CN113485181B - 一种基于故障检测的通信总线控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于故障检测的通信总线控制系统，包括中心控制电路、FPGA芯片、第一BANK外接电路、第二BANK外接电路和第三BANK外接电路；第一BANK外接电路包括过欠压检测电路、开关控制电路，连接FPGA芯片的第一BANK模块；第二BANK外接电路包括欠压检测电路和第一逻辑控制电路，连接FPGA芯片的第二BANK模块；第三BANK外接电路包括过压检测电路和第二逻辑控制电路，连接FPGA芯片的第三BANK模块，中心控制电路根据电源电压的过欠压情况切换与其相连的外接电路。本发明利用FPGA芯片不同BANK可以使用不同电压驱动的优点，设置正常电压范围驱动的第一BANK模块、欠压范围驱动的第二BANK模块和过压范围驱动的第三BANK模块，拓展了可以安全工作的电压范围，提高了系统工作的稳定性。

Description

一种基于故障检测的通信总线控制系统

技术领域

本发明涉及通信总线控制领域，尤其是涉及一种基于故障检测的通信总线控制系统。

背景技术

随着电子技术的发展，控制系统的集成程度越来越高，单块高性能的处理器无法满足系统多样性功能要求，这就需要利用FPGA芯片驱动的差分传输线作为通信总线，将多个处理器通过主从设备的控制方式连接起来实现多样性功能。处理器、FPGA芯片采用小电压供电，电压容差范围窄，导致对于电压的精确性要求越来越高，当供电电压低于或者高于正常工作电压范围时，都会导致处理器或者FPGA芯片工作在异常状态，从而使处理器或者FPGA芯片输出错误，直接导致危险事件的发生或者通信总线锁死，造成系统安全性、可用性变差。这就需要在设计中增加电源过压、欠压检测机制通过关闭通信总线的方法规避上述问题。

在中国专利文献上公开的“ 一种电源过欠压告警监视系统”，其公开号为CN112946347A，公开日期2021-06-11，设置有过压监视模块、欠压监视模块、以及告警模块，能够对继电保护装置的电源同时进行失电、欠压和过压监视，功能齐备、结构简单、成本低廉，具有较好的温度特性，并且反应速度快，能够实时跟踪电源的过压、欠压以及失电情况，并及时做出反应，有效避免继电保护系统的故障发生。但是没有具体说明在过欠压发生时如何对具体的电路进行处理，而当发生过欠压时直接切断电源停止工作又会极大地影响系统的工作稳定性。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中通信总线控制系统正常工作电压范围小，容易发生电源电压的过欠压故障造成系统停止工作，从而极大影响工作稳定性的问题，提供了一种基于故障检测的通信总线控制系统，利用FPGA芯片不同BANK可以使用不同电压驱动的优点，设置正常电压范围驱动的第一BANK模块、欠压范围驱动的第二BANK模块和过压范围驱动的第三BANK模块，极大地拓展了可以安全工作的电压范围，提高了系统工作的稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于故障检测的通信总线控制系统，包括中心控制电路、FPGA芯片、第一BANK外接电路、第二BANK外接电路和第三BANK外接电路；所述中心控制电路分别连接第一BANK外接电路、第二BANK外接电路和第三BANK外接电路；所述第一BANK外接电路包括过欠压检测电路、开关控制电路，所述过欠压检测电路连接开关控制电路，开关控制电路连接FPGA芯片中的第一BANK模块；所述第二BANK外接电路包括欠压检测电路和第一逻辑控制电路，所述欠压检测电路通过第一逻辑控制电路与FPGA芯片中的第二BANK模块相连；所述第三BANK外接电路包括过压检测电路和第二逻辑控制电路，所述过压检测电路通过第二逻辑控制电路与FPGA芯片中的第三BANK模块相连。

本发明中的通信总线控制系统，充分利用FPGA芯片的优点，利用同一个FPGA芯片上的不同BANK可以设置不同电压的驱动，来实现本发明的目的。当处于正常工作电压的范围时，第一BANK外接电路与第一BANK模块连通从而对通信总线进行驱动；当工作电压进入到欠压状态时，第一BANK模块停止驱动，中心控制电路控制第二BANK外接电路与第二BANK模块连通，从而使第二BANK模块驱动欠压下安全稳定工作的电路来驱动通信总线；当工作电压进入到过压状态时，第一BANK模块停止驱动，中心控制电路控制第三BANK外接电路与第三BANK模块连通，从而使第三BANK模块驱动过压下安全稳定工作的电路来驱动通信总线；当工作电压恢复正常时，重新连通第一BANK外接电路和第一BANK模块来驱动通信总线。

作为优选，所述第一BANK模块用于正常工作电压下的通信总线驱动；所述第二BANK模块用于欠压状态下的通信总线驱动；所述第三BANK模块用于过压状态下的通信总线驱动。

通过对第一BANK模块、第二BANK模块、第三BANK模块的后置电路的设计和连接，分别采用在正常工作电压范围工作的电路、在欠压状态下正常工作的电路、在过压状态下正常工作的电路，三种电路都能连接驱动通信总线，而在工作时则根据电压的具体情况切换其中一条电路对通信总线进行驱动。

作为优选，所述过欠压检测电路包括待测电源Vcc，待测电源Vcc通过串联的电阻R1和电阻R2接地；电阻R1和电阻R2的连接点连接比较器Q1的同相输入端，比较器Q1的反相输入端连接基准电压Vref1的正极，基准电压Vref1的负极接地，比较器Q1的输出端与NMOS管Q3的栅极相连，NMOS管Q3的源极接地，NMOS管Q3的漏极与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端连接电压V1；待测电源Vcc通过串联的电阻R3和电阻R4接地；R3电阻和R4电阻的连接点连接比较器Q2的反相输入端，Q2比较器的同相输入端连接基准电压Vref1的正极，比较器Q2的输出端与NMOS管Q4的栅极相连，NMOS管Q4的源极接地，NMOS管Q4的漏极与电阻R5的一端相连；所述开关控制电路与电阻R5的一端相连。

过欠压检测电路中，通过电阻R1和电阻R2对待测的电源进行分压处理，过压检测的电压采样，然后与比较器Q1和基准电压Vref1组成过压检测部分；通过电阻R3和电阻R4对待测电源进行分压处理，进行欠压检测的电压采样，然后与比较器Q2和基准电压Vref1组成欠压检测部分；通过改变电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的电阻值改变分压比例，从而可以对正常工作电压范围的检测进行调整。当电压正常时，过欠压检测电路向开关控制电路输出高电平；当处于过压或者欠压时，过欠压检测电路向开关控制电路输出低电平，可以完成对过欠压的检测。

作为优选，所述开关控制电路包括三极管Q5，所述三极管Q5的基极与电阻R5的一端相连，三极管Q5的发射极接地；电阻R6的一端分别与电压V2和PMOS管Q6的源极相连，电阻R6的另一端分别与PMOS管Q6的栅极和三极管Q5的集电极相连；PMOS管Q6的漏极与第一BANK模块相连。

当过欠压检测电路向开关控制电路输出高电平时，开关控制电路的PMOS管Q6导通，从而实现电压V2和第一BANK模块的闭合，第一BANK模块驱动通信总线；当过欠压检测电路向开关控制电路输出低电平时，开关控制电路的PMOS管Q6截止，从而实现电压V2和第一BANK模块的断开，停止第一BANK模块对通信总线的驱动。

作为优选，所述第二BANK外接电路包括欠压检测电路和第一逻辑控制电路；所述第一逻辑控制电路包括与门电路U2，所述与门电路U2的输出端Y1连接三端开关K1的控制端，三端开关K1的一个通断触点端连接电压V3，三端开关K1的另一个通断触点端连接第二BANK模块；与门电路U2的第一输入端A1接收来自中心控制电路的高低电平信号，与门电路U2的第二输入端B1连接欠压检测电路的输出端。

本发明中，第二BANK外接电路的欠压检测电路进行二次欠压检测，由于第二BANK模块通过驱动欠压状态下安全稳定工作的电路来驱动通信总线，其欠压工作范围一个下限电压，当欠压检测电路检测到电源电压小于所述的下限电压时，即使是第二BANK模块也无法安全地进行驱动工作，因此会切断电源停止系统的工作。而当电源电压大于所述的下限电压且处在欠压状态时，与门电路U2输出高电平使得三端开关K1闭合，从而连通电压V3和第二BANK模块，第二BANK模块驱动通信总线。

作为优选，所述第三BANK外接电路包括过压检测电路和第二逻辑控制电路；所述第二逻辑控制电路包括与门电路U3，所述与门电路U3的输出端Y2连接三端开关K2的控制端，三端开关K2的一个通断触点端连接电压V4，三端开关K1的另一个通断触点端连接第三BANK模块；与门电路U3的第一输入端A2接收来自中心控制电路的高低电平信号，与门电路U3的第二输入端B2连接过压检测电路的输出端。

本发明中，第三BANK外接电路的过压检测电路进行二次过压检测，由于第三BANK模块通过驱动过压状态下安全稳定工作的电路来驱动通信总线，其过压工作范围一个上限电压，当过压检测电路检测到电源电压大于所述的上限电压时，即使是第三BANK模块也无法安全地进行驱动工作，因此会切断电源停止系统的工作。而当电源电压小于所述的上限电压且处在过压状态时，与门电路U3输出高电平使得三端开关K2闭合，从而连通电压V4和第三BANK模块，第三BANK模块驱动通信总线。

作为优选，所述中心控制电路包括射频芯片U1，所述芯片U1的接地端接地，芯片U1的电压供应端接入供电电压，芯片U1的通断信号输入端与PMOS管Q6的漏极相连，芯片U1的过压信号输入端与比较器Q1的输出端相连，芯片U1的欠压信号输入端与比较器Q2的输出端相连；芯片U1的欠压信号输出端与与门电路U2的第一输入端A1相连，芯片U1的过压信号输出端与与门电路U3的第一输入端A2相连。

本发明中，当电源处于过压状态时，比较器Q1输出高电平，比较器Q2输出低电平，芯片U1的过压信号输入端接收到高电平信号，芯片U1的欠压信号输入端接收到低电平信号，芯片U1向与门电路U2输出低电平信号，向与门电路U3输出高电平信号；当电源处于欠压状态时，比较器Q1输出低电平，比较器Q2输出高电平，芯片U1的过压信号输入端接收到低电平信号，芯片U1的欠压信号输入端接收到高电平信号，芯片U1向与门电路U2输出高电平信号，向与门电路U3输出低电平信号；当电源处于正常工作电压时，芯片U1收到两个低电平信号，同时向与门电路U1和与门电路U2发送两个低电平信号。

作为优选，所述第一BANK外接电路还包括备用供电电路，所述备用供电电路分别连接第一BANK模块和中心控制电路。

本发明中，备用供电电路作为备用电源来连接第一BANK模块，当电路过欠压时，对电路的切换会有时间差，因此中心控制电路接收到过欠压信号后控制备用供电电路连通第一BANK模块，从而继续使用第一BANK模块驱动通信总线保证其工作，而当切换到第二BANK模块或者第三BANK模块对通信总线进行驱动后，则停止备用供电电路与第一BANK模块的连接；整个过程能保证驱动切换过程中系统能始终保持工作状态。

作为优选，所述第二BANK模块的欠压驱动的电压范围的上限与第一BANK模块的正常工作电压范围的下限相同，所述第三BANK模块的过压驱动的电压范围的下限与第一BANK模块的正常工作电压范围的上限相同。这个设计能保证拓展后的工作电压范围是连续的，从而保证电源电压在整个工作电压范围内都能稳定工作。

本发明具有如下有益效果：设置有备用供电电路，使得检测到电源过欠压切断第一BANK模块的驱动后，备用供电电路可以对第一BANK模块进行驱动，使得电路切换的时间内系统始终能进行工作，不会瞬间中断；同时设置有正常电压下驱动的第一BANK模块、欠压状态下驱动的第二BANK模块和过压状态下驱动的第三BANK模块，使得通信总线能正常工作的电压工作范围更大，提高系统工作的稳定性和可用性。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明的电路原理图；

图3是本发明第一BANK外接电路和中心控制电路的电路图；

图4是本发明第二BANK外接电路的电路图；

图5是本发明第三BANK外接电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1和图2所示，本实施例中第一BANK模块即为BANK1，第二BANK模块即为BANK2，第三BANK模块即为BANK3。

一种基于故障检测的通信总线控制系统，包括中心控制电路、第一BANK外接电路、第二BANK外接电路和第三BANK外接电路；中心控制电路分别连接第一BANK外接电路、第二BANK外接电路和第三BANK外接电路；第一BANK外接电路包括过欠压检测电路、开关控制电路，过欠压检测电路连接开关控制电路，开关控制电路连接FPGA芯片中的BANK1；第二BANK外接电路包括欠压检测电路和第一逻辑控制电路，欠压检测电路通过第一逻辑控制电路与FPGA芯片中的BANK2相连；第三BANK外接电路包括过压检测电路和第二逻辑控制电路，过压检测电路通过第二逻辑控制电路与FPGA芯片中的BANK3相连。

第一BANK外接电路还包括备用供电电路，备用供电电路分别连接BANK1和中心控制电路。

BANK1用于正常工作电压下的通信总线驱动；BANK2用于欠压状态下的通信总线驱动；BANK3用于过压状态下的通信总线驱动。BANK2的欠压驱动的电压范围的上限与BANK1的正常工作电压范围的下限相同，BANK3的过压驱动的电压范围的下限与BANK1的正常工作电压范围的上限相同。能保证拓展后的工作电压范围是连续的，从而保证电源电压在整个工作电压范围内都能稳定工作。

如图3所示，过欠压检测电路包括待测电源Vcc，待测电源Vcc通过串联的电阻R1和电阻R2接地；电阻R1和电阻R2的连接点连接比较器Q1的同相输入端，比较器Q1的反相输入端连接基准电压Vref1的正极，基准电压Vref1的负极接地，比较器Q1的输出端与NMOS管Q3的栅极相连，NMOS管Q3的源极接地，NMOS管Q3的漏极与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端连接电压V1；待测电源Vcc通过串联的电阻R3和电阻R4接地；R3电阻和R4电阻的连接点连接比较器Q2的反相输入端，Q2比较器的同相输入端连接基准电压Vref1的正极，比较器Q2的输出端与NMOS管Q4的栅极相连，NMOS管Q4的源极接地，NMOS管Q4的漏极与电阻R5的一端相连；开关控制电路与电阻R5的一端相连。

开关控制电路包括三极管Q5，三极管Q5的基极与电阻R5的一端相连，三极管Q5的发射极接地；电阻R6的一端分别与电压V2和PMOS管Q6的源极相连，电阻R6的另一端分别与PMOS管Q6的栅极和三极管Q5的集电极相连；PMOS管Q6的漏极与BANK1相连。

如图4所示，第二BANK外接电路包括欠压检测电路和第一逻辑控制电路；第一逻辑控制电路包括与门电路U2，与门电路U2的输出端Y1连接三端开关K1的控制端，三端开关K1的一个通断触点端连接电压V3，三端开关K1的另一个通断触点端连接BANK2；与门电路U2的第一输入端A1接收来自中心控制电路的高低电平信号，与门电路U2的第二输入端B1连接NMOS管Q8的漏极。待测电源Vcc通过串联的电阻R7和电阻R8接地；电阻R7和电阻R8的连接点连接比较器Q7的反相输入端，比较器Q7的同相输入端连接基准电压Vref2的正极，基准电压Vref2的负极接地，比较器Q7的输出端与NMOS管Q8的栅极相连，NMOS管Q8的源极接地，NMOS管Q8的漏极与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端连接电压V1。

如图5所示，第三BANK外接电路包括过压检测电路和第二逻辑控制电路；第二逻辑控制电路包括与门电路U3，与门电路U3的输出端Y2连接三端开关K2的控制端，三端开关K2的一个通断触点端连接电压V4，三端开关K1的另一个通断触点端连接BANK3；与门电路U3的第一输入端A2接收来自中心控制电路的高低电平信号，与门电路U3的第二输入端B2连接NMOS管Q10的漏极。待测电源Vcc通过串联的电阻R10和电阻R11接地；电阻R10和电阻R11的连接点连接比较器Q9的同相输入端，比较器Q9的反相输入端连接基准电压Vref3的正极，基准电压Vref3的负极接地，比较器Q9的输出端与NMOS管Q10的栅极相连，NMOS管Q10的源极接地，NMOS管Q10的漏极与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端连接电压V1。

如图3所示，中心控制电路包括射频芯片U1，芯片U1的GND端接地，芯片U1的VCC端接供电电压，芯片U1的p0引脚与PMOS管Q6的漏极相连，芯片U1的p1引脚与比较器Q1的输出端相连，芯片U1的p2引脚与比较器Q2的输出端相连；芯片U1的p4引脚与与门电路U2的第一输入端A1相连，芯片U1的p5引脚与与门电路U3的第一输入端A2相连，芯片U1的p3引脚控制备用供电电路。

本发明中的通信总线控制系统，充分利用FPGA芯片的优点，利用同一个FPGA芯片上的不同BANK可以设置不同电压的驱动，来实现本发明的目的。当处于正常工作电压的范围时，第一BANK外接电路与BANK1连通从而对通信总线进行驱动；当工作电压进入到欠压状态时，BANK1停止驱动，中心控制电路控制第二BANK外接电路与BANK2连通，从而使BANK2驱动欠压下安全稳定工作的电路来驱动通信总线；当工作电压进入到过压状态时，BANK1停止驱动，中心控制电路控制第三BANK外接电路与BANK3连通，从而使BANK3驱动过压下安全稳定工作的电路来驱动通信总线；当工作电压恢复正常时，重新连通第一BANK外接电路和BANK1来驱动通信总线。

通过对BANK1、BANK2、BANK3的后置电路的设计和连接，分别采用在正常工作电压范围工作的电路、在欠压状态下正常工作的电路、在过压状态下正常工作的电路，三种电路都能连接驱动通信总线，而在工作时则根据电压的具体情况切换其中一条电路对通信总线进行驱动。

过欠压检测电路中，通过电阻R1和电阻R2对待测的电源进行分压处理，进行过压检测的电压采样，然后与比较器Q1和基准电压Vref1组成过压检测部分；通过电阻R3和电阻R4对待测电源进行分压处理，进行欠压检测的电压采样，然后与比较器Q2和基准电压Vref1组成欠压检测部分；通过改变电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的电阻值改变分压比例，从而可以对正常工作电压范围的检测进行调整。当工作电压正常时，比较器Q1和比较器Q2都输出低电平，此时MOS管Q3和MOS管Q4都不导通，使得电阻R5两端电压相同，过欠压检测电路向开关控制电路输出高电平；当处于过压时，比较器Q1输出高电平，比较器Q2输出低电平，当处于欠压时刚好相反，在过欠压的情况下，MOS管Q3和MOS管Q4中有一个导通，使得电阻R5一端接电压V1另一端接地，过欠压检测电路向开关控制电路输出低电平，可以完成对过欠压的检测。

当过欠压检测电路向开关控制电路输出高电平时，三极管Q5的基极接高电平使得三极管Q5导通，此时PMOS管Q6的栅极和源极电压差是电阻R6两端的电压差V2，PMOS管Q6导通，从而实现电压V2和BANK1的闭合，BANK1驱动通信总线；当过欠压检测电路向开关控制电路输出低电平时，三极管Q5截止，PMOS管Q6的栅极和源极电压差是0，PMOS管Q6截止，从而实现电压V2和BANK1的断开，停止BANK1对通信总线的驱动。

本发明中，第二BANK外接电路的欠压检测电路进行二次欠压检测，由于BANK2通过驱动欠压状态下安全稳定工作的电路来驱动通信总线，其欠压工作范围有一个下限电压，当欠压检测电路检测到电源电压小于下限电压时，即使是BANK2也无法安全地进行驱动工作，因此会切断电源停止系统的工作。而当电源电压大于下限电压且处在欠压状态时，与门电路U2输出高电平使得三端开关K1闭合，从而连通电压V3和BANK2，BANK2驱动通信总线。

本发明中，第三BANK外接电路的过压检测电路进行二次过压检测，由于BANK3通过驱动过压状态下安全稳定工作的电路来驱动通信总线，其过压工作范围有一个上限电压，当过压检测电路检测到电源电压大于上限电压时，即使是BANK3也无法安全地进行驱动工作，因此会切断电源停止系统的工作。而当电源电压小于上限电压且处在过压状态时，与门电路U3输出高电平使得三端开关K2闭合，从而连通电压V4和BANK3，BANK3驱动通信总线。

本发明中，当电源处于过压状态时，比较器Q1输出高电平，比较器Q2输出低电平，芯片U1的p1引脚接收到高电平信号，芯片U1的p2引脚接收到低电平信号，芯片U1向与门电路U2输出低电平信号，向与门电路U3输出高电平信号；当电源处于欠压状态时，比较器Q1输出低电平，比较器Q2输出高电平，芯片U1的p1引脚接收到低电平信号，芯片U1的p2引脚接收到高电平信号，芯片U1向与门电路U2输出高电平信号，向与门电路U3输出低电平信号；当电源处于正常工作电压时，芯片U1收到两个低电平信号，同时向与门电路U1和与门电路U2发送两个低电平信号。与此同时选择射频芯片具有无线通信功能，可以将系统的过欠压状态实时发送到相关人员的便携设备以及服务后台中，以便于相关人员了解系统的工作状态，此外还可以通过无线操控远程控制中心控制电路来人工切换和调整系统的驱动电路。

本发明中，备用供电电路作为备用电源来连接BANK1，当电路过欠压时，对电路的切换会有时间差，因此中心控制电路接收到过欠压信号后控制备用供电电路连通BANK1，从而继续使用BANK1驱动通信总线保证其工作，而当切换到BANK2或者BANK3对通信总线进行驱动后，则停止备用供电电路与BANK1的连接；整个过程能保证驱动切换过程中系统能始终保持工作状态。

下面对系统中电源电压处在正常、过压和欠压情况下的具体工作情况进行说明。首先明确每个情况下的电压范围，BANK1用于正常电压下的通信总线驱动，工作电压范围[v2,v3]；BANK2用于欠压状态下的通信总线驱动，工作电压范围[v1,v2)；BANK3用于过压状态下的通信总线驱动，工作电压范围(v3,v4]。此外电路中与门电路的逻辑是当两个高电平输入与门电路时，输出高电平，其他情况下输出低电平。

1、当处在正常工作电压时，即电源电压在[v2,v3]内，比较器Q1和Q2都输出低电平，使得MOS管Q3和Q4都截止，电阻R5两点电压都为V1，因此过欠压检测电路向三极管Q5的基极输出高电平，三极管Q5导通使得PMOS管Q6导通，FPGA芯片中的BANK1得电驱动通信总线。此时芯片U1接收到比较器Q1和Q2的低电平信号，并向与门电路U2和U3发送低电平信号，使得开关K1和开关K2都处于断开状态。

2、当处在欠压状态时，分为两种情况考虑：

2.1、当电源电压小于v1时，比较器Q7输出高电平，MOS管Q8导通，使得欠压检测电路向与门电路U2的B1输入端输出低电平，与门电路U2输出低电平，开关K1断开，BANK2不能驱动通信总线，与此同时BANK1由于处于欠压状态也断开，因此整个系统由于电源电压过低而不工作，从而保护电路。

2.2、当电源电压在[v1,v2)范围内时，比较器Q2输出高电平，比较器Q1输出低电平，MOS管Q4导通使过欠压检测电路向三极管Q5的基极输出低电平，三极管Q5截止，PMOS管Q6不导通使得BANK1与电压V2断开。在过程中芯片U1接收到比较器Q2的高电平信号和比较器Q1的低电平信号，控制备用供电电路对BANK1供电使BANK1不会因为电压V2的断开而停止驱动。同时芯片U1向与门电路U2的A1输入端输出高电平信号。在欠压检测电路中，比较器Q7输出低电平，使得欠压检测电路向与门电路U2的B1输入端输出高电平。与门电路U2输出高电平控制开关K1闭合，之后芯片U1控制备用供电电路与BANK1断开，使BANK2上电单独驱动通信总线。

3、当处在过压状态是，分为两种情况考虑：

3.1、当电源电压处在(v3,v4]范围内时，比较器Q1输出高电平，比较器Q2输出低电平，MOS管Q3导通使过欠压检测电路向三极管Q5的基极输出低电平，三极管Q5截止，PMOS管Q6不导通使得BANK1与电压V2断开。芯片U1接收到比较器Q2的低电平信号和比较器Q1的高电平信号，控制备用供电电路对BANK1供电使BANK1不会因为电压V2的断开而停止驱动。同时芯片U1向与门电路U3的A2输入端输出高电平信号。在过压检测电路中，比较器Q9输出低电平，使得过压检测电路向与门电路U3的B2输入端输出高电平。与门电路U3输出高电平控制开关K2闭合，之后芯片U1控制备用供电电路与BANK1断开，使BANK3上电单独驱动通信总线。

3.2、当电源电压大于v4时，比较器Q9输出高电平，MOS管Q10导通，使得过压检测电路向与门电路U3的B2输入端输出低电平，与门电路U3输出低电平，开关K2断开，BANK3不能驱动通信总线，与此同时BANK1由于处于过压状态也断开，因此整个系统由于电源电压过高而不工作，从而保护电路。

本发明中，整个通信总线控制系统通过利用FPGA芯片不同BANK之间相对独立，可以选用不同电压的优点，设置了能在正常电压下驱动的BANK1、欠压状态下驱动的BANK2和过压状态下去驱动的BANK3，使得在电压范围[v1,v4]之内都可以安全稳定地进行工作，相对于正常工作电压的范围[v2,v3]有了极大地拓展，有效地提高了系统的可用性和稳定性。

上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于故障检测的通信总线控制系统，其特征在于，包括中心控制电路、FPGA芯片、第一BANK外接电路、第二BANK外接电路和第三BANK外接电路；所述中心控制电路分别连接第一BANK外接电路、第二BANK外接电路和第三BANK外接电路；所述第一BANK外接电路包括过欠压检测电路、开关控制电路，所述过欠压检测电路连接开关控制电路，开关控制电路连接FPGA芯片中的第一BANK模块；所述第二BANK外接电路包括欠压检测电路和第一逻辑控制电路，所述欠压检测电路通过第一逻辑控制电路与FPGA芯片中的第二BANK模块相连；所述第三BANK外接电路包括过压检测电路和第二逻辑控制电路，所述过压检测电路通过第二逻辑控制电路与FPGA芯片中的第三BANK模块相连；所述第一逻辑控制电路为与门电路U2，所述第二逻辑控制电路为与门电路U3；所述过欠压检测电路中，电阻R1和电阻R2对待测的电源进行分压处理，与比较器Q1和基准电压Vref1组成过压检测部分；电阻R3和电阻R4对待测电源进行分压处理，与比较器Q2和基准电压Vref1组成欠压检测部分；

所述中心控制电路包括芯片U1，所述芯片U1的接地端接地，芯片U1的电压供应端接入供电电压，芯片U1的通断信号输入端与开关控制电路输出端相连，芯片U1的过压信号输入端与比较器Q1的输出端相连，芯片U1的欠压信号输入端与比较器Q2的输出端相连；芯片U1的欠压信号输出端与与门电路U2的第一输入端A1相连，芯片U1的过压信号输出端与与门电路U3的第一输入端A2相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的通信总线控制系统，其特征在于，所述第一BANK模块用于正常工作电压下的通信总线驱动；所述第二BANK模块用于欠压状态下的通信总线驱动；所述第三BANK模块用于过压状态下的通信总线驱动。

3.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的通信总线控制系统，其特征在于，所述过欠压检测电路包括待测电源Vcc，待测电源Vcc通过串联的电阻R1和电阻R2接地；电阻R1和电阻R2的连接点连接比较器Q1的同相输入端，比较器Q1的反相输入端连接基准电压Vref1的正极，基准电压Vref1的负极接地，比较器Q1的输出端与NMOS管Q3的栅极相连，NMOS管Q3的源极接地，NMOS管Q3的漏极与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端连接电压V1；待测电源Vcc通过串联的电阻R3和电阻R4接地；R3电阻和R4电阻的连接点连接比较器Q2的反相输入端，Q2比较器的同相输入端连接基准电压Vref1的正极，比较器Q2的输出端与NMOS管Q4的栅极相连，NMOS管Q4的源极接地，NMOS管Q4的漏极与电阻R5的一端相连；所述开关控制电路与电阻R5的一端相连。

4.根据权利要求2所述的一种基于故障检测的通信总线控制系统，其特征在于，所述开关控制电路包括三极管Q5，所述三极管Q5的基极与电阻R5的一端相连，三极管Q5的发射极接地；电阻R6的一端分别与电压V2和PMOS管Q6的源极相连，电阻R6的另一端分别与PMOS管Q6的栅极和三极管Q5的集电极相连；PMOS管Q6的漏极与第一BANK模块相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的通信总线控制系统，其特征在于，所述第二BANK外接电路包括欠压检测电路和第一逻辑控制电路；所述第一逻辑控制电路包括与门电路U2，所述与门电路U2的输出端Y1连接三端开关K1的控制端，三端开关K1的一个通断触点端连接电压V3，三端开关K1的另一个通断触点端连接第二BANK模块；与门电路U2的第一输入端A1接收来自中心控制电路的高低电平信号，与门电路U2的第二输入端B1连接欠压检测电路的输出端。

6.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的通信总线控制系统，其特征在于，所述第三BANK外接电路包括过压检测电路和第二逻辑控制电路；所述第二逻辑控制电路包括与门电路U3，所述与门电路U3的输出端Y2连接三端开关K2的控制端，三端开关K2的一个通断触点端连接电压V4，三端开关K1的另一个通断触点端连接第三BANK模块；与门电路U3的第一输入端A2接收来自中心控制电路的高低电平信号，与门电路U3的第二输入端B2连接过压检测电路的输出端。

7.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的通信总线控制系统，其特征在于，所述第一BANK外接电路还包括备用供电电路，所述备用供电电路分别连接第一BANK模块和中心控制电路。

8.根据权利要求2所述的一种基于故障检测的通信总线控制系统，其特征在于，所述第二BANK模块的欠压驱动的电压范围的上限与第一BANK模块的正常工作电压范围的下限相同，所述第三BANK模块的过压驱动的电压范围的下限与第一BANK模块的正常工作电压范围的上限相同。

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