CN112886813A - Mbus主机发送电路、总线系统及信号发送方法 - Google Patents

Mbus主机发送电路、总线系统及信号发送方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MBUS主机发送电路，包括：光耦隔离模块、转换开关、电压转换电路和升压芯片电路；所述光耦隔离模块的输入端与主机连接，所述光耦隔离模块的输出端与所述转换开关的控制端连接；所述转换开关的输出端与所述电压转换电路的控制输入端连接，所述电压转换电路的反馈输出端与所述升压芯片电路的输出电压控制端连接，所述升压芯片电路的输入端与第一供电电源连接，所述升压芯片电路的输出端为MBUS主机发送电路的信号输出端。本发明还公开了一种信号发送方法和MBUS总线系统。本发明提高了通信波形上升、下降沿的变化速率，从而提高了通信速率，同时有效降低了通信误码率。

Description

MBUS主机发送电路、总线系统及信号发送方法
技术领域
本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种MBUS主机发送电路、MBUS总线系统及信号发送方法。
背景技术
MBUS是一种主从式半双工传输总线，具有抗干扰能力强、传输距离远、施工简单、供电灵活等特点，被广泛的应用于各种计量仪表(如电表、水表、气表、热表)的抄读中。
MBUS总线系统由一个主设备、若干从设备和一对连接线缆组成，所有从设备并行连接在总线上，由主设备控制总线上的所有串行通信进程。通常，主设备是一个智能控制器，从设备是各种计量仪表，主设备与从设备进行通信，获取从设备的测量数据。
目前，现有的MBUS主机通信电路中，发送电路是通过DC-DC升压电路和LDO浮地电平实现的。这种电路由于光耦电路响应速度慢以及LDO本身的时延，容易产生通信速率无法提高和通信过程中存在一定的误码率等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种MBUS主机发送电路、MBUS总线系统及信号发送方法，旨在解决通信速率缓慢且通信过程存在误码率的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种MBUS主机发送电路，包括：光耦隔离模块、转换开关、电压转换电路和升压芯片电路；所述光耦隔离模块的输入端与主机连接，所述光耦隔离模块的输出端与所述转换开关的控制端连接；所述转换开关的输出端与所述电压转换电路的控制输入端连接，所述电压转换电路的反馈输出端与所述升压芯片电路的输出电压控制端连接，所述升压芯片电路的输入端与第一供电电源连接，所述升压芯片电路的输出端为MBUS主机发送电路的信号输出端；
所述光耦隔离模块，用于接收所述主机发出的第一信号或第二信号，并向所述转换开关对应发送开启信号或关断信号；
所述转换开关，用于在接收到所述开启信号时，将所述电压转换电路转换为第一电压模式，以使所述升压芯片电路输出所述第一电压模式对应的第一电压信号；
所述转换开关，还用于在接收到所述关断信号时，将所述电压转换电路转换为第二电压模式，以使所述升压芯片电路输出所述第二电压模式对应的第二电压信号。
可选地，所述光耦隔离模块包括第一电阻及光耦，所述光耦的阳极经所述第一电阻与第二供电电源连接；所述光耦的阴极作为所述光耦隔离模块的输入端与所述主机连接；所述光耦的集电极与第三供电电源连接，所述光耦的发射极为所述光耦隔离模块的输出端。
可选地，所述转换开关包括MOS管，所述MOS管的栅极为所述转换开关的控制端，所述MOS管的漏极和源极与所述电压转换电路的第一控制输入端和第二控制输入端对应连接。
可选地，所述转换开关还包括第二电阻，所述第二电阻连接在所述MOS管的栅极和漏极之间。
可选地，所述电压转换电路包括第三电阻、第四电阻及第五电阻；所述第三电阻的一端与电源端连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端接地；所述第四电阻与所述第五电阻的公共端为所述电压转换电路的反馈输出端，所述第四电阻的两端为所述电压转换电路的第一控制输入端和第二控制输入端。
可选地，所述升压芯片电路包括DC-DC芯片、第六电阻、第七电阻、电感和第一二极管；所述DC-DC芯片的输入引脚为所述升压芯片电路的输入端，所述DC-DC芯片的反馈引脚为所述升压芯片电路的输出电压控制端，所述第六电阻的一端与所述第一供电电源连接，所述第六电阻的另一端与所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端接地，所述DC-DC芯片的使能引脚与所述第六电阻和第七电阻的公共端连接；所述电感的一端与所述DC-DC芯片的输入引脚连接，所述电感的另一端与所述DC-DC芯片的调整开关引脚和所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极为所述升压芯片电路的输出端。
可选地，所述升压芯片电路还包括第一电容、第二电容和第三电容；所述第一电容的一端与所述DC-DC芯片的输入引脚连接，所述第一电容的另一端接地；所述第二电容的一端与所述DC-DC芯片的使能引脚连接，所述第二电容的另一端接地；所述第三电容的一端与所述第一二极管的负极连接，所述第三电容的另一端接地。
可选地，所述DC-DC芯片频率高于1MHZ，第三电容的电容值低于10μF。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种MBUS总线系统，包括MBUS主机和MBUS主机发送电路，所述MBUS主机发送电路被配置为如上所述的MBUS主机发送电路。
此外，本发明还提供一种信号发送方法，所述方法应用于如上所述的MBUS主机发送电路，包括步骤：
所述转换开关当经过所述光耦隔离模块接收到所述主机发送的第一信号对应的开启信号时，控制电压转换电路使所述升压芯片电路输出第一电平至所述从机；
所述转换开关当经过所述光耦隔离模块接收到所述主机发送的第二信号对应的关闭信号时，控制电压转换电路使所述升压芯片电路输出第二电平至所述从机。
本发明通过在MBUS主机发送电路中设置转换开关和升压芯片电路，加快了所述光耦隔离模块对所述主机发出的信号的处理和传输，提高了所述升压芯片电路发出电平信号的速度和通信波形上升、下降沿的变化速率，从而提高了通信速率，同时有效降低了通信误码率。进一步地，通过MBUS主机发送电路的内部结构调整，再结合已有MBUS主机发送电路，可以从整体上提高了MBUS电路的收发速率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明MBUS主机发送电路一实施例的模块示意图；
图2为图1可选实施例的电路结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
10 光耦隔离模块 R1 第一电阻
20 转换开关 R2 第二电阻
30 电压转换电路 R3 第三电阻
40 升压芯片电路 R4 第四电阻
50 信号输出电路 R5 第五电阻
U1 光耦 R6 第六电阻
U2 DC-DC芯片 R7 第七电阻
VCC1 第一电源 R8 第八电阻
VCC2 第二电源 D1 第一二极管
VCC3 第三电源 D2 第二二极管
C1 第一电容 RT 热敏电阻
C2 第二电容 TVS 瞬态抑制二极管
C3 第三电容 TB_10 MBUS接口
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种MBUS主机发送电路，通过对发送电路的内部结构调整，提高主机的信号发送速率，再结合MBUS主机接收电路，整体上提高了MBUS电路的收发速率。
需要说明的是，MBUS物理层bit流传输具有独特的电平特征，如下表所示：
Bit Bit流的表示 Bit流传输方向
逻辑“1”(MARK) 22V≤Vmark≤42V 主机到从机
逻辑“0”(SPACE) 12V≤Vspace≤Vmark-10V 主机到从机
具体主机到从机的bit流传输通过总线电平切换方式实现，定义逻辑“1”(MARK)，逻辑“0”(SPACE)，主机向从机发送逻辑“1”时，总线电压为Vmark(≤42V)，发送逻辑“0”时，总线电压降到Vspace(≥12V)。
可以理解的是，本发明所述MBUS主机发送电路的输出即为Vmark或Vspace。
参见图1和图2，在一实施例中，所述MBUS主机发送电路包括光耦隔离模块10、转换开关20、电压转换电路30和升压芯片电路40；所述光耦隔离模块10的输入端与主机连接，所述光耦隔离模块10的输出端与所述转换开关20的控制端连接；所述转换开关20的输出端与所述电压转换电路30的控制输入端连接，所述电压转换电路30的反馈输出端与所述升压芯片电路40的输出电压控制端连接，所述升压芯片电路40的输入端与第一供电电源VCC1连接，所述升压芯片电路40的输出端为MBUS主机发送电路的信号输出端；
所述光耦隔离模块10，用于接收所述主机发出的第一信号或第二信号，并向所述转换开关20对应发送开启信号或关断信号；
所述转换开关20，用于在接收到所述开启信号时，将所述电压转换电路30转换为第一电压模式，以使所述升压芯片电路40输出所述第一电压模式对应的第一电平信号；
所述转换开关20，还用于在接收到所述关断信号时，将所述电压转换电路30转换为第二电压模式，以使所述升压芯片电路40输出所述第二电压模式对应的第二电平信号。
其中，所述主机用于与作为MBUS从机的水表、气表、热表等表进行通信，可以为智能电表等类似设备。
本实施例中，所述主机发出第一信号时，所述光耦隔离模块10接收并向所述转换开关20发送开启信号，所述转换开关20接收到所述开启信号后将所述电压转换电路30转换为第一电压模式，以使所述升压芯片电路40输出所述第一电平信号；所述主机发出第二信号时，所述光耦隔离模块10接收并向所述转换开关20发送关断信号，所述转换开关20接收到所述关断信号后将所述电压转换电路30转换为第二电压模式，以使所述升压芯片电路40输出所述第二电平信号。从而实现了MBUS物理层bit流的传输。
可以理解的是，所述第一信号和第二信号分别是数字信号“0”和“1”。
优选的，第一电平信号和第二电平信号分别为22V和36V。
基于上述实施例，在进一步地实施例中，所述光耦隔离模块10包括第一电阻R1及光耦U1，所述光耦U1的阳极经所述第一电阻R1与第二供电电源VCC2连接；
所述光耦U1的阴极作为所述光耦隔离模块10的输入端与所述主机连接；所述光耦U1的集电极与第三供电电源VCC3连接，所述光耦U1的发射极为所述光耦隔离模块10的输出端。
光耦隔离模块10为本领域成熟的技术，作用在此不再赘述。
基于上述实施例，在进一步地实施例中，所述转换开关20包括MOS管Q1，所述MOS管Q1的栅极为所述转换开关20的控制端，所述MOS管Q1的漏极和源极与所述电压转换电路30的第一控制输入端和第二控制输入端对应连接。
上述转换开关20还包括第二电阻R2，所述第二电阻R2连接在所述MOS管Q1的栅极和漏极之间。
其中，所述转换开关20可以与所述光耦隔离模块10构成光耦加速方案，原理如下：一方面，所述MOS管可以与光耦输出形成类达林顿电路，提高Q1的打开速度；另一方面，光耦关断时R2迅速放电，提高了Q1的关断速度。需要说明的是，此光耦加速方案的应用不限于MBUS发送电路。
可选的，MOS管可以为PMOS管。
基于上述实施例，在进一步地实施例中，所述电压转换电路30包括第三电阻R3、第四电阻R4及第五电阻R5；
所述第三电阻R3的一端与电源端连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第四电阻R4的一端连接，所述第四电阻R4的另一端与所述第五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端接地；所述第四电阻R4与所述第五电阻R5的公共端为所述电压转换电路30的反馈输出端，所述第四电阻R4的两端为所述电压转换电路30的第一控制输入端和第二控制输入端。
所述第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5构成可调反馈电阻网络。当上述MOS管Q1导通时，第四电阻R4被旁路，第三电阻R3和第五电阻R5构成反馈电阻网络，即所述第一电压模式；当上述MOS管Q1截止时，第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5构成反馈电阻网络，即所述第二电压模式。需要说明的是，此可调反馈电阻网络的应用不限于MBUS发送电路，还可以用于其他需要反馈电阻的电路中。
具体的，与所述第三电阻R3连接的电源端为所述升压芯片电路40的输出端，所述电源即所述升压芯片电路40的输出端电压Vout。
基于上述实施例，在进一步地实施例中，所述升压芯片电路40包括DC-DC芯片U2、第六电阻R6、第七电阻R7、电感L1和第一二极管D1；
所述DC-DC芯片U2的输入引脚IN为所述升压芯片电路40的输入端，所述DC-DC芯片U2的反馈引脚FB为所述升压芯片电路40的输出电压控制端，所述第六电阻R6的一端与所述第一供电电源VCC1连接，所述第六电阻R6的另一端与所述第七电阻R7的一端连接，所述第七电阻R7的另一端接地，所述DC-DC芯片U2的使能引脚EN与所述第六电阻R6和第七电阻R7的公共端连接；所述电感L1的一端与所述DC-DC芯片U2的输入引脚IN连接，所述电感L1的另一端与所述DC-DC芯片U2的调整开关引脚SW和所述第一二极管D1的正极连接，所述第一二极管D1的负极为所述升压芯片电路40的输出端。
可以理解的是，所述DC-DC芯片U2的反馈引脚FB有一个参考电压Vref(比如0.6V)，输出端电压Vout的大小通过第五电阻R5的阻值与第三电阻R3和第四电阻R4的阻值之和的比值大小确定，即
Figure BDA0002973577300000081
本实施例的升压芯片电路40需要输出的电压为22V时，将第四电阻R4旁路，第五电阻R5和第三电阻R3组成反馈电阻网络，通过预设的第五电阻R5和第三电阻R3的比值，使得输出电压
Figure BDA0002973577300000082
为22V，；升压芯片电路40需要输出的电压为36V时，由第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5组成反馈电阻网络，通过预设的第五电阻R5的阻值与第三电阻R3和第四电阻R4的比值，使得输出电压
Figure BDA0002973577300000083
为36V。
上述升压芯片电路40还包括第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；所述第一电容C1的一端与所述DC-DC芯片U2的输入引脚连接，所述第一电容C1的另一端接地；所述第二电容C2的一端与所述DC-DC芯片U2的使能引脚连接，所述第二电容C2的另一端接地；所述第三电容C3的一端与所述第一二极管D1的负极连接，所述第三电容C3的另一端接地。
为了更好的实现电路效果，上述DC-DC芯片U2最好选用频率高于1MHZ，第三电容C3最好选用电容值低于10μF的，以使36V到22V跌落尽量快。
参见图2，可以理解的是，所述MBUS主机发送电路还包括信号输出电路50，所述输出电路50包括第八电阻R8、第二二极管D2、瞬态抑制二极管TVS、热敏电阻RT和MBUS接口TB10；
所述第八电阻R8的一端为所述输出电路50的输入端与所述升压芯片电路40的输出端连接，所述第八电阻的另一端与所述第二二极管D2的阳极连接，所述第二二极管D2的阴极通过所述热敏电阻RT与所述MBUS接口TB 10的一端连接，所述MBUS接口TB 10的另一端接地，所述瞬态抑制二极管TVS的一端与所述第二二极管D2的阴极连接，所述瞬态抑制二极管TVS的另一端接地。
输出电路50为现有技术，在此不再赘述。
结合图1和图2，本发明的具体电路原理如下：
光耦U1的输入端负极接收到主机发出的信号“0”时，光耦的输出端为导通状态，此时，PMOS管Q1的Vgs大于开启电压，PMOS管Q1导通，将第四电阻R4旁路，此时第五电阻R5和第三电阻R3构成反馈电阻网络，通过预设第五电阻R5和第三电阻的比值，使得DC-DC芯片的输出电压
Figure BDA0002973577300000091
为22V，即逻辑“0”信号，再通过信号输出电路的MBUS接口发送至从机；
光耦U1的输入端阴极接收到主机发出的信号“1”时，光耦的输出端为截止状态，此时，PMOS管Q1的Vgs小于开启电压，Q1处于截止状态，此时第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5构成反馈电阻网络，通过预设第五电阻R5的阻值与第三电阻R3和第四电阻R4的阻值之和的比值，使得DC-DC芯片的输出电压
Figure BDA0002973577300000092
为36V，即逻辑“1”信号，再通过信号输出电路的MBUS接口发送至从机。
综上，本发明电路中设置MOS电路和升压芯片电路，加快了光耦对所述主机发出的信号的处理和传输，提高了反馈电阻网络的转换速度，加快了所述DC-DC芯片发出电平信号，提高了通信波形上升、下降沿的变化速率，从而提高了通信速率，同时有效降低了通信误码率。
本发明还提供一种MBUS总线系统，该系统包括MBUS主机和MBUS主机发送电路，该MBUS主机发送电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的MBUS总线系统采用了上述MBUS主机发送电路的技术方案，因此该MBUS总线系统具有上述MBUS主机发送电路所有的有益效果。
本发明还提供一种基于MBUS主机发送电路的信号发送方法，包括如下步骤：
步骤S10，所述转换开关当经过所述光耦隔离模块接收到所述主机发送的第一信号对应的开启信号时，控制电压转换电路使所述升压芯片电路输出第一电平至所述从机；
步骤S20，所述转换开关当经过所述光耦隔离模块接收到所述主机发送的第二信号对应的关闭信号时，控制电压转换电路使所述升压芯片电路输出第二电平至所述从机。
本实施例的MBUS主机发送电路的信号发送方法的应用可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的MBUS主机发送电路的信号发送方法应用于上述MBUS主机发送电路的技术方案，因此该MBUS主机发送电路的信号发送方法具有上述MBUS主机发送电路所有的有益效果。
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 (10)

1.一种MBUS主机发送电路，其特征在于，包括：光耦隔离模块、转换开关、电压转换电路和升压芯片电路；所述光耦隔离模块的输入端与主机连接，所述光耦隔离模块的输出端与所述转换开关的控制端连接；所述转换开关的输出端与所述电压转换电路的控制输入端连接，所述电压转换电路的反馈输出端与所述升压芯片电路的输出电压控制端连接，所述升压芯片电路的输入端与第一供电电源连接，所述升压芯片电路的输出端为MBUS主机发送电路的信号输出端；
所述光耦隔离模块，用于接收所述主机发出的第一信号或第二信号，并向所述转换开关对应发送开启信号或关断信号；
所述转换开关，用于在接收到所述开启信号时，将所述电压转换电路转换为第一电压模式，以使所述升压芯片电路输出所述第一电压模式对应的第一电平信号；
所述转换开关，还用于在接收到所述关断信号时，将所述电压转换电路转换为第二电压模式，以使所述升压芯片电路输出所述第二电压模式对应的第二电平信号。
2.如权利要求1所述的MBUS主机发送电路，其特征在于，所述光耦隔离模块包括第一电阻及光耦，所述光耦的阳极经所述第一电阻与第二供电电源连接；所述光耦的阴极作为所述光耦隔离模块的输入端与所述主机连接；所述光耦的集电极与第三供电电源连接，所述光耦的发射极为所述光耦隔离模块的输出端。
3.如权利要求1所述的MBUS主机发送电路，其特征在于，所述转换开关包括MOS管，所述MOS管的栅极为所述转换开关的控制端，所述MOS管的漏极和源极与所述电压转换电路的第一控制输入端和第二控制输入端对应连接。
4.如权利要求3所述的MBUS主机发送电路，其特征在于，所述转换开关还包括第二电阻，所述第二电阻连接在所述MOS管的栅极和漏极之间。
5.如权利要求3所述的MBUS主机发送电路，其特征在于，所述电压转换电路包括第三电阻、第四电阻及第五电阻；所述第三电阻的一端与电源端连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端接地；所述第四电阻与所述第五电阻的公共端为所述电压转换电路的反馈输出端，所述第四电阻的两端为所述电压转换电路的第一控制输入端和第二控制输入端。
6.如权利要求1所述的MBUS主机发送电路，其特征在于，所述升压芯片电路包括DC-DC芯片、第六电阻、第七电阻、电感和第一二极管；所述DC-DC芯片的输入引脚为所述升压芯片电路的输入端，所述DC-DC芯片的反馈引脚为所述升压芯片电路的输出电压控制端，所述第六电阻的一端与所述第一供电电源连接，所述第六电阻的另一端与所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端接地，所述DC-DC芯片的使能引脚与所述第六电阻和第七电阻的公共端连接；所述电感的一端与所述DC-DC芯片的输入引脚连接，所述电感的另一端与所述DC-DC芯片的调整开关引脚和所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极为所述升压芯片电路的输出端。
7.如权利要求6所述的MBUS主机发送电路，其特征在于，所述升压芯片电路还包括第一电容、第二电容和第三电容；所述第一电容的一端与所述DC-DC芯片的输入引脚连接，所述第一电容的另一端接地；所述第二电容的一端与所述DC-DC芯片的使能引脚连接，所述第二电容的另一端接地；所述第三电容的一端与所述二极管的负极连接，所述第三电容的另一端接地。
8.如权利要求7所述的MBUS主机发送电路，其特征在于，所述DC-DC芯片频率高于1MHZ，第三电容的电容值小于10μF。
9.一种MBUS总线系统，其特征在于，包括MBUS主机和MBUS主机发送电路，所述MBUS主机发送电路被配置为如权利要求1～8中任一项所述的MBUS主机发送电路。
10.一种信号发送方法，其特征在于，所述方法应用于1～8中任一项所述的MBUS主机发送电路，所述方法包括步骤：
所述转换开关当经过所述光耦隔离模块接收到所述主机发送的第一信号对应的开启信号时，控制电压转换电路使所述升压芯片电路输出第一电平至所述从机；
所述转换开关当经过所述光耦隔离模块接收到所述主机发送的第二信号对应的关闭信号时，控制电压转换电路使所述升压芯片电路输出第二电平至所述从机。
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