210)还包括脉冲生成电路(214a)，该脉冲生成电路(214a)通信地耦合至变压器(212)，脉冲生成电路(214a) 被配置成进行以下操作：接收通信控制信号；基于通信控制信号生成脉冲信号；以及将脉冲信号提供给变压器(212)。双向隔离电路(210)还包括脉冲解码电路(214b)，其通信地耦合至变压器(212)并且被配置成从变压器(212)接收脉冲信号并且将所接收的脉冲信号解码成由总线收发器开关(220b)接收的通信控制信号。
优选地，双向隔离电路(110)还包括控制隔离电路(114)，其被配置成从电子产品(100)的第一部分(100a)接收通信控制信号，并且将通信控制信号提供给总线收发器开关(120b)。
优选地，控制隔离电路(114)包括：脉冲生成电路(414a)，并且其被配置成接收通信控制信号并且基于通信控制信号生成脉冲信号；变压器(412)，其通信地耦合至脉冲生成电路(414a)并且被配置成从脉冲生成电路(414a)接收脉冲信号并且提供脉冲信号；以及脉冲解码电路(414b)，其通信地耦合至变压器(412)并且被配置成接收由变压器 (412)提供的脉冲信号并且将所接收的脉冲信号解码成由总线收发器开关(120b，220b)接收的通信控制信号。
优选地，电子产品(100，200)还包括处理器收发器开关(120a， 220a)，其设置在电子产品(100，200)的第一部分(100a，200a)中，处理器收发器开关(120a，220a)被配置成由通信控制信号控制。
优选地，电子产品(100，200)还包括处理器收发器电路(130a， 230a)，其具有处理器发送端子(132at，232at)和处理器接收端子(134at， 234at)，其中，处理器收发器开关(120a，220a)选择性地与处理器发送端子(132at，232at)和处理器接收端子(134at，234at)通信地耦合。
优选地，处理器收发器电路(130a，230a)包括处理器发送电路(132a， 232a)和处理器接收电路(134a，234a)。处理器发送电路(132a，232a) 被配置成从第一部分(100a，200a)中的处理器(140，240)接收数字通信，并且将所接收的数字通信发送到处理器收发器开关(120a，220a)。处理器接收电路(134a，234a)被配置成从处理器收发器开关(120a，220a)接收数字通信，并且将所接收的数字通信发送到处理器(140，240)。
优选地，电子产品(100，200)还包括：总线收发器电路(130b， 230b)，其具有总线发送端子(132bt，232bt)和总线接收端子(134bt， 234bt)，其中，总线收发器开关(120b，220b)选择性地与总线发送端子(132bt，232bt)和总线接收端子(134bt，234bt)通信地耦合。
优选地，总线收发器电路(130b，230b)包括总线发送电路(132b， 232b)和总线接收电路(134b，234b)。总线发送电路(132b，232b)被配置成从总线收发器开关(120b，220b)接收数字通信并且将所接收的数字通信发送到总线回路(L1，L2)。总线接收电路(134b，234b)被配置成从总线回路(L1，L2)接收数字通信并且将所接收的数字通信发送到总线收发器开关(120b，220b)。
根据一个方面，一种将电子产品的一部分电隔离的方法，包括利用双向隔离电路接收通信控制信号，其中，双向隔离电路将电子产品的第一部分和第二部分分开，并且通信控制信号由第一部分提供。该方法还包括利用双向隔离电路将所接收的通信控制信号提供给设置在第二部分中的总线收发器开关。
优选地，该方法还包括在双向隔离电路中提供变压器，该变压器具有处理器端子和第二端子。
优选地，该方法还包括提供脉冲生成电路并将该脉冲生成电路通信地耦合至变压器，其中，脉冲生成电路进行以下操作：从第一部分接收通信控制信号；基于通信控制信号生成脉冲信号；以及将脉冲信号提供给变压器。该方法还包括提供脉冲解码电路并将该脉冲解码电路通信地耦合至变压器，其中，脉冲解码电路从变压器接收脉冲信号并将所接收的脉冲信号解码成由总线收发器开关接收的通信控制信号。
优选地，该方法还包括：提供控制隔离电路；利用控制隔离电路接收通信控制信号；以及利用控制隔离电路将所接收的通信控制信号提供给设置在第二部分中的总线收发器开关。
优选地，提供控制隔离电路包括：提供脉冲生成电路，其接收通信控制信号并且基于通信控制信号生成脉冲信号；以及提供变压器并将该变压器通信地耦合至脉冲生成电路，其中，变压器从脉冲生成电路接收脉冲信号并提供脉冲信号。提供控制隔离电路还包括提供脉冲解码电路并将该脉冲解码电路通信地耦合至变压器，其中，脉冲解码电路接收由变压器提供的脉冲信号并将所接收的脉冲信号解码成由总线收发器开关接收的通信控制信号。
优选地，该方法还包括在第一部分中提供和设置处理器收发器开关，并且将处理器收发器开关配置成由通信控制信号控制。
优选地，该方法还包括提供具有处理器发送端子和处理器接收端子的处理器收发器电路，并且选择性地将处理器收发器开关与处理器发送端子和处理器接收端子通信地耦合。
优选地，其中，提供处理器收发器电路包括提供处理器发送电路和处理器接收电路。该方法还包括：利用处理器发送电路接收由第一部分中的处理器提供的数字通信，并且利用处理器发送电路将所接收的数字通信发送到处理器收发器开关；以及利用处理器接收电路从处理器收发器开关接收数字通信，并且利用处理器接收电路将所接收的数字通信发送到处理器。
优选地，该方法还包括提供具有总线发送端子和总线接收端子的总线收发器电路，并且选择性地将总线收发器开关与总线发送端子和总线接收端子通信地耦合。
优选地，提供总线收发器电路包括提供总线发送电路和总线接收电路。该方法还包括：利用总线发送电路从总线收发器开关接收数字通信，并且将所接收的数字通信发送到总线回路；以及利用总线接收电路从总线回路接收数字通信，并且将所接收的数字通信发送到总线收发器开关。
附图说明
在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。应当理解，附图不一定按比例绘制。
图1示出了具有电隔离的现有技术电子产品10。
图2和图3示出了包括电隔离的电子产品100、200。
图4示出了控制隔离电路410的详细视图，该控制隔离电路410采用用于通信控制信号140a、240a的变压器412，例如以上参照图2和图3描述的变压器212或在控制隔离电路114中采用的脉冲隔离变压器。
图5示出了包括时间轴510和位状态轴520的信号定时图500。
图6示出了将电子产品的一部分电隔离的方法600。
具体实施方式
图2至图6以及下面描述描绘了具体示例以教导本领域技术人员如何制造和使用包括电隔离的电子产品的实施方式的最佳模式。为了教导发明原理，一些传统方面已经被简化或省略。本领域技术人员将理解落入本说明书范围内的这些示例的变型。本领域技术人员将理解，以下描述的特征可以以各种方式组合以形成包括电隔离的电子产品。因此，以下描述的实施方式不限于以下描述的具体示例，而仅由权利要求及其等同物限定。
通过提供将电子产品的第一部分与第二部分分开的双向隔离电路，可以避免与两个单独的隔离装置相关联的问题，例如“回声”和加倍的板空间利用。总线收发器开关设置在第二部分中并且通信地耦合至双向隔离电路。总线收发器开关从双向隔离电路接收由第一部分提供的通信控制信号。因此，通信控制信号可以控制总线收发器开关以选择性地将第二部分中的发送电路或接收电路通信地耦合至双向隔离电路。结果，双向隔离电路可以用于发送和接收例如半双工模式数字通信。如将在以下更详细地解释的，因为双向隔离电路被用于发送和接收两者，所以消除了与两个单独的隔离装置相关联的问题，例如回声和加倍板空间利用。
图2和图3示出了包括电隔离的电子产品100、200。如图2和图3 所示，电子产品100、200包括第一部分100a、200a和第二部分100b、 200b。电子产品100、200包括双向隔离电路110、210，该双向隔离电路 110、210经由处理器端子110a、210a和总线端子110b、210b通信地耦合至第一部分100a、200a和第二部分100b、200b，并且设置在第一部分 100a、200a和第二部分100b、200b之间。处理器端子110a、210a和总线端子110b、210b可以被视为双端口网络的端口。双向隔离电路110、 210将第一部分100a、200a与第二部分100b、200b电隔离。例如，第一部分100a、200a可以是非电隔离的，而第二部分100b、200b可以是电隔离的。因此，存在于第一部分100a、200a中的噪声、瞬变、高电压等可能不传导或以其它方式耦合至第二部分100b、200b。如下文中将更详细地描述的，双向隔离电路110、210还被配置成通过单个电隔离装置或单个隔离点使用分开的发送电路和接收电路将第一部分100a、200a与第二部分100b、200b电隔离。结果，减少了板空间需求，并且消除了回声效应。
电子产品
电子产品100、200包括分别设置在第一部分100a、200a和第二部分100b、200b中的处理器收发器开关120a、220a和总线收发器开关120b、 220b。处理器收发器开关120a、220a和总线收发器开关120b、220b与双向隔离电路110、210通信地耦合。处理器收发器开关120a、220a和总线收发器开关120b、220b还分别通信地(例如，选择性地)耦合处理器收发器电路130a、230a和总线收发器电路130b、230b。
处理器收发器电路130a、230a包括处理器发送端子132at、232at和处理器接收端子134at、234at。如图2和图3所示，处理器收发器开关 120a、220a选择性地与处理器发送端子132at、232at和处理器接收端子 134at、234at通信地耦合。在第二部分100b、200b中，总线收发器电路 130b、230b包括总线发送端子132bt、232bt和总线接收端子134bt、234bt。总线收发器开关120b、220b选择性地通信地耦合至总线发送端子132bt、 232bt和总线接收端子134bt、234bt。
总线收发器电路130b、230b通信地耦合至mA调制电路150、250 和HART滤波器160、260。特别地，如图2和图3所示，总线发送电路 132b、232b通信地耦合至mA调制电路150、250，并且总线接收电路134b、 234b通信地耦合至HART滤波器160。mA调制电路150、250和HART 滤波器160、260通信地耦合至总线回路L1、L2。mA调制电路150、250 被配置成向总线回路L1、L2发送数字通信，并且HART滤波器160、260 被配置成从总线回路L1、L2接收数字通信。
如图2和图3所示，处理器收发器开关120a、220a通信地耦合至双向隔离电路110、210中的变压器112、212，但是可以采用任何合适的隔离电路来代替变压器112、212。变压器112、212分别经由处理器端子 110a、210a和总线端子110b、210b通信地耦合至第一部分100a、200a 和第二部分100b、200b。变压器112、212可以被视为双端口网络，其中处理器端子110a、210a和总线端子110b、210b分别是第一端口和第二端口。因此，变压器112、212可以是被配置成从第一部分100a、200a 或第二部分100b、200b接收数字通信的单个装置或单个隔离点。
可以针对特定通信协议来选择和/或设计变压器112、212。例如，如上所述，HART协议利用二进制FSK方案，其中逻辑“0”是2200Hz的正弦信号，并且逻辑“1”是1200Hz的正弦信号。附加地，可用于变压器112、212的输入的电流可能是有限的。因此，可以设计/选择变压器112、212的各种参数，以确保由变压器112、212输出的正弦信号的波形具有与在2200Hz和1200Hz处变压器112、212的正弦输入基本相似的形状，利用可用的电流供应，并且防止噪声、瞬变、高电压等传导。
如上所述，HART是半双工通信协议。这意味着在任何给定时间仅电子产品100、200或总线回路L1、L2上的设备在发送。例如，主设备 (HOST)发送命令，而从设备(SLAVE)发送响应。如本文所使用的，从电子产品100、200的角度使用术语“发送”和“接收”。HART通信通过mA调制(改变1200Hz和2200Hz处电流电平)来完成。电子产品 100、200在等待来自HOST的命令时进行接收。电子产品100、200通过发送响应来进行发送。无论是接收还是发送，信号都通过mA调制被传递。mA调制可以由mA调制电路150、250执行，并且HART滤波器 160、260可以从HOST接收命令并且可以移除mA调制。
如上所述，数字通信可以由第一部分100a、200a提供。为了提供用于发送的该数字通信，第一部分100a、200a包括处理器140、240，该处理器140、240通信地耦合至处理器收发器电路130a、230a。处理器140、 240可以是任何合适的处理器，并且可以包括HART调制解调器。例如，处理器140、240可以包括单个CPU或多个CPU、各种类型的存储器、 I/O端口等。附加地或替选地，接收和发送数字通信的HART调制解调器可以与提供通信控制信号的处理器物理地分开和/或与提供通信控制信号的处理器通信。
如图2和图3所示，处理器140、240被配置成向处理器发送电路 132a、232a提供数字通信，以及从处理器接收电路134a、234a接收数字通信。同样如图2和图3所示，处理器140、240向双向隔离电路110、 210提供通信控制信号140a、240a。通信控制信号140a、240a控制电子产品100、200是在发送还是在接收。然而，如将在下文中更详细地解释的，图2中所示的双向隔离电路110利用通信控制信号140a的方式与图 3中所示的双向隔离电路210利用通信控制信号240a的方式不同。
通信控制信号的使用
如图2所示，除了变压器112之外，双向隔离电路110还包括控制隔离电路114。控制隔离电路114通信地耦合至第一部分100a和第二部分100b。特别地，控制隔离电路114通信地耦合至第一部分100a中的处理器140。如图所示，控制隔离电路114经由第一控制信号节点170a通信地耦合至处理器140。控制隔离电路114还通信地耦合至总线收发器开关120b。如图所示，控制隔离电路114经由第二控制信号节点170b通信地耦合至总线收发器开关120b。第一控制信号节点170a和第二控制信号节点170b可以以相同或不同的形式向处理器和总线收发器开关120a、 120b提供通信控制信号140a。控制隔离电路114通过防止电噪声、瞬变、高电压等传导——例如防止从第一部分100a传导至第二部分100b——同时仍然允许通信控制信号140a从第一部分100a发送至第二部分100b 来将第一部分100a与第二部分100b电隔离。
如图2所示，通信控制信号140a被提供给双向隔离电路110中的控制隔离电路114。控制隔离电路114接收通信控制信号140a，并且将通信控制信号140a提供给总线收发器开关120b，以控制总线收发器开关 120b的状态。可以看出，在通信控制信号140a被控制隔离电路114接收以控制处理器收发器开关120a的状态之前，通信控制信号140a也被提供给处理器收发器开关120a。
控制隔离电路114可以例如包括脉冲变压器，例如印刷电路板(PCB) 脉冲变压器。在将通信控制信号编码成脉冲的情况下，脉冲变压器可能是期望的。参照图4描述了控制隔离电路114的这种实施方式。参照图2，脉冲变压器可以确保由控制隔离电路114提供的脉冲具有期望的形状，例如与提供给脉冲变压器的脉冲的形状基本相同的形状。例如，由控制隔离电路114提供的脉冲可以具有与由脉冲变压器接收的脉冲基本上相同的上升时间和宽度。因为由控制隔离电路114提供的脉冲基本上与由脉冲变压器接收的脉冲相同，所以总线收发器开关120b可以根据需要致动。
尽管控制隔离电路114可以包括脉冲变压器，但是可以采用任何合适的隔离电路。例如，控制隔离电路114可以包括为其他通信控制信号设计的定制变压器。可以采用隔离第一部分100a和第二部分100b同时仍然允许通信控制信号140a发送到第二部分100b的其他手段。以下参照图3讨论示例。
如图3所示，双向隔离电路210包括通信地耦合至第一部分200a的脉冲生成电路214a。特别地，脉冲生成电路214a经由第一控制信号节点270a通信地耦合至处理器240。脉冲生成电路214a还通信地耦合至双向隔离电路210中的变压器212。双向隔离电路210还包括脉冲解码电路 214b，该脉冲解码电路214b通信地耦合至变压器212和第二部分200b。更具体，脉冲解码电路214b经由第二控制信号节点270b通信地耦合至总线收发器开关220b。第一控制信号节点270a和第二控制信号节点270b 可以以相同或不同的形式向处理器和总线收发器开关220a、220b提供通信控制信号240a。以下参照图4更详细地描述脉冲生成电路214a和脉冲解码电路214b。
参照图3，通信控制信号240a被提供给脉冲生成电路214a。脉冲生成电路214a接收通信控制信号240a并且将脉冲信号提供给变压器212。变压器212将所接收的脉冲提供给脉冲解码电路214b。脉冲解码电路将脉冲信号解码成通信控制信号240a，该通信控制信号240a被提供给总线收发器开关220b以控制总线收发器开关220b。可以看出，在通信控制信号240a由脉冲生成电路214a接收之前，还将通信控制信号240a提供给处理器收发器开关220a以控制处理器收发器开关220a。
电子产品的发送和接收配置
控制处理器收发器开关120a、220a和总线收发器开关120b、220b 可以包括切换它们的位置。例如，处理器收发器开关120a、220a中的一个位置可以将双向隔离电路110、210的处理器端子110a、210a与处理器发送端子132at、232at通信地耦合。处理器收发器开关120a、220a中的另一开关位置可以将处理器端子110a、210a通信地耦合至处理器接收端子134at、234at。在总线收发器开关120b、220b中，位置可以将总线端子110b、210b通信地耦合至总线发送端子132bt、232bt。总线收发器开关120b、220b中的另一开关位置可以将总线端子110b、210b与总线接收端子134bt、234bt通信地耦合。可以采用任何合适的位置。
处理器140、240可以通过控制处理器收发器开关120a、220a和总线收发器开关120b、220b的开关位置，使得第一部分100a、200a中的处理器发送电路132a、232a通信地耦合至处理器端子110a、210a，并且第二部分100b、200b中的总线发送电路132b、232b通信地耦合至总线端子110b、210b，从而与总线回路L1，L2通信。因此，处理器140、240 可以经由处理器发送电路132a、232a、变压器112、212、和总线发送电路132b、232b向总线回路L1、L2提供数据。因此，电子产品100、200 被置于发送配置。可以理解，电子产品100、200也可以被置于接收配置。
通过将电子产品100、200置于发送配置或接收配置，变压器112、 212可以用于双向信号传输。由于在任何给定时间仅使用单个变压器112、 212作为用于数字通信的双端口网络或单个隔离点，因此可能不存在图1 所示的现有技术电子产品10中存在的回声。另外，变压器112、212可以具有良好的正弦(例如，HART)波形完整性。例如，在HART位的传输期间，变压器112、212可以输出具有与由变压器112、212接收的形状基本相同的形状的正弦信号。另外，变压器112、212也可以被构造成满足危险批准间隔。
控制隔离电路
图4示出了控制隔离电路410的详细视图，该控制隔离电路410采用用于通信控制信号140a、240a的变压器412，例如在控制隔离电路114 中采用的脉冲隔离变压器或以上参照图2和图3描述的变压器212。如图 4所示，控制隔离电路410包括变压器412，该变压器412通信地耦合至脉冲生成电路414a和脉冲解码电路414b。脉冲生成电路414a和脉冲解码电路414b可以被包括在以上参照图2描述的控制隔离电路114中。脉冲生成电路414a和脉冲解码电路414b也可以与以上参照图3描述的脉冲生成电路214a和脉冲解码电路214b相同。
图5示出了包括时间轴510和位状态轴520的信号定时图500。信号定时图500被示为包括通信控制信号530、脉冲信号540、以及解码的通信控制信号530’。通信控制信号530可以与以上参照图2和图3描述的通信控制信号相同。脉冲信号540可以由参照图2描述的控制隔离电路 114中的脉冲生成电路或图3所示的脉冲生成电路214a生成。脉冲信号 540也可以由参照图2描述的控制隔离电路114中的脉冲解码电路或图3 所示的脉冲解码电路214b来解码。脉冲信号540可以被解码为解码的通信控制信号530’。
如图4所示，脉冲生成电路414a从电子产品(例如以上参照图2和图3描述的电子产品100、200)的第一部分接收通信控制信号530。第一部分可以是以上参照图2和图3描述的第一部分100a、200a。如图5 所示，通信控制信号530是数字信号，其中，例如，位值“1”可以对应于电子产品100、200被配置成从回路L1、L2接收数据。即，处理器收发器开关120a、220a和总线收发器开关120b、220b将变压器112、212 通信地耦合至处理器接收电路134a、234a和总线接收电路134b、234b，并且将变压器112、212从处理器发送电路132a、232a和总线发送电路132b、232b通信地解耦合。
可以理解，当通信控制信号530处于位值“0”时，电子产品100、 200可以被配置成向总线回路L1、L2发送数据。在该配置中，处理器发送电路132a、232a和总线发送电路132b、232b可以通信地耦合至变压器112、212，并且处理器接收电路134a、234a和总线接收电路134b、 234b可以从变压器112、212通信地解耦合。
处理器收发器开关120a、220a和总线收发器开关120b、220b的通信控制信号530控制在图2和图3中由通信控制信号140a、240a与处理器收发器开关120a、220a和总线收发器开关120b、220b之间的虚线示出。可以理解，如图2和图3所示，通信控制信号530也可以被提供给控制隔离电路114和脉冲生成电路214a，并且由控制隔离电路114和脉冲解码电路214b提供，其功能通过参照图4来描述。
如图4所示，脉冲生成电路414a接收被示出为数字波形的通信控制信号530，并且生成脉冲信号540。脉冲信号540中的脉冲可以在微秒 (kHz)范围内，并且因此可以通过简单的低通滤波器从mA电流回路中被滤波。脉冲信号540中的脉冲被示为包括正向脉冲和负向脉冲。然而，可以采用任何合适的脉冲信号。
脉冲生成电路414a可以通过在电源和地之间的电压供应之间的中间位置切换基准来产生正向脉冲和负向脉冲。持续时间可以由电阻-电容 (RC)定时电路控制。然而，可以采用任何合适的手段来产生所示的脉冲信号540或任何其他脉冲信号。
脉冲解码电路414b将脉冲信号540解码为解码的通信控制信号 530’。在一个示例中，脉冲解码电路414b可以包括两个MOSFET，这两个MOSFET检测正或负脉冲并利用触发器(钟控D型)将其闩锁。正检测将“开关”闩锁在一个方向上，而负脉冲将“开关”闩锁在另一方向上。在图3的实施方式中，脉冲信号540的幅度可以大于数字通信的幅度。因此，例如，两个MOSFET未检测到数字通信。例如，脉冲信号540 的幅度可以大于两个MOSFET的闩锁阈值，而数字通信的幅度可以小于闩锁阈值。结果，只有脉冲信号540被解码为解码的通信控制信号530’。因此，解码的通信控制信号530’可以被重新创建并用于控制例如图2和图3所示的总线收发器开关120b、220b。然而，可以采用任何合适的手段将脉冲信号540解码成解码的通信控制信号530’。
如上所述，图4所示的变压器412可以是图2所示的控制隔离电路 114中的脉冲变压器或图3所示的变压器212。图2和图3所示的双向隔离电路110、210都使用脉冲信号以在接收配置和发送配置之间切换。图 3所示的变压器212可以传递1200Hz和2200Hz的HART频率。因此，由于相对低的频率，变压器212可以包括磁芯。图2所示的控制隔离电路114可以仅通过相对高频的脉冲，例如图5所示的脉冲信号540，并且因此可以被相应地设计。图2的双向隔离电路110可以适合于低功率应用，并且图3的双向隔离电路210可以使用共用变压器来传送脉冲信号 540和数字通信两者。然而，可以理解，可以采用任何合适的隔离电路，并且隔离电路不一定需要使用脉冲信号。
将电子产品的一部分电隔离的方法
图6示出了将电子产品的一部分电隔离的方法600。如图6所示，方法600开始于在步骤610中利用双向隔离电路接收通信控制信号。双向隔离电路可以将电子产品的第一部分和第二部分分开。通信控制信号由第一部分提供。在步骤620中，方法600利用双向隔离电路将所接收的通信控制信号提供给设置在第二部分中的总线收发器开关。
方法600还可以包括在双向隔离电路中提供变压器。方法600所提供的变压器可以与以上参照图2和图3所讨论的变压器112、212相同或不同。在双向隔离电路中提供变压器的情况下，方法600还可以包括提供脉冲生成电路并将该脉冲生成电路通信地耦合至变压器，以及提供脉冲解码电路并将该脉冲解码电路通信地耦合至变压器。
脉冲生成电路可以从第一部分接收通信控制信号，基于通信控制信号生成脉冲信号，并且将脉冲信号提供给变压器。脉冲解码电路可以从变压器接收脉冲信号，并且将所接收的脉冲信号解码成由总线收发器开关接收的通信控制信号。方法600所采用的脉冲生成电路和脉冲解码电路可以分别与上述脉冲生成电路214a、414a和脉冲解码电路214b、414b相同，但是也可以采用任何合适的电路。
附加地或替选地，方法600还可以包括提供控制隔离电路。在提供控制隔离电路的情况下，方法600还可以包括利用控制隔离电路接收通信控制信号，并且利用控制隔离电路将所接收的通信控制信号提供给设置在第二部分中的总线收发器开关。方法600所采用的控制隔离电路可以是或者可以不是以上参照图2所描述的控制隔离电路114，但是也可以采用任何合适的隔离电路。
提供控制隔离电路可以包括：提供脉冲生成电路，该脉冲生成电路接收通信控制信号并且基于通信控制信号生成脉冲信号；以及提供变压器并将其通信地耦合至脉冲生成电路。变压器可以从脉冲生成电路接收脉冲信号并且提供脉冲信号。提供控制隔离电路还可以包括提供脉冲解码电路并将其通信地耦合至变压器。脉冲解码电路可以接收由变压器提供的脉冲信号，并且将所接收的脉冲信号解码成由总线收发器开关接收的通信控制信号。脉冲生成电路和脉冲解码电路可以是被包括在以上参照图2描述的控制隔离电路114中的脉冲生成电路和脉冲解码电路，但是也可以采用任何合适的电路。
方法600也可以包括在第一部分中提供和设置处理器收发器开关，并且将处理器收发器开关配置成由通信控制信号控制。方法600所采用的处理器收发器开关可以是上述处理器收发器开关120a、220a，但是也可以采用任何合适的开关。
方法600还可以包括提供具有处理器发送端子及处理器接收端子的处理器收发器电路。方法600所采用的处理器收发器电路可以是以上参照图2和图3描述的处理器收发器电路130a、230a。在提供处理器收发器电路的情况下，方法600还可以包括选择性地将处理器收发器开关与处理器发送端子和处理器接收端子通信地耦合。
提供处理器收发器电路的步骤可以包括提供处理器发送电路和处理器接收电路。在提供处理器发送电路和处理器接收电路的情况下，方法 600也可以包括利用处理器发送电路接收由第一部分中的处理器提供的数字通信并且利用处理器发送电路将所接收的数字通信发送到处理器收发器开关，以及/或者利用处理器接收电路从处理器收发器开关接收数字通信并且利用处理器接收电路将所接收的数字通信发送到处理器。
方法600还可以包括提供具有总线发送端子和总线接收端子的总线收发器电路，并且选择性地将总线收发器开关与总线发送端子和总线接收端子通信地耦合。提供总线收发器电路可以包括提供总线发送电路和总线接收电路。在提供总线发送电路和总线接收电路的情况下，方法600 还可以包括利用总线发送电路从总线收发器开关接收数字通信并且将所接收的数字通信发送到总线回路，以及利用总线接收电路从总线回路接收数字通信并且将所接收的数字通信发送到总线收发器开关。
电子产品100、200，并且特别地，双向隔离电路110、210将电子产品100、200的第一部分100a、200a与电子产品100、200的第二部分100b、200b彼此电隔离。双向隔离电路110、210采用单个隔离设备作为单个隔离点，例如上述变压器112、212，用于接收来自总线回路L1、L2的通信以及将通信发送到总线回路L1、L2。结果，使用较少的板空间，并且消除了回声问题。
以上实施方式的详细描述不是发明人预期的将在本说明书的范围内的所有实施方式的详尽描述。的确，本领域技术人员将认识到，上述实施方式的某些元件可以以各种方式组合或消除以产生另外的实施方式，并且这样的另外的实施方式落入本说明书的范围和教导内。对于本领域普通技术人员来说，上述实施方式可以整体或部分地组合以产生在本说明书的范围和教导内的附加的实施方式也是显而易见的。
因此，尽管为了说明的目的本文描述了特定实施方式，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本说明书的范围内各种等效修改是可能的。本文提供的教导可以应用于包括电隔离的其他电子产品，而不仅仅应用于上述和附图中所示的实施方式。因此，上述实施方式的范围应当由所附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种包括电隔离的电子产品(100，200)，所述电子产品(100，200)包括：
双向隔离电路(110，210)，其将第一部分(100a，200a)与第二部分(100b，200b)分开；以及
设置在所述第二部分(100b，200b)中的总线收发器开关(120b，220b)，所述总线收发器开关(120b，220b)通信地耦合至所述双向隔离电路(110，210)；
其中，所述总线收发器开关(120b，220b)从所述双向隔离电路(110，210)接收由所述第一部分(100a，200a)提供的通信控制信号。
2.根据权利要求1所述的电子产品(100，200)，其中，所述双向隔离电路(110，210)包括具有处理器端子(110a，210a)和总线端子(110b，210b)的第一变压器(112，212)。
3.根据权利要求2所述的电子产品(200)，其中，所述双向隔离电路(210)还包括：
脉冲生成电路(214a)，其通信地耦合至所述第一变压器(212)，所述脉冲生成电路(214a)被配置成进行以下操作：
接收所述通信控制信号；
基于所述通信控制信号生成脉冲信号；以及
将所述脉冲信号提供给所述第一变压器(212)；以及
脉冲解码电路(214b)，其通信地耦合至所述第一变压器(212)并且被配置成从所述第一变压器(212)接收所述脉冲信号并且将所接收的脉冲信号解码成由所述总线收发器开关(220b)接收的所述通信控制信号。
4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的电子产品(100)，其中，所述双向隔离电路(110)还包括控制隔离电路(114)，所述控制隔离电路被配置成从所述电子产品(100)的第一部分(100a)接收所述通信控制信号，并且将所述通信控制信号提供给所述总线收发器开关(120b)。
5.根据权利要求4所述的电子产品(100)，其中，所述控制隔离电路(114)包括：
脉冲生成电路(414a)，并且其被配置成接收所述通信控制信号并且基于所述通信控制信号生成脉冲信号；
第二变压器(412)，其通信地耦合至所述脉冲生成电路(414a)并且被配置成从所述脉冲生成电路(414a)接收所述脉冲信号并且提供所述脉冲信号；以及
脉冲解码电路(414b)，其通信地耦合至所述第二变压器(412)并且被配置成接收由所述第二变压器(412)提供的所述脉冲信号并且将所接收的脉冲信号解码成由所述总线收发器开关(120b，220b)接收的所述通信控制信号。
6.根据权利要求1所述的电子产品(100，200)，还包括：处理器收发器开关(120a，220a)，其设置在所述电子产品(100，200)的第一部分(100a，200a)中，所述处理器收发器开关(120a，220a)被配置成由所述通信控制信号控制。
7.根据权利要求6所述的电子产品(100，200)，还包括处理器收发器电路(130a，230a)，所述处理器收发器电路具有处理器发送端子(132at，232at)和处理器接收端子(134at，234at)，其中，所述处理器收发器开关(120a，220a)选择性地与所述处理器发送端子(132at，232at)和所述处理器接收端子(134at，234at)通信地耦合。
8.根据权利要求7所述的电子产品(100，200)，其中，所述处理器收发器电路(130a，230a)包括处理器发送电路(132a，232a)和处理器接收电路(134a，234a)，其中：
所述处理器发送电路(132a，232a)被配置成从所述第一部分(100a，200a)中的处理器(140，240)接收数字通信，并且将所接收的数字通信发送到所述处理器收发器开关(120a，220a)；并且
所述处理器接收电路(134a，234a)被配置成从所述处理器收发器开关(120a，220a)接收数字通信，并且将所接收的数字通信发送到所述处理器(140，240)。
9.根据权利要求1所述的电子产品(100，200)，还包括：总线收发器电路(130b，230b)，所述总线收发器电路具有总线发送端子(132bt，232bt)和总线接收端子(134bt，234bt)，其中，所述总线收发器开关(120b，220b)选择性地与所述总线发送端子(132bt，232bt)和所述总线接收端子(134bt，234bt)通信地耦合。
10.根据权利要求9所述的电子产品(100，200)，其中，所述总线收发器电路(130b，230b)包括总线发送电路(132b，232b)和总线接收电路(134b，234b)，其中：
所述总线发送电路(132b，232b)被配置成从所述总线收发器开关(120b，220b)接收数字通信并且将所接收的数字通信发送到总线回路(L1，L2)；并且
所述总线接收电路(134b，234b)被配置成从所述总线回路(L1，L2)接收数字通信并且将所接收的数字通信发送到所述总线收发器开关(120b，220b)。
11.一种将电子产品的一部分电隔离的方法，所述方法包括：
利用双向隔离电路接收通信控制信号，其中：
所述双向隔离电路将所述电子产品的第一部分和第二部分分开；并且
所述通信控制信号由所述第一部分提供；以及
利用所述双向隔离电路将所接收的通信控制信号提供给设置在所述第二部分中的总线收发器开关。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述双向隔离电路中提供第一变压器，所述第一变压器具有处理器端子和总线端子。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
提供脉冲生成电路并将所述脉冲生成电路通信地耦合至所述第一变压器，其中，所述脉冲生成电路进行以下操作：
从所述第一部分接收所述通信控制信号；
基于所述通信控制信号生成脉冲信号；以及
将所述脉冲信号提供给所述第一变压器；以及
提供脉冲解码电路并将所述脉冲解码电路通信地耦合至所述第一变压器，其中，所述脉冲解码电路从所述第一变压器接收所述脉冲信号并将所接收的脉冲信号解码成由所述总线收发器开关接收的所述通信控制信号。
14.根据前述权利要求11至13中任一项所述的方法，还包括：
提供控制隔离电路；
利用所述控制隔离电路接收所述通信控制信号；以及
利用所述控制隔离电路将所接收的通信控制信号提供给设置在所述第二部分中的所述总线收发器开关。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，提供所述控制隔离电路包括：
提供脉冲生成电路，所述脉冲生成电路接收所述通信控制信号并且基于所述通信控制信号生成脉冲信号；
提供第二变压器并将所述第二变压器通信地耦合至所述脉冲生成电路，其中，所述第二变压器从所述脉冲生成电路接收所述脉冲信号并提供所述脉冲信号；以及
提供脉冲解码电路并将所述脉冲解码电路通信地耦合至所述第二变压器，其中，所述脉冲解码电路接收由所述第二变压器提供的所述脉冲信号并将所接收的脉冲信号解码成由所述总线收发器开关接收的所述通信控制信号。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括在所述第一部分中提供和设置处理器收发器开关，并且将所述处理器收发器开关配置成由所述通信控制信号控制。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括提供具有处理器发送端子和处理器接收端子的处理器收发器电路，并且选择性地将所述处理器收发器开关与所述处理器发送端子和所述处理器接收端子通信地耦合。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，提供所述处理器收发器电路包括提供处理器发送电路和处理器接收电路，并且所述方法还包括：
利用所述处理器发送电路接收由所述第一部分中的处理器提供的数字通信，并且利用所述处理器发送电路将所接收的数字通信发送到所述处理器收发器开关；以及
利用所述处理器接收电路从所述处理器收发器开关接收数字通信，并且利用所述处理器接收电路将所接收的数字通信发送到所述处理器。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括提供具有总线发送端子和总线接收端子的总线收发器电路，并且选择性地将所述总线收发器开关与所述总线发送端子和所述总线接收端子通信地耦合。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，提供所述总线收发器电路包括提供总线发送电路和总线接收电路，并且还包括：
利用所述总线发送电路从所述总线收发器开关接收数字通信，并且将所接收的数字通信发送到总线回路；以及
利用所述总线接收电路从所述总线回路接收数字通信，并且将所接收的数字通信发送到所述总线收发器开关。
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