CN114070348A - 单线隔离通信模块、系统和通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单线隔离通信模块，系统和方法，应用于主通信单元和从通信单元之间的通信；主通信单元和从通信单元通过一条路径进行数据传递；各个通信单元通过生成包含跳边沿位置不同的第一脉冲信号来编码发送指令，并通过识别第二脉冲信号中跳变沿的位置来解码接收到的数据。本发明将时钟线和数据线合二为一，有效地降低了通信成本；编解码策略简单易实现，选取合适高低电平比例可支持33.3％的时钟频率误差。

Description

单线隔离通信模块、系统和通信方法

技术领域

本发明涉及电力电子领域，更具体的说，涉及一种单线隔离通信模块、系统和通信方法。

背景技术

BMS(Battery Management System，电池管理系统)中电池数量较多，单颗芯片耐压有限，一般需要多颗芯片堆叠来满足需求。芯片的电池电压和电池状态等数据需要及时传递给主机，但由于芯片之间不共地，因此需要采用隔离通信的策略。在同步通信中，如图1所示，一般采用两线制，一根线负责从主机向从机发送时钟，另一根线负责主机与从机的数据传递，通用的I2C协议就是典型的两线制同步传输协议。在该两线制的隔离通信模式下，因为通信双方不共地，需要将数据转变成电流/电压形式通过不共地的识别方法达到通信目的，但是这种两线制的隔离通信会增加方案成本。

因此如何提出了一种将时钟线和数据线合二为一的双向隔离通信策略，有效地降低通信成本，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种体积较小、充电效率和充电速率较高的电源管理系统及其集成电路，以解决现有技术中电源管理系统体积较大以及充电效率和充电速率较低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种单线隔离通信模块，所述通信模块包括：两个通信单元，分别为主通信单元和从通信单元；

所述主通信单元和所述从通信单元通过一条路径进行数据传递；各个所述通信单元通过生成包含高电平与低电平的脉宽关系不同的第一脉冲信号来编码发送指令，并通过识别第二脉冲信号中高电平与低电平的脉宽关系来解码接收到的数据。

优选地，每个通信单元均包括接口电路，所述接口电路根据相应的所述通信单元发送或接收的数据类型的不同，转变其状态。

优选地，当所述主通信单元发送完写指令时，所述接口电路转变为等待发送状态；当所述主通信单元发送完读指令时，所述接口电路转变为等待接收状态。

优选地，当所述从通信单元接收完写指令时，所述接口电路转变为等待接收状态；当所述从通信单元接收完读指令时，所述接口电路转变为等待发送状态。

优选地，所述接口电路包括发送电路和接收电路，

所述发送电路在所述接口电路处于发送状态时使能，根据所述发送指令，通过所述路径输出包含不同逻辑的发送信号；

所述接收电路在所述接口电路处于接收状态时使能，通过所述路径接收另一通信单元输出的所述发送信号，并将所述发送信号转换成所述第二脉冲信号。

优选地，所述发送电路包括开关管，所述开关管的控制端根据其所在的所述接口电路的状态及所述第一脉冲信号中的不同电平耦接不同的参考电平，从而控制所述开关管的状态和所述发送信号中的逻辑。

优选地，所述主通信单元和所述从通信单元中所述发送电路中的所述开关管的型号不同。

优选地，所述接收电路包括接收开关和比较器，根据其所在的所述接口电路的状态控制所述接收开关的通断，当所述接口电路处于发送状态时，所述接收开关断开；当所述接口电路处于接收状态时，所述接收开关导通，使得所述发送信号在所述比较器的第一输入端形成接收电压，所述比较器将所述接收电压和预设电压进行比较，判断另一接口电路发送时选择的所述参考电平，从而输出所述第二脉冲信号。

优选地，当所述接口电路处于等待发送状态时，对应接收电路中的所述接收开关断开，对应发送电路中的所述开关管断开；当接口电路处于等待接收状态时，对应接收电路中的所述接收开关导通，对应发送电路中的所述开关管断开。

优选地，每个所述通信单元还包括数字核心电路，编码电路和解码电路；

当所述主通信单元或所述从通信单元工作在发送模式时，所述数字核心电路根据所述发送指令产生基础信号；所述编码电路对所述基础信号进行编码，输出所述第一脉冲信号；对应的所述接口电路处于发送状态，根据所述第一脉冲信号输出包含不同逻辑的所述发送信号；

当所述主通信单元或所述从通信单元工作在接收模式时，对应的接口电路处于接收状态，将接收到的所述发送信号转换成所述第二脉冲信号；所述解码电路对所述第二脉冲信号进行解码，输出解码信号；所述数字核心电路根据所述解码信号，完成所述发送指令对应的操作。

优选地，所述编码电路的编码规则为：所述基础信号中的逻辑0与逻辑1对应的所述第一脉冲信号中的高电平与低电平的脉宽之比不同。

优选地，在一个编码周期中，所述基础信号中的逻辑1，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比大于1来表示；所述基础信号中的逻辑0，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比小于1来表示。

优选地，所述编码电路采用8倍频编码，在一个编码周期中，所述基础信号中的逻辑1，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比为3：1来表示；所述基础信号中的逻辑0，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比为1：3来表示。

优选地，所述解码电路的解码规则为：在所述第二脉冲信号的一个周期中，当采样到的高电平的数量小于低电平的数量时，解码为所述解码信号中的逻辑0；当采样到的高电平的数量大于低电平的数量时，解码为所述解码信号中的逻辑1。

优选地，所述主通信单元和所述从通信单元的参考地不共地。

第二方面，本发明实施例还提供了一种单线隔离通信系统，包括N个芯片，相邻两个芯片之间通过权利要求1-15任意一项所述的单线隔离通信模块进行数据传递，其中，N为大于等于2的自然数。

优选地，各个芯片依次串联，其中，第一个芯片包括主通信单元，用于和第二个芯片进行数据传递；第N个芯片包括从通信单元，用于和第N-1个芯片进行数据传递；第二个芯片到第N-1个芯片既包括所述从通信单元，又包括所述主通信单元，分别用于和上一个芯片及下一个芯片进行数据传递。

优选地，其中一个芯片为主芯片，其余N-1个芯片为从芯片；所述主芯片包括的主通信单元有N-1个接口电路，所述从芯片包括的从通信单元有1个接口电路，所述主芯片通过N-1个接口电路分别与N-1个所述从芯片进行数据传递。

第三方面，本发明实施例还提供了一种单线隔离通信方法，应用于主通信单元和从通信单元之间的通信，所述主通信单元和所述从通信单元通过一条路径进行数据传递；各个所述通信单元通过生成包含跳边沿位置不同的第一脉冲信号来编码发送指令，并通过识别第二脉冲信号中跳变沿的位置来解码接收到的数据。

优选地，所述通信方法包括以下步骤：当所述主通信单元或从通信单元向另一个通信单元发送所述发送指令时，对应通信单元的接口电路根据所述第一脉冲信号中的不同逻辑选择不同的参考电平，生成包括不同逻辑的发送信号；

当所述主通信单元或从通信单元接收另一个通信单元的所述发送信号时，对应通信单元的接口电路将所述发送信号形成的接收电压和预设电压进行比较，判断出接收到的另一通信单元的接口电路发送时选择的所述参考电平，从而输出所述第二脉冲信号。

优选地，当主通信单元或从通信单元向另一个通信单元发送所述发送指令时，所述通信方法包括还以下步骤：根据所述发送指令，产生基础信号；对所述基础信号进行编码，产生第一脉冲信号。

优选地，生成所述第一脉冲信号的编码规则为：在一个编码周期中，所述基础信号中的逻辑1，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比为3：1来表示；所述基础信号中的逻辑0，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比为1：3来表示。

优选地，当主通信单元或从通信单元接收另一个通信单元的所述发送信号时，所述通信方法包括还以下步骤：对所述第二脉冲信号进行解码，生成解码信号；根据所述解码信号，完成对应的操作。

优选地，生成所述解码信号包括以下子步骤：生成时钟信号，所述时钟信号的频率为所述第二脉冲信号频率的8倍；

用所述时钟信号对所述第二脉冲信号中两个相邻的相同跳边沿之间进行采样；对采样到的高电平和低电平分别计数并比较；当在一个所述第二脉冲信号周期中，高电平数量大于低电平的数量，则生成解码信号中的逻辑1；当在一个所述第二脉冲信号周期中，高电平数量小于低电平的数量，则生成所述解码信号中的逻辑0。

优选地，当所述主通信单元向所述从通信单元发送的所述发送指令为写指令时，所述主通信单元发送完所述写指令时，所述主通信单元的接口电路转变为等待发送状态；所述从通信单元接收完所述写指令时，所述从通信单元的接口电路转变为等待接收状态；

当所述主通信单元向所述从通信单元发送的所述发送指令为读指令时，所述主通信单元发送完所述读指令时，所述主通信单元的接口电路转变为等待接收状态；所述从通信单元接收完所述读指令时，所述从通信单元的接口电路转变为等待发送状态。

优选地，当所述主通信单元向所述从通信单元发送的所有的写指令完成后，所述主通信单元再向所述从通信单元发送读指令，用来检查所述写指令对应的写操作是否符合要求。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

1本发明将时钟线和数据线合二为一，有效地降低了通信成本；

2本发明编解码策略简单易实现，选取合适比例可支持主通信单元和从通信单元之间33.3％时钟误差。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为现有技术中的两线制隔离通信的示意图；

图2为本发明实施例一中的单线隔离通信模块的示意图；

图3为本发明实施例一中的单线隔离通信模块的接口电路示意图；

图4为本发明实施例一中单线隔离通信模块的工作波形示意图；

图5为本发明实施例一中的单线隔离通信模块的另一种工作波形示意图；

图6为本发明实施例二中的单线隔离通信系统的一种示意图；

图7为本发明实施例二中的单线隔离通信系统的另一种示意图；

图8为本发明实施例三中的单线隔离通信方法的流程图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

实施例一

如图2所示，本实施例提供一种单线隔离通信模块，包括两个通信单元，分别为主通信单元1和从通信单元2，主通信单元1的参考地GND1和从通信单元2的参考地GND2不共地，主通信单元1和从通信单元2通过一条路径进行数据传递；各个所述通信单元通过生成包含高电平与低电平脉宽关系不同的第一脉冲信号P1来编码发送指令，并通过识别第二脉冲信号P2中高电平与低电平的脉宽关系来解码接收到的数据。

如图2所示，各个通信单元包括接口电路，数字核心电路，编码电路和解码电路；当主通信单元1或从通信单元2工作在发送模式时，所述数字核心电路根据所述发送指令产生基础信号；所述编码电路对所述基础信号进行编码，输出所述第一脉冲信号P1；对应的接口电路处于发送状态，根据所述第一脉冲信号P1输出包含不同逻辑的所述发送信号；当主通信单元1或从通信单元2工作在接收模式时，对应的接口电路处于接收状态，将接收到的所述发送信号转换成所述第二脉冲信号P2；所述解码电路对所述第二脉冲信号P2进行解码，输出所述解码信号；所述数字核心电路根据所述解码信号，完成所述发送指令对应的操作。

所述接口电路包括发送电路和接收电路，所述发送电路在所述接口电路处于发送状态时使能，根据所述发送指令，通过所述路径输出包含不同大小的发送信号；所述发送电路包括开关管，所述开关管的控制端根据其所在的所述接口电路的状态及所述第一脉冲信号P1中的不同电平耦接不同的参考电平，从而控制所述开关管的状态和所述发送信号中的逻辑。主通信单元1和从通信单元2中所述发送电路中的所述开关管的型号不同。

所述接收电路在所述接口电路处于接收状态时使能，通过所述路径接收另一通信单元输出的所述发送信号，并将所述发送信号转换成所述第二脉冲信号P2。

所述接收电路包括接收开关和比较器，根据其所在的所述接口电路的状态控制所述接收开关的通断，当所述接口电路处于接收状态时，所述接收开关导通，使得所述发送信号在所述比较器的第一输入端形成接收电压，所述比较器将所述接收电压和预设电压进行比较，判断另一接口电路发送时选择的所述参考电平，从而输出所述第二脉冲信号P2。

需要说明的是，所述通信单元的组成包括但不限于本实施例的列举，任意能够实现主通信单元1和从通信单元2的接口电路间仅通过一条路径进行数据传递的组成均满足该发明。所述接口电路的组成包括但不限于本实施例的所举例，任意能够实现两个所述接口电路仅通过一条路径进行数据传递的组成均满足该发明。

作为示例，如图3所示，主通信单元1的发送电路11包括第一开关管Q1，所述第一开关管Q1为NPN型三极管，所述第一开关管Q1的输入端发射极连接主通信单元1的参考地GND1；所述第一开关管Q1的控制端M1即源极根据主通信单元1的工作状态及所述第一脉冲信号P1耦接不同的参考电平：参考地GND1，第一参考电平Ref1或第二参考电平Ref2，Ref1>Ref2；当主通信单元1工作在接收模式时，所述发送电路不工作，控制端M1耦接参考地GND1，所述第一开关管Q1关断；当主通信单元1工作在发送模式时，根据接收到的第一脉冲信号P1中的逻辑，使得第一开关管Q1的控制端M1耦接第一参考电平Ref1或第二参考电平Ref2。当所述控制端M1耦接第一参考电平Ref1或第二参考电平Ref2时，所述第一开关管Q1均工作在放大区；从而使得当主通信单元1工作在发送模式时，通过所述控制端M1耦接不同的参考电平，输出包括不同大小的导通电流，所述发送信号即为由所述导通电流组成的信号。从通信单元2的发送电路21包括第二开关管Q2，所述第二开关管Q2为PNP型三极管，所述第二开关管Q2的输入端发射极连接输入电压VDD，所述第二开关管Q2的控制端M2即源极根据从通信单元2的工作状态及所述第一脉冲信号P1中的不同逻辑耦接不同的参考电平：供电电压VDD，第三参考电平Ref3或第四参考电平Ref4，Ref3>Ref4；当从通信单元2工作在接收模式时，发送电路21不工作，控制端M2耦接供电电压VDD，所述第二开关管Q2关断；当从通信单元2工作在发送模式时，根据接收到的第一脉冲信号P1中的逻辑，使得第二开关管Q2的控制端M2耦接第三参考电平Ref3或第四参考电平Ref4。当所述控制端M2耦接第三参考电平Ref3或第四参考电平Ref4时，所述第二开关管Q2均工作在放大区；从而当从通信单元2工作在发送模式时，通过所述控制端M2耦接不同的参考电平，输出包括不同大小的导通电流，即输出包括不同逻辑的所述发送信号。

需要说明的是，当所述接口电路为主通信单元1的接口电路时，所述第一开关管Q1也可为NMOS晶体管，所述第一开关管Q1的源极连接主通信单元1的参考地；当所述接口电路为从通信单元2的接口电路时，所述第二开关管Q2也可以为PMOS晶体管，所述第二开关管Q2的源极连接供电电压VDD。

如图3所示，主通信单元1的接收电路12包括第一电阻R1、第一接收开关S1和第一比较器COMP1，所述第一电阻R1串联在所述第一比较器COMP1的第一输入端和所述第一开关管Q1的发射极级之间，所述第一接收开关S1的一端连接所述第一比较器COMP1的第一输入端，另一端连接所述第一开关管Q1的集电极；根据主通信单元1的工作状态控制所述第一接收开关S1的状态，当主通信单元1工作在发送模式时，所述第一接收开关S1断开；当主通信单元1工作在接收模式时，所述第一接收开关S1导通，从而接收到从通信单元2输出的发送信号。从通信单元2的接收电路22包括第二电阻R2、第二接收开关S2和第二比较器COMP2，所述第二电阻R2串联在所述第二比较器COMP2的第一输入端和所述第二开关管Q2的发射极级之间，所述第二接收开关S2的一端连接所述第二比较器COMP2的第一输入端，另一端连接所述第二开关管Q2的输出端集电极；根据从通信单元2的工作状态控制所述第二接收开关S2的状态，当从通信单元2工作在发送模式时，所述第二接收开关S2断开；当从通信单元2工作在接收模式时，所述第二接收开关S2闭合，从而接收主通信单元1输出的所述发送信号。

如图4所示，当主通信单元1的发送电路11向从通信单元2的接收电路22发送所述的发送指令，当根据所述发送指令生成的第一脉冲信号中为“101”时，主通信单元1的发送电路11中的所述第一开关管Q1根据第一脉冲信号P1中的高电平，控制端M1耦接第一参考电平Ref1，所述第一开关管Q1导通且集电极产生的导通电流为I1；当第一脉冲信号P1中为低电平时，控制端M1耦接第二参考电平Ref2，所述第一开关管Q1导通且集电极产生的导通电流为I2，I1>I2；从通信单元2的接收电路22接收主通信单元1输出的所述导通电流，使得所述导通电流在所述第二比较器COMP2的第一输入端B形成所述第二接收电压VB，第二接收电压VB等于供电电压VDD与接收到的导通电流和第二电阻R2乘积的差值，因为接收的所述导通电流包含I1和I2两种大小，所以所述第二接收电压VB包括两种电平(分别为VDD-R2*I1和VDD-R2*I2)，所述第二比较器COMP2将第二接收电压VB和第二输入端的第二预设电压V2进行比较，判断主通信单元1的第一开关管Q1的控制端M1耦接的所述参考电平是第一参考电平Ref1还是第二参考电平Ref2，从而输出第二脉冲信号P2^，至从通信单元2的解码电路。

如图4所示，当从通信单元2的发送电路21向主通信单元1的接收电路12发送所述的发送指令，当根据所述发送指令生成的第一脉冲信号中为“101”时，从通信单元2的发送电路21中的所述第二开关管Q2根据第一脉冲信号P1中的高电平，控制端M2耦接第三参考电平Ref3，所述第三开关管Q3导通且集电极产生的导通电流为I3；当第一脉冲信号P1中为低电平时，控制端M2耦接第四参考电平Ref4，所述第二开关管Q2导通且产生的集电极电流为I4，I4>I3；主通信单元1的接收电路12接收从通信单元2输出的所述导通电流，使得所述导通电流在所述第一比较器COMP1的第一输入端A形成所述第一接收电压VA，所述第一接收电压VA等于接收到的导通电流和第一电阻R1的乘积，因为接收的所述导通电流包含I3和I4两种大小，所以所述第一接收电压VA包括两种电平(分别为I3*R1和I4*R1)，所述第一比较器COMP1将所述第一接收电压VA和第二输入端的所述第一预设电压V1进行比较，判断从通信单元2的第二开关管Q2的控制端M2耦接的所述参考电平是第三参考电平Ref3还是第四参考电平Ref4，从而输出第二脉冲信号P2至主通信单元1的解码电路。需要说明的是，图4只是为了方便展示，I1与I3、I4的大小关系，I2与I3、I4的大小关系并不限于图4所示，只要能满足I1＞I2，I4＞I3即可。

具体地，所述接口电路根据相应的所述通信单元发送或接收的数据类型的不同，转变其状态。当主通信单元1发送完写指令时，对应的接口电路11转变为等待发送状态；当主通信单元1发送完读指令时，对应的接口电路11转变为等待接收状态。当从通信单元2接收完写指令时，对应的接口电路21转变为等待接收状态；当从通信单元2接收完读指令时，对应的接口电路21转变为等待发送状态。更具体地，当主通信单元1或从通信单元2的接口电路处于等待发送状态时，对应接收电路中的接收开关(主通信单元1为第一接收开关S1，从通信单元2为第二接收开关S2)断开，对应发送电路中的开关管(主通信单元1为第一开关管Q1，从通信单元2为第二开关管Q2)断开；当接口电路处于等待接收状态时，对应接收电路中的开关(主通信单元1为第一接收开关S1，从通信单元2为第二接收开关S2)为导通状态，对应发送电路中的开关管(主通信单元1为第一开关管Q1，从通信单元2为第二开关管Q2)为断开状态。

需要说明的是，主通信单元1负责向从通信单元2发送“读指令”和“写指令”；当主通信单元1和从通信单元2之间没有数据传输时，即在默认状态下，主通信单元1的接口电路处于等待发送状态，从通信单元2的接口电路处于等待接收状态，第一接收开关S1断开，第一开关管Q1断开，即控制端M1耦接主通信单元1的参考地GND1；第二接收开关S2导通；第二开关管Q2断开，即控制端M2耦接供电电压VDD。主通信单元1和从通信单元2的发送电路还可以包括串联在所述开关管的控制端和参考电平之间的电阻，如图3中的第三电阻R3和第四电阻R4，当控制端M1和M2连接的参考电平切换时，用来保护对应的开关管Q1和Q2。另外，主通信单元1和从通信单元2的发送电路和接收电路的组成包括但不限于本实施例的所列举，任意能够实现根据不同的第一脉冲信号P1产生不同逻辑的发送信号的组成均满足该发明；所述接收电路的组成也可以不包括电阻，任意能够使接收到的所述导通电流形成的接收电压和预设电压进行比较的组成，均满足该发明。

具体地，所述编码电路的编码规则为：所述基础信号中的逻辑0与逻辑1对应的第一脉冲信号P1中的高电平与低电平的脉宽之比不同。作为示例，在第一脉冲信号P1的一个周期中，当高电平的脉宽与低电平的脉宽之比小于1时，代表所述基础信号中的逻辑0；当高电平的脉宽与低电平的脉宽之比大于1时，代表所述基础信号中的逻辑1。

更具体地，在本实施例中，主通信单元1和从通信单元2之间的通信是由特殊编码构成，作为示例，每一个上升沿代表一个数据比特的开始，每两个上升沿之间有一个下降沿，下降沿的位置决定了该数据比特代表的是逻辑1还是0。实际应用中，为了降低编码复杂度和减小成本，通常选取2ⁿ倍编码，4倍编码采样数较少，错误率高；16倍编码采样数较多，成本增加多，作为示例，本实施例折中选取8倍编码，以逻辑1为例，高电平的脉宽与低电平的脉宽比例可以分为5:3,3:1,7:1。经数学推算，可得到不同比例下对时钟频率误差的最大支持范围，当高电平的脉宽与低电平的脉宽比例为5:3时，允许的频率误差为±25％；当高电平的脉宽与低电平的脉宽比例为3:1时，允许的频率误差为±33％；当高电平的脉宽与低电平的脉宽比例为7:1时，允许的频率误差为0。

本实施例优先选取允许的频率误差最大的高电平与低电平脉宽的比例为3:1进行编码，所述基础信号中的逻辑1，在第一脉冲信号P1的一个周期中，用高电平与低电平的脉宽之比为3：1来表示；所述基础信号中的逻辑0，在第一脉冲信号P1的一个周期中，用低电平与高电平的脉宽之比为3：1来表示。对应地，如图5所示，主通信单元1和从通信单元2的解码规则为：选用8倍于第二脉冲信号P2频率的时钟信号进行采样，每个时钟信号的上升沿采样一次第二脉冲信号P2，在第二脉冲信号P2的两个相邻上升沿之间比较采样到的高电平和低电平数量。在第二脉冲信号P2的一个周期T中，当采样到的高电平的数量小于低电平的数量时，解码为所述解码信号中的逻辑0；当采样到的高电平的数量大于低电平的数量时，解码为所述解码信号中的逻辑1。

需要说明的是，一个数据比特的开始包括但不限于本实施例中的上升沿(即高电平)，也可以是下降沿(即低电平)，当以下降沿开始时，每两个下降沿之间有一个上升沿，上升沿的位置决定了该数据比特代表的是逻辑1还是0；对应地生成所述解码信号时，可以在第二脉冲信号P2的两个相邻下升沿之间比较采样到的高电平和低电平数量。

实施例二

本实施例提供一种单线隔离通信系统，所述单线隔离通信系统包括N个芯片，相邻两个芯片之间通过实施例一所述的单线隔离通信模块进行通信，其中，N为大于等于2的自然数。实施例一所述单线隔离通信模块适用于一个主通信单元1和一个从通信单元2之间的通信；因为主通信单元1和从通信单元2的发送电路组成不同，当多个芯片之间进行通信时：

第一种方案如图6所示，各个芯片依次串联，其中，第一个芯片包括主通信单元1，用于和第二个芯片进行数据传递；第N个芯片包括从通信单元2，用于和第N-1个芯片进行数据传递；第二个芯片到第N-1个芯片既包括从通信单元2，又包括主通信单元1，分别用于和上一个芯片及下一个芯片进行数据传递。

第二种方案如图7所示，其中一个芯片为主芯片，其余N-1个芯片为从芯片；所述主芯片包括的主通信单元有N-1个接口电路，主芯片的编码电路和解码电路对于各个接口是分时复用的；各个从芯片包括的从通信单元有1个接口电路，所述主芯片通过N-1个接口电路分别和N-1个所述从芯片进行数据传递。

实施例三

本实施例提供一种单线隔离通信方法，应用于主通信单元1和从通信单元2之间的通信，主通信单元1和从通信单元2通过各自的接口电路进行通信，两个所述接口电路仅通过一条路径进行连接，各个所述通信单元通过生成包含跳边沿位置不同的第一脉冲信号来编码发送指令，并通过识别第二脉冲信号中跳变沿的位置来解码接收到的数据。在本实施例中单线隔离通信方法基于实施例一中的单线隔离通信模块进行实现，在实际的单线隔离通信方法的实现方式中包括但不限于基于实施例一所列举，所述单线隔离通信方法的流程图如图8所示，包括以下步骤：

当主通信单元1向从通信单元2发送写指令时，主通信单元1根据要写的指令，依次执行步骤S11～S13，当执行完步骤S11～S13时，主通信单元1的接口电路11转变为等待发送状态；接着从通信单元2依次执行步骤S14～S16，当执行完步骤S14～S16时，从通信单元2的接口电路21转变为等待接收状态；如此完成一次写操作。

当主通信单元1向从通信单元2发送读指令时，主通信单元1根据要读取的指令，依次执行步骤S11～S13；当执行完步骤S11～S13时，主通信单元1的接口电路11转变为等待接收状态；从通信单元2执行步骤S14～S16，从通信单元2执行完步骤S14～S16时，从通信单元2的接口电路21转变为等待发送状态；从通信单元2根据读取到的数据，执行步骤S11～S13，执行完步骤S11～S13时，从通信单元2的接口电路21转变为等待接收状态；主通信单元1执行步骤S14～S16，主通信单元1执行完步骤S14～S16时，主通信单元1的接口电路11转变为等待发送状态；如此完成一次读操作。

S11：数字核心电路产生基础信号；

S12：编码电路对所述基础信号进行编码，产生第一脉冲信号P1；

该步骤S12中产生第一脉冲信号P1的编码规则为：一个编码周期以上升沿开始，在一个编码周期中，所述基础信号中的逻辑1，在所述第一脉冲信号P1中用高电平与低电平的脉宽之比为3：1来表示；所述基础信号中的逻辑0，在所述第一脉冲信号P1中用高电平与低电平的脉宽之比为1：3来表示。需要说明的是，一个编码周期可以以上升沿开始，也可以下降沿开始。

S13：根据第一脉冲信号P1中的不同逻辑，使发送电路中的开关管的控制端耦接不同的参考电平，从而产生包括不同逻辑的发送信号。

S14：接口电路接收所述发送信号，将所述发送信号在比较器的第一端口形成的接收电压和所述比较器的第二端口的预设电压进行比较，判断出接收到的另一通信单元的接口电路发送时选择的所述参考电平，从而输出第二脉冲信号P2；

S15：解码电路对所述第二脉冲信号P2进行解码，产生解码信号；

具体地，该步骤S15包括以下子步骤：

S151：生成时钟信号，所述时钟信号的频率为所述第二脉冲信号P2频率的8倍；

S152：用所述时钟信号对所述第二脉冲信号P2进行采样；

具体地，在步骤S152中，用所述时钟信号的上升沿对所述第二脉冲信号P2中的两个上升沿之间的数据进行采样；但需要说明的是，该步骤包括但不限于采用时钟信号中的上升沿对所述第二脉冲信号P2中的相邻两个上升沿之间的信号进行采样，可以采用时钟信号的任意跳边沿，对第二脉冲信号P2中相邻两个同类型的跳变沿进行采样，任意与步骤S12中的编码规则对应的解码步骤均满足该发明。

S153：对采样到的高电平和低电平分别计数并比较；

S154：当在一个所述第二脉冲信号P2周期T中，高电平数量大于低电平的数量，则生成解码信号中的逻辑1；当在一个所述第二脉冲信号P2周期T中，高电平数量小于低电平的数量，则生成所述解码信号中的逻辑0。

S16：所述核心电路根据所述解码信号，完成对应的操作。

具体地，当主通信单元1向从通信单元2发送的所有写指令完成后，主通信单元1再向从通信单元2发送读指令，用来检查所述写指令对应的写操作是否符合要求。

综上所述，本实施例公开了一种单线隔离通信模块、系统和方法，用于主通信单元1和从通信单元之间2的通信；所述主通信单元1和所述从通信单元2通过一条路径进行数据传递；各个所述通信单元通过生成包含跳边沿位置不同的第一脉冲信号来编码发送指令，并通过识别第二脉冲信号中跳变沿的位置来解码接收到的数据。单线隔离通信系统用于多个芯片的通信，相邻两个芯片之间通过所述单线隔离通信模块进行数据传递。本发明将现有技术中的时钟线和数据线合二为一，有效地降低了通信成本；主通信单元1和从通信单元2之间的通信是由特殊编码构成，本实施例折中选取8倍编码，编解码策略简单易实现，逻辑1以高电平的脉宽与低电平的脉宽比例为3:1表示，逻辑0以高电平的脉宽与低电平的脉宽比例为1:3表示，此时可支持主芯片和从芯片之间33.3％时钟误差。

虽然以上将实施例或实现方式分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例或实现方式之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例或实现方式未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

依照本发明实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (26)

1.一种单线隔离通信模块，其特征在于，所述通信模块包括：

两个通信单元，分别为主通信单元和从通信单元；

所述主通信单元和所述从通信单元通过一条路径进行数据传递；各个所述通信单元通过生成包含高电平与低电平的脉宽关系不同的第一脉冲信号来编码发送指令，并通过识别第二脉冲信号中高电平与低电平的脉宽关系来解码接收到的数据。

2.根据权利要求1所述的通信模块，其特征在于：每个通信单元均包括接口电路，所述接口电路根据相应的所述通信单元发送或接收的数据类型的不同，转变其状态。

3.根据权利要求2所述的通信模块，其特征在于：当所述主通信单元发送完写指令时，所述接口电路转变为等待发送状态；当所述主通信单元发送完读指令时，所述接口电路转变为等待接收状态。

4.根据权利要求2所述的通信模块，其特征在于：当所述从通信单元接收完写指令时，所述接口电路转变为等待接收状态；当所述从通信单元接收完读指令时，所述接口电路转变为等待发送状态。

5.根据权利要求2所述的通信模块，其特征在于：所述接口电路包括发送电路和接收电路，

所述发送电路在所述接口电路处于发送状态时使能，根据所述发送指令，通过所述路径输出包含不同逻辑的发送信号；

所述接收电路在所述接口电路处于接收状态时使能，通过所述路径接收另一通信单元输出的所述发送信号，并将所述发送信号转换成所述第二脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的通信模块，其特征在于：所述发送电路包括开关管，所述开关管的控制端根据其所在的所述接口电路的状态及所述第一脉冲信号中的不同电平耦接不同的参考电平，从而控制所述开关管的状态和所述发送信号中的逻辑。

7.根据权利要求6所述的通信模块，其特征在于：所述主通信单元和所述从通信单元中所述发送电路中的所述开关管的型号不同。

8.根据权利要求6所述的通信模块，其特征在于：所述接收电路包括接收开关和比较器，根据其所在的所述接口电路的状态控制所述接收开关的通断，当所述接口电路处于发送状态时，所述接收开关断开；当所述接口电路处于接收状态时，所述接收开关导通，使得所述发送信号在所述比较器的第一输入端形成接收电压，所述比较器将所述接收电压和预设电压进行比较，判断另一接口电路发送时选择的所述参考电平，从而输出所述第二脉冲信号。

9.根据权利要求8所述的通信模块，其特征在于：当所述接口电路处于等待发送状态时，对应接收电路中的所述接收开关断开，对应发送电路中的所述开关管断开；当接口电路处于等待接收状态时，对应接收电路中的所述接收开关导通，对应发送电路中的所述开关管断开。

10.根据权利要求5所述的通信模块，其特征在于：每个所述通信单元还包括数字核心电路，编码电路和解码电路；

当所述主通信单元或所述从通信单元工作在发送模式时，所述数字核心电路根据所述发送指令产生基础信号；所述编码电路对所述基础信号进行编码，输出所述第一脉冲信号；对应的所述接口电路处于发送状态，根据所述第一脉冲信号输出包含不同逻辑的所述发送信号；

当所述主通信单元或所述从通信单元工作在接收模式时，对应的接口电路处于接收状态，将接收到的所述发送信号转换成所述第二脉冲信号；所述解码电路对所述第二脉冲信号进行解码，输出解码信号；所述数字核心电路根据所述解码信号，完成所述发送指令对应的操作。

11.根据权利要求10所述的通信模块，其特征在于：所述编码电路的编码规则为：所述基础信号中的逻辑0与逻辑1对应的所述第一脉冲信号中的高电平与低电平的脉宽之比不同。

12.根据权利要求11所述的通信模块，其特征在于：在一个编码周期中，所述基础信号中的逻辑1，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比大于1来表示；所述基础信号中的逻辑0，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比小于1来表示。

13.根据权利要求12所述的通信模块，其特征在于：所述编码电路采用8倍频编码，在一个编码周期中，所述基础信号中的逻辑1，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比为3：1来表示；所述基础信号中的逻辑0，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比为1：3来表示。

14.根据权利要求12所述的通信模块，其特征在于：所述解码电路的解码规则为：在所述第二脉冲信号的一个周期中，当采样到的高电平的数量小于低电平的数量时，解码为所述解码信号中的逻辑0；当采样到的高电平的数量大于低电平的数量时，解码为所述解码信号中的逻辑1。

15.根据权利要求1-14任意一项所述的通信模块，其特征在于：所述主通信单元和所述从通信单元的参考地不共地。

16.一种单线隔离通信系统，其特征在于：包括N个芯片，相邻两个芯片之间通过权利要求1-15任意一项所述的单线隔离通信模块进行数据传递，其中，N为大于等于2的自然数。

17.根据权利要求16所述的单线隔离通信系统，其特征在于：各个芯片依次串联，其中，第一个芯片包括主通信单元，用于和第二个芯片进行数据传递；第N个芯片包括从通信单元，用于和第N-1个芯片进行数据传递；第二个芯片到第N-1个芯片既包括所述从通信单元，又包括所述主通信单元，分别用于和上一个芯片及下一个芯片进行数据传递。

18.根据权利要求16所述的单线隔离通信系统，其特征在于：其中一个芯片为主芯片，其余N-1个芯片为从芯片；所述主芯片包括的主通信单元有N-1个接口电路，所述从芯片包括的从通信单元有1个接口电路，所述主芯片通过N-1个接口电路分别与N-1个所述从芯片进行数据传递。

19.一种单线隔离通信方法，其特征在于：应用于主通信单元和从通信单元之间的通信，所述主通信单元和所述从通信单元通过一条路径进行数据传递；各个所述通信单元通过生成包含跳边沿位置不同的第一脉冲信号来编码发送指令，并通过识别第二脉冲信号中跳变沿的位置来解码接收到的数据。

20.根据权利要求19所述的单线隔离通信方法，其特征在于，所述通信方法包括以下步骤：

当所述主通信单元或从通信单元向另一个通信单元发送所述发送指令时，对应通信单元的接口电路根据所述第一脉冲信号中的不同逻辑选择不同的参考电平，生成包括不同逻辑的发送信号；

当所述主通信单元或从通信单元接收另一个通信单元的所述发送信号时，对应通信单元的接口电路将所述发送信号形成的接收电压和预设电压进行比较，判断出接收到的另一通信单元的接口电路发送时选择的所述参考电平，从而输出所述第二脉冲信号。

21.根据权利要求20所述的单线隔离通信方法，其特征在于：当主通信单元或从通信单元向另一个通信单元发送所述发送指令时，所述通信方法包括还以下步骤：

根据所述发送指令，产生基础信号；

对所述基础信号进行编码，产生第一脉冲信号。

22.根据权利要求21所述的单线隔离通信方法，其特征在于：生成所述第一脉冲信号的编码规则为：在一个编码周期中，所述基础信号中的逻辑1，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比为3：1来表示；所述基础信号中的逻辑0，在所述第一脉冲信号中用高电平与低电平的脉宽之比为1：3来表示。

23.根据权利要求20所述的单线隔离通信方法，其特征在于，当主通信单元或从通信单元接收另一个通信单元的所述发送信号时，所述通信方法包括还以下步骤：

对所述第二脉冲信号进行解码，生成解码信号；

根据所述解码信号，完成对应的操作。

24.根据权利要求23所述的单线隔离通信方法，其特征在于：生成所述解码信号包括以下子步骤：

生成时钟信号，所述时钟信号的频率为所述第二脉冲信号频率的8倍；

用所述时钟信号对所述第二脉冲信号中两个相邻的相同跳边沿之间进行采样；

对采样到的高电平和低电平分别计数并比较；

当在一个所述第二脉冲信号周期中，高电平数量大于低电平的数量，则生成解码信号中的逻辑1；当在一个所述第二脉冲信号周期中，高电平数量小于低电平的数量，则生成所述解码信号中的逻辑0。

25.根据权利要求20所述的单线隔离通信方法，其特征在于：当所述主通信单元向所述从通信单元发送的所述发送指令为写指令时，所述主通信单元发送完所述写指令时，所述主通信单元的接口电路转变为等待发送状态；所述从通信单元接收完所述写指令时，所述从通信单元的接口电路转变为等待接收状态；

当所述主通信单元向所述从通信单元发送的所述发送指令为读指令时，所述主通信单元发送完所述读指令时，所述主通信单元的接口电路转变为等待接收状态；所述从通信单元接收完所述读指令时，所述从通信单元的接口电路转变为等待发送状态。

26.根据权利要求25所述的单线隔离通信方法，其特征在于，当所述主通信单元向所述从通信单元发送的所有的写指令完成后，所述主通信单元再向所述从通信单元发送读指令，用来检查所述写指令对应的写操作是否符合要求。

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