CN112929248A - 二总线设备及二总线系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了二总线设备及二总线系统。一种二总线设备，包括：高低电平输出电路，其输出端与信号总线耦接，高低电平输出电路用于输出高电平和低电平之一；总线开关控制电路，耦接在第一电源与高低电平输出电路之间，并在导通时对高低电平输出电路进行供电；电平切换控制电路，与所述高低电平输出电路耦接，控制所述高低电平输出电路的输出电压；泄放电路，耦接在所述高低电平输出电路的输出端和接地端之间，用于在信号总线的电平由高电平切换至低电平的过程中，泄放信号总线上寄生电容的电量，从而能够加快下降沿的下降速率，减小二总线系统的时延。

Description

二总线设备及二总线系统

技术领域

本申请涉及总线技术领域，特别涉及二总线设备及二总线系统。

背景技术

在消防等场景中，二总线技术通过将信号与供电共用一个总线，给施工和维护带来方便。二总线控制设备可以向并联在两个总线之间的终端设备发送通讯码，并检测终端设备的回码。

然而，目前的二总线控制设备在利用矩形波进行长线通讯时，存在一定通讯延时。即，终端设备在对二总线控制设备发送的通讯码进行解码时，由于通信波形的下降沿变缓，存在一定的延时。因此，二总线控制设备的通讯延时有待减小。

发明内容

本申请的实施例提供了一种二总线设备，包括：

高低电平输出电路，其输出端与信号总线耦接，高低电平输出电路用于输出高电平和低电平之一；

总线开关控制电路，耦接在第一电源与高低电平输出电路之间，并在导通时对高低电平输出电路进行供电；电平切换控制电路，与所述高低电平输出电路耦接，控制所述高低电平输出电路的输出电压；

泄放电路，耦接在所述高低电平输出电路的输出端和接地端之间，用于在信号总线的电平由高电平切换至低电平的过程中，泄放信号总线上寄生电容的电量。

在一些实施例中，二总线设备进一步包括：总线电流监测电路，耦接在接地总线与接地端之间，总线电流监测电路输出与由接地总线流回接地端的电流对应的电信号。

在一些实施例中，二总线设备进一步包括：第一保护电路，耦接在所述总线开关控制电路与所述高低电平输出电路之间，用于在总线开关控制电路进入导通时，调节总线开关控制电路对高低电平输出电路的供电电压的上升速度，以及对二总线系统进行短路保护和检测信号总线中电流。

在一些实施例中，所述高低电平输出电路，包括：

高电平开关电路，耦接在所述第一保护电路和所述信号总线之间，在导通时向所述信号总线输出高电平；

低电平产生电路，耦接在所述第一保护电路和所述信号总线之间，用于输出低电平；

其中，在所述电平切换控制电路控制所述高电平开关电路导通时，所述高低电平输出电路向所述信号总线输出高电平；在所述电平切换控制电路控制所述高电平开关电路断开时，由所述低电平产生电路向所述信号总线输出低电平。

在一些实施例中，二总线设备进一步包括：回码电流检测电路，耦接在所述低电平产生电路的输出端与所述信号总线之间，用于检测信号总线中电流，并输出与信号总线中电流对应的电信号。

在一些实施例中，二总线设备进一步包括：第二保护电路，对信号总线和接地总线进行浪涌保护和滤波处理。

在一些实施例中，二总线设备进一步包括：控制器，用于向所述总线开关控制电路输出控制所述总线开关控制电路的通断的开关控制信号，和向所述电平切换控制电路输出电平切换信号。

在一些实施例中，所述总线开关控制电路，包括：

第一场效应管，其源极与第一电源耦接，其漏极为供电输出端；

第一三极管，其发射极接地，其基极与控制器耦接；

第一电阻，其第一端与所述第一场效应管的源极耦接；

第二电阻，连接在所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的集电极之间；

第三电阻，连接在所述第一场效应管的栅极与所述第一电阻的第二端之间；

其中，在所述第一三极管导通时，所述第一场效应管导通。

在一些实施例中，所述总线开关控制电路，进一步包括：

第一稳压管，与所述第一电阻并联；

第一电容，连接在所述第一三极管的基极与发射极之间；

第四电阻，与所述第一电容并联。

在一些实施例中，所述高电平开关电路，包括：

第二场效应管，其漏极与所述信号总线耦接；

第二三极管，其发射极接地；

第五电阻，其第一端与所述第二场效应管的源极耦接；

第六电阻，连接在所述第五电阻的第二端与所述第二三极管的集电极之间；

第七电阻，连接在所述第二场效应管的栅极与所述第五电阻的第二端之间；

其中，在所述第二三极管导通时，所述第二场效应管导通。

在一些实施例中，所述高电平开关电路，进一步包括：

第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、并联在所述第二场效应管的源极与接地端之间；

第二稳压管，与第五电阻并联；

第六电容，连接在所述第二三极管的基极与发射极之间。

在一些实施例中，所述电平切换控制电路，包括：

第三三极管，其发射极接地；第八电阻，连接在所述第三三极管的集电极与所述第二电源之间；

第九电阻，连接在所述第三三极管的集电极与所述第二三极管的基极之间；

第十电阻，与所述第六电容并联；

第十一电阻，连接在控制器的电平切换控制端与所述第三三极管的基极之间；

第七电容，连接在所述第三三极管的基极与发射极之间；

第十二电阻，与所述第七电容并联。

在一些实施例中，所述泄放电路，包括：

第十三电阻，其第一端与所述高低电平输出电路的输出端耦接；

第四三极管，其基极与控制器的电平切换控制端耦接，其发射极接地，其集电极与所述第十三电阻的第二端耦接；

第十四电阻，其第一端与所述第十三电阻的第一端耦接；

第三稳压管，连接在所述第十三电阻的第二端与所述第十四电阻的第二端之间。

在一些实施例中，所述泄放电路，进一步包括：

第十五电阻，耦接在所述第四三极管的基极与所述电平切换控制端之间；

第八电容，连接在所述第四三极管的基极与发射极之间；

第十六电阻，与所述第八电容并联。

在一些实施例中，所述回码电流检测电路，包括：

第十七电阻，耦接在所述低电平产生电路的输出端与所述信号总线之间；

第一放大器，其同相输入端与第十七电阻的第一端耦接，其反相输入端与第十七电阻的第二端耦接。

在一些实施例中，所述回码电流检测电路，包括：

第二放大器，其反相输入端与输出端连接，其同相输入端与所述第一放大器的输出端耦接，所述第二放大器的输出端向控制器输出与信号总线中电流对应的电信号。

在一些实施例中，所述总线电流监测电路，包括：

第十八电阻，耦接在所述接地总线与接地端之间；

第三放大器，其同相输入端与第十八电阻的第一端耦接，其反相输入端与第十八电阻的第二端耦接。

在一些实施例中，所述总线电流监测电路，包括：

第四放大器，其反相输入端与输出端连接，其同相输入端与所述第三放大器的输出端耦接，所述第四放大器的输出端向控制器输出与接地总线流回接地端的电流对应的电信号。

在一些实施例中，所述第二保护电路，包括：

共模电感，包括：串联在信号总线中的第一线圈和串联在接地总线中的第二线圈；

第九电容，耦接在所述第一线圈的第一端与所述第二线圈的第一端之间；

第十电容，耦接在所述第一线圈的第一端与接地端之间；

第十一电容，耦接在所述第二线圈的第一端与大地之间；

第十二电容，耦接在所述第一线圈的第二端与大地之间；

第十三电容，耦接在所述第二线圈的第二端与接地端之间；

第一瞬态抑制二极管，与所述第十二电容并联；

第二瞬态抑制二极管，与所述第十三电容并联；

第三瞬态抑制二极管，耦接在所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的第二端之间。

在一些实施例中，信号总线与接地总线之间并联的终端设备划分成多个分组，每个分组包括多个终端设备；

所述控制器，用于：

向信号总线发送与巡检指令对应的发送码，所述巡检指令包括一个分组地址，以便分组地址对应的分组中终端设备依次在回码区进行回码操作；

当所述分组地址对应的分组中任一个终端设备的回码信息异常时，为所述任一个终端设备发送状态确认码，所述状态确认码包括所述任一个终端设备的地址。

在一些实施例中，所述控制器，用于：当接收到终端设备的回码信息时，根据回码信息控制所要发送高电平的脉冲宽度，以便利用脉冲宽度表示所述终端设备的回码信息。

根据本申请一个方面，提供一种二总线系统，包括：二总线设备；

多个终端设备，并联在所述二总线设备的信号总线和接地总线之间。

综上，根据本申请实施例的二总线方案，通过在高低电平输出电路的输出端和接地端之间耦接泄放电路，能够在总线电平由高至低转换的过程中提高信号总线上电荷的释放速度，从而加快信号总线上电压信号的下降速率(即提高下降沿的陡峭程度)，进而减小终端设备在解码时的时延(即减小二总线系统的时延)，以提高二总线系统的稳定性。

附图说明

图1示出了根据本申请一些实施例的二总线系统的示意图；

图2示出了根据本申请一些实施例的二总线设备100的示意图；

图3示出了根据本申请一些实施例的二总线设备的示意图；

图4示出了根据本申请一些实施例的二总线设备的示意图；

图5A示出了根据本申请一些实施例的总线开关控制电路101的示意图；

图5B示出了根据本申请一些实施例的总线开关控制电路101的示意图；

图6A示出了根据本申请一些实施例的高电平开关电路110的示意图；

图6B示出了根据本申请一些实施例的高电平开关电路110的示意图；

图7示出了根据本申请一些实施例的电平切换控制电路103的示意图；

图8A示出了根据本申请一些实施例的泄放电路104的示意图；

图8B示出了根据本申请一些实施例的泄放电路104的示意图；

图9A示出了根据本申请一些实施例的回码电流检测电路108的示意图；

图9B示出了根据本申请一些实施例的回码电流检测电路108的示意图；

图10A示出了根据本申请一些实施例的总线电流监测电路106的示意图；

图10B示出了根据本申请一些实施例的总线电流监测电路106的示意图；

图11示出了根据本申请一些实施例的第二保护电路109的示意图；

图12示出了根据本申请一些实施例的二总线设备的电路图；

图13示出了根据本申请一些实施例的二总线设备的输出波形的时序图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请进一步详细说明。

图1示出了根据本申请一些实施例的二总线系统的示意图。如图1所示，二总线系统包括二总线设备100、至少一个终端设备。例如，图1示出了3个终端设备200-1、200-2和200-N。N为正整数，例如为250。终端设备连接在信号总线L1和接地总线L2之间。二总线设备100可以通过两个总线(信号总线L1和接地总线L2)向终端设备进行供电，并通过两个总线与终端设备进行通讯。在消防等场景中，终端设备例如可以是感温设备、烟感设备、消火栓按钮或联动模块等设备，但不限于此。

图2示出了根据本申请一些实施例的二总线设备100的示意图。

如图2所示，二总线设备100可以包括总线开关控制电路101、高低电平输出电路102、电平切换控制电路103、泄放电路104和总线电流检测电路108。

高低电平输出电路102输出端与信号总线L1耦接。高低电平输出电路102用于输出高电平和低电平之一。换言之，高低电平输出电路102有两种电平输出选项。这里，高电平例如为24v，低电平例如为10v，但不限于此。

总线开关控制电路101耦接在第一电源VCC1(图2未示出)与高低电平输出电路102之间，并在导通时对高低电平输出电路102进行供电。VCC1例如为24v。在一些实施例中，总线开关控制电路101包括与第一电源VCC1耦接的供电输入端以及供电输出端。总线开关控制电路101用于控制供电输入端与供电输出端之间的通断。在供电输入端与供电输出端导通时，总线开关控制电路101进行供电输出。反之，在供电输入端与供电输出端之间断开时，总线开关控制电路101停止供电输出。电平切换控制电路103与高低电平输出电路102耦接，用于控制高低电平输出电路进行电压切换。换言之，电平切换控制电路103可以控制高低电平输出电路102输出矩形波。

总线电流检测电路108耦接在高低电平输出电路102和信号总线L1之间，用于检测信号总线L1中电流大小。

泄放电路104耦接在高低电平输出电路102的输出端和接地端之间。泄放电路104用于在信号总线L1的电平由高电平切换至低电平的过程中，泄放信号总线L1上寄生电容的电量。

综上，根据本申请的二总线设备100，通过在高低电平输出电路的输出端和接地端之间耦接泄放电路，能够在总线电平由高至低转换的过程中提高信号总线上电荷的释放速度，从而加快信号总线上电压信号的下降速率(即提高下降沿的陡峭程度)，进而减小终端设备在解码时的时延(即减小二总线系统的时延)，以提高二总线系统的稳定性。

图3示出了根据本申请一些实施例的二总线设备的示意图。如图3所示，二总线设备在图2的基础上进一步增加有第一保护电路105、总线电流监测电路106和控制器107。高低电平输出电路102可以包括高电平开关电路110和低电平产生电路111。

回码电流检测电路108耦接在低电平产生电路111的输出端与信号总线L1之间。回码电流检测电路108用于检测信号总线中电流，并输出与信号总线L1中电流对应的电信号。

在一些场景中，终端设备在二总线设备输出低电平的时间区间内，进行回码操作。二总线设备可以通过回码电流检测电路108检测低电平的时间区间的电流，并向控制器107输出电信号。由于低电平的时间区间内，信号总线中电流接近于零。终端设备的回码电流更容易被准确识别。因此，控制器107可以在低电平的时间区间根据来自回码电流检测电路108的电信号进行解码识别。通过在低电平的时间区间进行解码，能够避免在高电平的时间区间进行解码时回码电流(对应终端设备的返回的码信息)被淹没在总线电流中的情况，从而提高解码准确度。

控制器107用于向总线开关控制电路101输出控制总线开关控制电路101的通断的开关控制信号。控制器107可以控制总线开关控制电路101的导通与断开。换言之，控制器107可以控制二总线设备100是否进入工作状态。第一保护电路105耦接在总线开关控制电路101与高低电平输出电路102之间，用于在总线开关控制电路101进入导通时，调节总线开关控制电路101对高低电平输出电路102的供电电压的上升速度，以及对二总线系统进行短路保护和检测信号总线L1中电流。第一保护电路105例如可以基于可编程芯片(efuse式芯片)搭建。在总线开关控制电路101从断开进入导通时，第一保护电路105可以降低对高低电平输出电路102的供电电压的上升速度(即，减小供电电压的上升沿的坡度)，以防止二总线设备上电时的电流冲击。另外，第一保护电路105可以检测信号总线L1和接地总线L2之间是否短路。短路保护门限例如为2.75A。

另外，第一保护电路105还可以进行过欠压保护。例如，欠压门限为19.4V，过压门限为31.7V。第一保护电路105可以与控制器107耦接，并向控制器107输出故障信号和信号总线L1中电流对应的电信号。故障信号例如可以是表示过压的信号、表示欠压的信号和表示二总线系统短路的信号等等。

高电平开关电路110耦接在第一保护电路105和信号总线L1之间，在导通时向信号总线L1输出高电平。低电平产生电路111，耦接在第一保护电路105和信号总线L1之间，用于输出低电平。其中，在电平切换控制电路103控制高电平开关电路110导通时，高电平开关电路110向信号总线L1输出高电平。电平切换控制电路103在控制高电平开关电路110断开时，低电平产生电路111向信号总线L1输出低电平。高电平开关电路110例如可以将第一保护电路105输出的电压信号(即第一电源VCC1的电压信号)作为高电平信号。低电平产生电路111例如可以基于电源芯片搭建。低电平产生电路111例如可以将24v的高电平转换为10v的低电平。

另外，控制器107还可以通过电平切换控制端向电平切换控制电路103输出电平切换信号。电平切换信号可以包括第一切换信号和第二切换信号。第一切换信号可以使得电平切换控制电路103控制高电平开关电路110输出高电平。第二切换信号可以使得电平切换控制电路103控制高电平开关电路110断开。

总线电流监测电路106耦接在接地总线L2与接地端之间。总线电流监测电路106输出与由接地总线L2流回接地端的电流对应的电信号。总线电流监测电路106例如可以通过输出接口向控制器107输出流回接地端的电流对应的电信号。在此基础上，控制器107可以根据来自总线电流监测电路106的电信号确定接地总线L2上电流的大小，并且根据来自第一保护电路105的电信号确定信号总线L1中电流的大小，从而能够判断出总线是否存在漏流情况。

图4示出了根据本申请一些实施例的二总线设备的示意图。图4所示二总线设备在图3的基础上进一步增加有第二保护电路109。

第二保护电路109例如可以设置在二总线设备的输出端口处，也可以称为端口保护电路。第二保护电路109对信号总线和接地总线进行浪涌保护和滤波处理。例如，第二保护电路109可以防止两个总线上残压过大和滤除掉输出到信号总线上的高频干扰信号，从而提高二总线系统的稳定性。

在一些实施例中，如图5A所示，总线开关控制电路101包括：第一场效应管T1、第一三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。

第一场效应管T1例如为PMOS管。第一场效应管T1的源极与第一电源VCC1耦接，第一场效应管T1的漏极为供电输出端。

第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的基极与控制器107耦接。

第一电阻R1的第一端与第一场效应管T1的源极耦接；

第二电阻R2连接在第一电阻R1的第二端与第一三极管Q1的集电极之间。

第三电阻R3连接在第一场效应管T1的栅极与第一电阻R1的第二端之间。

在控制器107控制第一三极管Q1导通时，第一场效应管T1导通。总线开关控制电路101可以在第一场效应管T1导通时进行供电输出。

图5B示出了根据本申请一些实施例的总线开关控制电路101的示意图。图5B在图5A的基础上，进一步增加有第一稳压管D1、第一电容C1和第四电阻R4。第一稳压管D1，与第一电阻R1并联。第一稳压管D1能够对第一场效应管T1进行过压保护。第一电容C1连接在第一三极管Q1的基极与发射极之间。第一电容C1可以滤除高频信号。第四电阻R4与第一电容C1并联。第一三极管Q1从导通进入断开状态时，R4可以对第一电容C1进行放电。另外，总线开关控制电路101还可以包括第二十二电阻R22。第二十二电阻R22连接在控制器107与第一三极管Q1的基极之间。控制器107可以控制第一三极管Q1的基极电压，以便控制第一三极管Q1的通断。

图6A示出了根据本申请一些实施例的高电平开关电路110的示意图。如图6A所示，高电平开关电路110包括：第二场效应管T2、第二三极管Q2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7。

第二场效应管T2的源极为输入端，可以接收高电平信号。高电平信号V1例如为24v，第二场效应管T2的漏极与信号总线L1耦接。第二三极管Q2的发射极接地。第五电阻R5的第一端与第二场效应管T2的源极耦接。第六电阻R6连接在第五电阻R5的第二端与第二三极管Q2的集电极之间。第七电阻R7连接在第二场效应管T2的栅极与第五电阻R5的第二端之间。在第二三极管Q2导通时，第二场效应管T2的栅极电压低于源极电压，第二场效应管T2可以进入导通状态。

图6B示出了根据本申请一些实施例的高电平开关电路110的示意图。图6B在图6A的基础上，进一步增加有第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第二稳压管D2。

其中，第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5，并联在第二场效应管T2的源极与接地端之间。第二稳压管D2与第五电阻R5并联。需要说明的是，并联的多个电容可以稳定电压，即稳定供给第二场效应管T2的电压。

第六电容C6连接在第二三极管Q2的基极与第二三极管Q2的发射极之间。

图7示出了根据本申请一些实施例的电平切换控制电路103的示意图。如图7所示，电平切换控制电路103包括：第三三极管Q3、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第七电容C7。

第三三极管Q3的发射极接地。第八电阻R8连接在第三三极管Q3的集电极与第二电源VCC2之间。这里，第二电源VCC2例如为3.3v。

第九电阻R9连接在第三三极管Q3的集电极与第二三极管Q2的基极之间。第十电阻R10与第六电容C6并联。

第十一电阻R11连接在控制器107的电平切换控制端与第三三极管Q3的基极之间。

第七电容C7连接在第三三极管Q3的基极与第三三极管Q3的发射极之间。第十二电阻R12与第七电容C7并联。

在控制器107向第三三极管Q3的基极提供第一切换信号时，由于第一切换信号的电压达到第三三极管Q3的开启电压，第三三极管Q3进入导通，并使得第二三极管Q2断开。第二三极管Q2断开后，使得第二场效应管T2断开，以便高低电平输出电路102输出低电平。另外，在控制器107向第三三极管Q3的基极提供第二切换信号时，由于第二切换信号的电压低于第三三极管Q3的开启电压，第三三极管Q3断开，第二三极管Q2导通。第二三极管Q2的导通使得第二场效应管T2导通，以便高低电平输出电路102输出高电平。

图8A示出了根据本申请一些实施例的泄放电路104的示意图。

如图8A所示，泄放电路104包括：第十三电阻R13、第四三极管Q4、第十四电阻R14、第三稳压管D3。

第十三电阻R13的第一端与高低电平输出电路103的输出端耦接。

第四三极管Q4的基极与控制器107的电平切换控制端耦接。第四三极管Q4的发射极接地。第四三极管Q4的集电极与第十三电阻R13的第二端耦接。

第十四电阻R14的第一端与第十三电阻R13的第一端耦接。

第三稳压管D3连接在第十三电阻R13的第二端与第十四电阻R14的第二端之间。

综上，控制器107可以通过电平切换控制端同时控制第三三极管Q3和第四三极管Q4。在高低电平输出电路102将输出电平从高电平切换至低电平的过程中，第四三极管Q4处于导通状态，这样，信号总线L1上寄生电容的电量可以通过第四三极管Q4、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第三稳压管D3的电路进行电量泄放。特别说明的是，第三稳压管D3与第十三电阻R13的串联电路，既可以快速释放电量，也可以防止电压过度下冲(即防止信号总线的电压低于低电平产生电路的输出电压)。这样，从高电平切换至低电平的过程中，泄放电路104可以使得下降沿更加陡峭，从而减小电平切换时信号总线上电压信号的时延。

图8B示出了根据本申请一些实施例的泄放电路104的示意图。图8B中泄放电路104在图8A的基础上进一步增加有第十五电阻R15、第十六电阻R16和第八电容C8。

第十五电阻R15耦接在第四三极管Q4的基极与电平切换控制端之间。第八电容C8连接在第四三极管Q4的基极与第四三极管Q4的发射极之间。第十六电阻R16与第八电容C8并联。第八电容C8可以提高第四三极管Q4的基极电压的稳定性。第十六电阻R16可以在控制器107输出第二切换信号(低电压信号)时，对第八电容C8进行放电，以防止第四三极管Q4被意外导通。

图9A示出了根据本申请一些实施例的回码电流检测电路108的示意图。

回码电流检测电路108包括：第十七电阻R17和第一放大器A1。

第十七电阻R17连接在低电平产生电路111的输出端与信号总线L1之间。这样，第十七电阻R17在二总线设备输出低电平信号期间对信号总线L1中电流进行采样。

第一放大器A1的同相输入端与第十七电阻R17的第一端耦接。第一放大器A1反相输入端与第十七电阻R17的第二端耦接。这样，第一放大器A1可以放大采样电阻(即第十七电阻R17)两端的差分电压。

图9B示出了根据本申请一些实施例的回码电流检测电路108的示意图。图9B在图9A的基础上，进一步增加有第二放大器A2、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第十九电阻R19和第二十电阻R20。

第二放大器A2的反相输入端与输出端连接。第二放大器A2的同相输入端与第一放大器A1的输出端耦接。第二放大器A2的输出端向控制器107输出与信号总线L1中电流对应的电信号。第二放大器A2形成一个电压跟随器，可以提高回码电流检测电路108输出信号的稳定性。

第十四电容C14与第十六电阻R17并联。第一放大器A1的电源端与第二电源VCC2连接。第十五电容C15连接在第一放大器A1的电源端与接地端之间。第十六电容C16连接在第一放大器A1的输出端与接地端之间。第十九电阻R19与第十六电容C16并联。第十七电容C17连接在第十七电阻R17的第一端与接地端之间。第四稳压管D4与第十七电容C17并联。第四稳压管D4能够防止信号总线L1上的负电压，从而对第一放大器A1进行保护。第十八电容C18的一端连接第二放大器A2的供电端，另一端接地。第二十电阻R20连接在第二放大器A2的输出端与控制器107之间。第十九电容C19连接在第二十电阻R20的第一端与接地端之间。回码电流检测电路108可以向控制器107输出与信号总线L1中电流对应的电信号，以便控制器107根据该电信号进行解码，而得到终端设备的回码信息。

图10A示出了根据本申请一些实施例的总线电流监测电路106的示意图。总线电流监测电路106可以包括：第十八电阻R18和第三放大器A3。

第十八电阻R18耦接在接地总线L2与接地端之间。第十八电阻R18为针对接地总线L2中电流的采样电阻。

第三放大器A3的同相输入端与第十八电阻R18的第一端耦接。第三放大器A3的反相输入端与第十八电阻R18的第二端耦接。第三放大器A3可以放大第十八电阻R18两端的差分电压。

图10B示出了根据本申请一些实施例的总线电流监测电路106的示意图。图10B在图10A的基础上增加有第四放大器A4、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十二电容C23、第二十一电阻R21、第五稳压管D5。

如图10B所示，第四放大器A4的反相输入端与输出端连接。第四放大器A4形成一个电压跟随器，以提高总线电流监测电路106的输出信号的稳定性。第四放大器A4的同相输入端与第三放大器A3的输出端耦接。第四放大器A4的输出端向控制器107输出与由接地总线流回接地端的电流对应的电信号。第二十电容C20连接在第四放大器A4的同相输入端与接地端之间。第二十一电阻R21连接在第四放大器A4的输出端与控制器107之间。第二十一电容C21连接在第二十一电阻R21的第一端与接地端之间。第二十二电容C22与第十八电阻R18并联。第二十三电容C23的第一端与第三放大器A3的供电端耦接。第二十三电容C23的第二端接地。第五稳压管D5连接在第三放大器A3的同相输入端之间。

图11示出了根据本申请一些实施例的第二保护电路109的示意图。这里，第二保护电路109设置在二总线设备100的输出端口处。

如图11所示，第二保护电路109可以包括：共模电感Z1、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第一瞬态抑制二极管TVS1、第二瞬态抑制二极管TVS2、第三瞬态抑制二极管TVS3。

共模电感Z1包括：串联在信号总线L1中的第一线圈和串联在接地总线L2中的第二线圈。这样，共模电感Z1可以消除信号总线L1和接地总线L2的共模干扰信号。

第九电容C9耦接在第一线圈的第一端与第二线圈l2的第一端之间。第九电容C9可以消除信号总线L1和接地总线L2的高频差模干扰。

第十电容C10耦接在第一线圈的第一端与接地端之间。第十一电容C11耦接在第二线圈l2的第一端与接地端之间。第十电容C10和第十一电容C11可以消除信号总线L1和接地总线L2上的高频共模干扰。第十二电容C12耦接在第一线圈的第二端与大地之间。第十三电容C13耦接在第二线圈的第二端与大地之间。

第一瞬态抑制二极管TVS1与第十二电容C12并联。第二瞬态抑制二极管TVS2与第十三电容C13并联。第三瞬态抑制二极管TVS3耦接在第一线圈的第一端与第二线圈的第二端之间。这里，第一至第三瞬态抑制二极管的布置可以对浪涌干扰进行防护，降低总线残压。

图12示出了根据本申请一些实施例的二总线设备的电路图。下面结合图12，对控制器107的控制逻辑进行说明。

在控制器107控制总线开关控制电路101导通时，第一保护电路105可以降低对高低电平输出电路102的供电电压的上升速度(即，减小供电电压的上升沿的坡度)，以防止二总线设备上电时的电流冲击。另外，控制器107可以通过电平切换信号控制电平切换控制电路103和泄放电路104。例如，电平切换信号为第一切换信号时，Q2和Q4均导通，Q2断开，T2断开，而使得信号总线L1中电压从高电平向低电平切换。在电压从高电平向低电平切换过程中，R14、D3和Q4的电路可以快速泄放信号总线L1中电量，以便提高下降沿的陡峭程度。在信号总线L1处于低电平区间内，回码电流检测电路108可以对信号总线L1中电流进行检测，并由第二放大器A2向控制器107输出与信号总线L1中电流对应的电信号。另外，第十八电阻R18可以实时对接地总线L2中电流进行检测，第四放大器A4可以向控制器107输出与由接地总线L2流回接地端的电流对应的电信号，以便控制器107根据该电信号以及第一保护电路105返回的表示信号总线L1中电流的电信号，确定二总线系统是否存在漏流。

图13示出了根据本申请一些实施例的二总线设备的输出波形的时序图。二总线设备可以在起始位与空格码之间的发码区向终端设备发送信息。终端设备可以在空格码与空闲区之间的回码区进行回码操作，以便二总线设备在回码区的电压进行采样，并识别终端设备的回码信息。

在一些实施例中，二总线系统中终端设备可以划分为多个分组。每个分组可以包括多个终端设备。例如，每个分组包括16个或32个终端设备。每个分组中终端设备具有共同的分组地址。

所述控制器107例如可以在发码区向信号总线L1发送与巡检指令对应的发送码。巡检指令用于查询终端设备的状态。巡检指令包括一个分组地址以便分组地址对应的分组中终端设备在回码区依次进行回码操作。这样，控制器107可以在经过一个回码区后，获取到一个分组中多个终端设备的状态。另外，当一个分组中任一个终端设备的回码信息异常时，控制器107为这个终端设备发送状态确认码。状态确认码包括这个终端设备的地址。这样，这个终端设备可以在下一个回码区向控制器107返回对状态确认码的响应信息。

综上，根据本申请的二总线设备可以灵活地在组通信方式(发送包含组地址的指令)与点对点通信方式(发送包含单个设备地址的指令)之间进行切换，从而使得回码区数据的位数可以动态调整。换言之，二总线设备可以动态调整回码区的数据帧长度，从而接待提高总线通讯效率。

在一些实施例中，当接收到终端设备的回码信息时，控制器107可以根据回码信息控制所要发送高电平的脉冲宽度。例如，回码信息时为0或1。0对应一个高电平脉冲宽度，1对应另一个高电平脉冲宽度。这样，本申请的二总线设备可以利用脉冲宽度表示终端设备的回码信息。在监测设备对二总线系统进行检测时，监测设备可以并联在两个总线之间，并通过检测回码区高电平的脉冲宽度解析总线上的回码信息，从而能够方便地获取总线上的通讯信息。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (22)

1.一种二总线设备，其特征在于，包括：

高低电平输出电路(102)，其输出端与信号总线(L1)耦接，所述高低电平输出电路(102)用于输出高电平和低电平之一；

总线开关控制电路(101)，耦接在第一电源(VCC1)与高低电平输出电路(102)之间，并在导通时对高低电平输出电路(102)进行供电；

电平切换控制电路(103)，与所述高低电平输出电路(102)耦接，控制所述高低电平输出电路(102)的输出电压；

泄放电路(104)，耦接在所述高低电平输出电路(102)的输出端和接地端之间，用于在信号总线的电平由高电平切换至低电平的过程中，泄放信号总线(L1)上寄生电容的电量。

2.如权利要求1所述的二总线设备，其特征在于，进一步包括：总线电流监测电路(106)，耦接在接地总线(L2)与接地端之间，总线电流监测电路(106)输出由接地总线(L2)流回接地端的电流对应的电信号。

3.如权利要求1所述的二总线设备，其特征在于，进一步包括：第一保护电路(105)，耦接在所述总线开关控制电路(101)与所述高低电平输出电路(102)之间，用于在总线开关控制电路(101)进入导通时，调节所述总线开关控制电路(101)对高低电平输出电路(102)的供电电压的上升速度，以及对二总线系统进行短路保护和检测信号总线(L1)中电流。

4.如权利要求3所述的二总线设备，其特征在于，所述高低电平输出电路(102)，包括：

高电平开关电路(110)，耦接在所述第一保护电路(105)和所述信号总线(L1)之间，在导通时向所述信号总线(L1)输出高电平；

低电平产生电路(111)，耦接在所述第一保护电路(105)和所述信号总线(L1)之间，用于输出低电平；

其中，在所述电平切换控制电路(103)控制所述高电平开关电路(110)导通时，所述高低电平输出电路(102)向所述信号总线(L1)输出高电平；在所述电平切换控制电路(103)控制所述高电平开关电路(110)断开时，所述低电平产生电路(111)向所述信号总线输出低电平。

5.如权利要求4所述的二总线设备，其特征在于，进一步包括：回码电流检测电路(108)，耦接在所述低电平产生电路(111)的输出端与所述信号总线(L1)之间，用于检测信号总线(L1)中电流，并输出与信号总线(L1)中电流对应的电信号。

6.如权利要求1所述的二总线设备，其特征在于，进一步包括：第二保护电路(109)，对信号总线(L1)和接地总线(L2)进行浪涌保护和滤波处理。

7.如权利要求1所述的二总线设备，其特征在于，进一步包括：控制器(107)，用于向所述总线开关控制电路(101)输出控制所述总线开关控制电路(101)的通断的开关控制信号，和向所述电平切换控制电路(103)输出电平切换信号。

8.如权利要求1所述的二总线设备，其特征在于，所述总线开关控制电路，包括：

第一场效应管(T1)，其源极与第一电源(VCC1)耦接，其漏极为供电输出端；

第一三极管(Q1)，其发射极接地，其基极与控制器(107)耦接；

第一电阻(R1)，其第一端与所述第一场效应管(T1)的源极耦接；

第二电阻(R2)，连接在所述第一电阻(R1)的第二端与所述第一三极管(Q1)的集电极之间；

第三电阻(R3)，连接在所述第一场效应管(T1)的栅极与所述第一电阻(R1)的第二端之间；

其中，在所述第一三极管(Q1)导通时，所述第一场效应管(T1)导通。

9.如权利要求8所述的二总线设备，其特征在于，所述总线开关控制电路(101)，进一步包括：

第一稳压管(D1)，与所述第一电阻(R1)并联；

第一电容(C1)，连接在所述第一三极管(Q1)的基极与所述第一三极管(Q1)的发射极之间；

第四电阻(R4)，与所述第一电容(C1)并联。

10.如权利要求4所述的二总线设备，其特征在于，所述高电平开关电路(110)，包括：

第二场效应管(T2)，其漏极与所述信号总线(L1)耦接；

第二三极管(Q2)，其发射极接地；

第五电阻(R5)，其第一端与所述第二场效应管(T2)的源极耦接；

第六电阻(R6)，连接在所述第五电阻(R5)的第二端与所述第二三极管(Q2)的集电极之间；

第七电阻(R7)，连接在所述第二场效应管(T2)的栅极与所述第五电阻(R5)的第二端之间；

其中，在所述第二三极管(Q2)导通时，所述第二场效应管(T2)导通。

11.如权利要求10所述的二总线设备，其特征在于，所述高电平开关电路(110)，进一步包括：

第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5),并联在所述第二场效应管(T2)的源极与接地端之间；

第二稳压管(D2)，与第五电阻(R5)并联；

第六电容(C6)，连接在所述第二三极管(Q2)的基极与所述第二三极管(Q2)发射极之间。

12.如权利要求10所述的二总线设备，其特征在于，所述电平切换控制电路(103)，包括：

第三三极管(Q3)，其发射极接地；

第八电阻(R8)，连接在所述第三三极管(Q3)的集电极与所述第二电源(VCC2)之间；

第九电阻(R9)，连接在所述第三三极管(Q3)的集电极与所述第二三极管(Q2)的基极之间；

第十电阻(R10)，与所述第六电容(C6)并联；

第十一电阻(R11)，连接在控制器(107)的电平切换控制端与所述第三三极管(Q3)的基极之间；

第七电容(C7)，连接在所述第三三极管(Q3)的基极与所述第三三极管(Q3)的发射极之间；

第十二电阻(R12)，与所述第七电容(C7)并联。

13.如权利要求1所述的二总线设备，其特征在于，所述泄放电路(104)，包括：

第十三电阻(R13)，其第一端与所述高低电平输出电路(102)的输出端耦接；

第四三极管(Q4)，其基极与控制器(107)的电平切换控制端耦接，其发射极接地，其集电极与所述第十三电阻(R13)的第二端耦接；

第十四电阻(R14)，其第一端与所述第十三电阻(R13)的第一端耦接；

第三稳压管(D3)，连接在所述第十三电阻(R13)的第二端与所述第十四电阻(R14)的第二端之间。

14.如权利要求13所述的二总线设备，其特征在于，所述泄放电路(104)，进一步包括：

第十五电阻(R15)，耦接在所述第四三极管(Q4)的基极与所述电平切换控制端之间；

第八电容(C8)，连接在所述第四三极管(Q4)的基极与所述第四三极管(Q4)的发射极之间；

第十六电阻(R16)，与所述第八电容(C8)并联。

15.如权利要求5所述的二总线设备，其特征在于，所述回码电流检测电路(108)，包括：

第十七电阻(R17)，耦接在所述低电平产生电路(111)的输出端与所述信号总线(L1)之间；

第一放大器(A1)，其同相输入端与第十七电阻(R17)的第一端耦接，其反相输入端与第十七电阻(R17)的第二端耦接。

16.如权利要求15所述的二总线设备，其特征在于，所述回码电流检测电路(108)，包括：

第二放大器(A2)，第二放大器(A2)的反相输入端与第二放大器(A2)的输出端连接，第二放大器(A2)的同相输入端与所述第一放大器(A1)的输出端耦接，所述第二放大器(A2)的输出端向控制器(107)输出与信号总线(L1)中电流对应的电信号。

17.如权利要求2所述的二总线设备，其特征在于，所述总线电流监测电路(106)，包括：

第十八电阻(R18)，耦接在所述接地总线(L2)与接地端之间；

第三放大器(A3)，其同相输入端与第十八电阻(R18)的第一端耦接，其反相输入端与第十八电阻(R18)的第二端耦接。

18.如权利要求17所述的二总线设备，其特征在于，所述总线电流监测电路(106)，进一步包括：

第四放大器(A4)，所述第四放大器(A4)的反相输入端与所述第四放大器(A4)的输出端连接，所述第四放大器(A4)的同相输入端与所述第三放大器(A3)的输出端耦接，所述第四放大器(A4)的输出端向控制器(107)输出与由接地总线(L2)流回接地端的电流对应的电信号。

19.如权利要求6所述的二总线设备，其特征在于，所述第二保护电路(109)，包括：

共模电感(Z1)，包括：串联在信号总线(L1)中的第一线圈和串联在接地总线(L2)中的第二线圈；

第九电容(C9)，耦接在所述第一线圈的第一端与所述第二线圈的第一端之间；

第十电容(C10)，耦接在所述第一线圈的第一端与接地端之间；

第十一电容(C11)，耦接在所述第二线圈的第一端与接地端之间；

第十二电容(C12)，耦接在所述第一线圈的第二端与大地之间；

第十三电容(C13)，耦接在所述第二线圈的第二端与大地之间；

第一瞬态抑制二极管(TVS1)，与所述第十二电容(C12)并联；

第二瞬态抑制二极管(TVS2)，与所述第十三电容(C13)并联；

第三瞬态抑制二极管(TVS3)，耦接在所述第一线圈的第二端与所述第二线圈的第二端之间。

20.如权利要求7所述的二总线设备，其特征在于，信号总线(L1)与接地总线(L2)之间并联的终端设备划分成多个分组，每个分组包括多个终端设备；

所述控制器(107)，用于：

向信号总线发送与巡检指令对应的发送码，所述巡检指令包括一个分组地址，以便分组地址对应的分组中终端设备依次在回码区进行回码操作；

当所述分组地址对应的分组中任一个终端设备的回码信息异常时，为所述任一个终端设备发送状态确认码，所述状态确认码包括所述任一个终端设备的地址。

21.如权利要求7所述的二总线设备，其特征在于，所述控制器(107)，用于：

当接收到终端设备的回码信息时，根据回码信息控制所要发送高电平的脉冲宽度，以便利用脉冲宽度表示所述终端设备的回码信息。

22.一种二总线系统，包括：

如权利要求1-21中任一项所述的二总线设备；

多个终端设备，并联在所述二总线设备的信号总线和接地总线之间。

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