CN117319124A - 耦合模块、数据传输装置和切换方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种耦合模块、数据传输装置和切换方法。所述模块包括：定向耦合器、切换单元和第一电阻；所述定向耦合器，其第一端与总线的线缆连接，第二端与所述切换单元的输入端连接，第三端与至少一个从节点连接；所述切换单元，其第一输出端与总线的线缆连接，第二输出端与所述第一电阻串联连接；所述切换单元的控制端接入外部输入的电压信号，并根据所述电压信号将所述切换单元的输出通道切换至第一输出端或第二输出端。本申请通过在耦合模块中设置与定向耦合器和从节点电气连接的切换单元，在总线上有定向耦合器和从节点脱落时，自动匹配总线的电阻，以避免总线上的信号因缺少终端电阻而产生严重的反射，导致剩余总线不能正常工作的情况发生。

Description

耦合模块、数据传输装置和切换方法

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种耦合模块、数据传输装置和切换方法。

背景技术

请参阅图1，高速总线的拓扑结构如图1所示，主要包括通过线缆依次连接的主控节点、多个定向耦合器和终端电阻Rd，其中，各定向耦合器对应连接有至少一个从节点，上述拓扑结构构成通信网络。

该网络的各节点都固定不变地接入网络中时，总线能正常工作。当有从节点和对应的定向耦合器从总线上脱落时，剩余总线因为缺少终端匹配电阻，导致总线上的信号因缺少终端电阻而产生严重的反射，扰乱了剩余总线上的信号，最终导致剩余总线不能正常工作。

因此，如何在总线上有耦合模块脱落的情况下，剩余总线的电阻仍处于匹配状态，成为急需解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种耦合模块、数据传输装置和切换方法，用于解决传统技术中在总线上有耦合模块脱落的情况下，因缺少终端电阻而产生严重的反射，导致剩余总线不能正常工作的问题。

第一方面，本申请提供了一种耦合模块。所述模块包括：定向耦合器、切换单元和第一电阻；

所述定向耦合器，其第一端与总线的线缆连接，第二端与所述切换单元的输入端连接，第三端与至少一个从节点连接；

所述切换单元，其第一输出端与总线的线缆连接，第二输出端与所述第一电阻串联连接；

所述切换单元的控制端接入外部输入的电压信号，并根据所述电压信号将所述切换单元的输出通道切换至第一输出端或第二输出端。

在其中一个实施例中，所述切换单元包括继电器；

所述继电器的控制端接入外部输入的电压信号；

所述继电器的第一引脚和第二引脚作为所述切换单元的输入端，与所述定向耦合器的第二端连接；

所述继电器的第四引脚和第六引脚作为所述切换单元的第一输出端，与总线的线缆连接；

所述继电器的第三引脚和第五引脚作为所述切换单元的第二输出端，与所述第一电阻串联连接。

在其中一个实施例中，所述切换单元还包括保护子单元，所述保护子单元串接在所述继电器的控制端的正级和负极之间。

在其中一个实施例中，所述保护子单元包括第二电阻、第一二极管和第二二极管；

所述第二电阻的一端分别与所述继电器的控制端的负极连接，另一端与所述第一二极管的正极连接；

所述第一二极管的负极分别与所述继电器的控制端的正级、以及所述第二二极管的负极连接；

所述第二二极管的正极与所述电压信号的正极连接。

第二方面，本申请还提供了一种数据传输装置，其特征在于，所述装置包括：主控节点、多个从节点和多个第一方面中任一项所述的耦合模块，且各所述耦合模块连接有至少一个从节点；

所述主控节点和各所述耦合模块通过线缆依次连接；

所述主控节点，用于在将第M个从节点从总线上脱落前，根据所述第M个从节点在总线的位置，输出电压信息至第M-1个从节点，以使所述第M-1个从节点根据所述电压信息输出相应的电压信号至第M-1个所述耦合模块的切换单元；

其中，M为大于等于2的自然数。

在其中一个实施例中，所述装置还包括终端电阻；所述终端电阻的一端与第M个所述耦合模块的输出端连接，另一端接地。

在其中一个实施例中，所述终端电阻的阻值和第一电阻的阻值相同。

第三方面，本申请还提供了一种切换方法，应用于第二方面中所述的数据传输装置，所述方法包括：

主控节点按照预先设定，根据待脱落的第M个从节点在总线的位置，输出电压信息至第M-1个从节点；

所述第M-1个从节点，根据所述电压信息输出相应的电压信号至第M-1个耦合模块的切换单元的控制端，以使第M-1个耦合模块的切换单元切换至第一输出端或第二输出端；其中，M为大于等于2的自然数。

在其中一个实施例中，所述主控节点按照预先设定，根据待脱落的第M个从节点在总线的位置，输出电压信息至第M-1个从节点，包括：

若第M个从节点为非总线末端节点，则输出第一电压信息至所述第M-1个从节点；

若第M个从节点为总线末端节点，则输出第二电压信息至所述第M-1个从节点。

在其中一个实施例中，所述第M-1个从节点，根据所述电压信息输出相应的电压信号至第M-1个耦合模块的切换单元的控制端，包括：

所述第M-1个从节点解析所述电压信息，若所述电压信息为第一电压信息，则输出第一电压；若所述电压信息为第二电压信息，则输出第二电压；

其中，所述第一电压和所述第二电压的电压值对应设置，若所述第一电压为低电平，则所述第二电压为高电平，反之亦然。

上述耦合模块、数据传输装置和切换方法，至少具有以下优点：

本申请通过在耦合模块中设置与定向耦合器和从节点电气连接的切换单元，在总线上有定向耦合器和从节点脱落时，自动匹配总线的电阻，以避免总线上的信号因缺少终端电阻而产生严重的反射，导致剩余总线不能正常工作的情况发生。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。

图1为传统技术中一种高速总线的拓扑结构；

图2为一个实施例中耦合模块的结构框图；

图3为一个实施例中耦合模块的结构示意图；

图4为一个实施例中数据传输装置的结构框图；

图5为一个实施例中切换方法的流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件和另一个元件区分开。例如，在不脱离本申请的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图2，在一些实施例中，本申请提供了一种耦合模块，包括：定向耦合器、切换单元和第一电阻。

定向耦合器，包括三路连接端口，其中，第一端为输入端，该输入端作为耦合模块的输入端，通过线缆与前一个耦合模块的输出端连接，当该定向耦合器所属的耦合模块为总线拓扑结构中第一个耦合模块时，该定向耦合器通过线缆与主控节点连接。定向耦合器的第二端为第一输出端，与切换单元的输入端连接；定向耦合器的第三端为第二输出端，与对应的从节点的输入端连接。

切换单元，包括控制端、输入端和输出端，切换单元的输入端与定向耦合器的第一输出端连接。切换单元的输出端包括第一输出端和第二输出端，其中，切换单元的第一输出端作为耦合模块的输出端，与后一个耦合模块的输入端连接；或当该切换单元所属的耦合模块为总线拓扑结构中最后一个耦合模块时，该切换单元的第一输出端通过线缆与终端电阻连接。切换单元的第二输出端与第一电阻串联连接。切换单元的控制端与外部输入的电压信号连接，根据电压信号的变化，切换至第一输出端或第二输出端。示例性地，本实施例中的电压信号由从节点提供。例如针对耦合模块M-1，其切换单元控制端接入的电压信号由与耦合模块M-1连接的从节点M-1提供。进一步地，在该电压信号为第一电压时，切换至切换单元的第一输出端，在该电压信号为第二电压时，切换至切换单元的第二输出端。本实施例中，切换单元的输出端的初始状态为第一输出端，则此时第一电压为低电平，相应地，第二电压为高电平。实际连接时，可根据需要调整切换单元的管脚连接方式，则此时第一电压可相应设置为高电平，第二电压为低电平。

进一步地，与定向耦合器连接的从节点，包括输入端和电源端，其中，从节点的输入端与定向耦合器的第三输出端连接，用于实现定向耦合器和从节点之间的信号传输。从节点的电源端与切换单元的控制端连接，用于根据外部传输的脱落指令为切换单元提供合适的工作电压。

应理解，上述定向耦合器和从节点的输入端、输出端均用于实现信号的传输，本实施例中的输入端和输出端仅为方便说明耦合模块的结构，并不代表实际的信号传输方向。示例性地，在定向耦合器和从节点之间的信号传输过程中，若信号从定向耦合器传输至从节点，则此时信号从定向耦合器的第三输出端传输至从节点的输入端；若信号从从节点传输至定向耦合器，则此时信号从从节点的输入端传输至定向耦合器的第三输出端。

需要说明的是，上述定向耦合器通过线缆连接至总线上，用于实现多个设备之间的信号传输，这些设备可以是分布在不同位置的节点，其中，一个节点被定义为主控节点，其余节点被定义为从节点，主控节点通过总线与从节点通信，而与各从节点电气连接的定向耦合器用于实现信号的分配和传输。进一步地，上述实施例中的定向耦合器和从节点对应设置，实际应用中，一个定向耦合器可对应多个从节点，实现多个从节点之间的信号分配和选择。

请参阅图3，可选地，切换单元包括继电器K1。

继电器K1的控制端接入外部输入的电压信号。示例性地，本实施例中耦合模块M-1的继电器K1的控制端，与耦合模块M-1的从节点M-1的电源输出端连接。

针对耦合模块M-1的继电器K1，其第一引脚和第二引脚作为切换单元的输入端，与定向耦合器M-1的第一输出端连接；第三引脚、第四引脚、第五引脚和第六引脚作为耦合模块M-1的输出端，与后端的耦合模块M的输入端连接，其中，第四引脚和第六引脚构成切换单元的第一输出端，第三引脚和第五引脚构成切换单元的第二输出端；进一步地，当继电器K1的控制端接收到从节点M-1输出的第一电压时，继电器K1切换至第一输出端，则此时第一引脚、第二引脚、第四引脚和第六引脚构成继电器K1的第一通道，第一通道的一端与定向耦合器M-1的第一输出端连接，另一端通过线缆与耦合模块M的输入端连接。当继电器K1的电源端接收到从节点M-1输出的第二电压时，继电器K1切换至第二输出端，则此时第一引脚、第二引脚、第三引脚和第五引脚构成继电器K1的第二通道，第二通道的两端与第一电阻串联R1连接。采用这种结构，继电器可根据从节点M-1输出的工作电压，切换至第一输出端，以使耦合模块M-1实现耦合模块M-2和耦合模块M之间的信号传输；或切换至第二输出端，以使耦合模块M-1连接至第一电阻R1。进一步地，从节点输出的第一电压或第二电压，是根据主控节点输出的脱落指令确定的。

需要说明的是，该第一电阻R1的阻值关联于总线线缆的特征阻抗，即总线上连接的终端电阻Rd。本实施例中，第一电阻R1的阻值与端电阻Rd的阻值相同。

请继续参阅图3，可选地，切换单元还包括保护子单元，保护子单元串接在继电器的控制端的正极和负极之间。应理解，继电器的控制端、以及从节点的电源输出端均具有正极和负极，其中，正极用于连接正电源，负极用于接地。

可选地，保护子单元包括第二电阻R2、第一二极管D1和第二二极管D2。

第二电阻R2的一端分别与继电器控制端的负极GND、以及从节点电源输出端的负极连接；第二电阻R2的另一端与第一二极管D1的正极连接；第一二极管D1的负极分别与继电器控制端的正极VCC和第二二极管D2的负极连接；第二二极管D2的正极与从节点电源输出端的正极连接。采用这种结构，通过调整第二电阻R2的阻值，可限制继电器线圈两端的电流大小；同时接入两个二极管，也可防止电路中的反向电压或过压造成的损坏。

上述耦合模块，在定向耦合器的输出端设置切换单元，且采用本级从节点为本级切换单元提供工作电压，可在后级从节点脱落时，本级切换单元根据本级从节点输出的不同电压值，切换至第一通道，以实现前后两个耦合模块的信号传输；或切换至第二通道，与第一电阻连接。从而在总线上有定向耦合器和从节点脱落时，总线电阻仍处于匹配状态，确保剩余总线的正常工作。

请参阅图4，在一些实施例中，本申请还提供一种数据传输装置，包括：主控节点、终端电阻、多个从节点和多个上述实施例中提供的耦合模块，该耦合模块包括定向耦合器、切换单元和第一电阻。其中，定向耦合器、切换单元和第一电阻之间的连接关系和结构在上述实施例中进行了详细说明，为节省篇幅，此处不再赘述。

继续说明，各耦合模块相互串联，串联后的一端与主控节点连接，另一端与终端电阻的一端连接，终端电阻的另一端接地。

主控节点和各耦合模块通过线缆依次连接。每个从节点在总线上均具有唯一的地址，主控节点根据该地址，通过定向耦合器与该从节点进行信号传输。

具体地说，主控节点根据预先设定，在第一时刻将第M个定向耦合器、以及与该定向耦合器连接的第M个从节点从总线上脱落，为方便表述，以下记为定向耦合器M和从节点M。主控节点在将指定的定向耦合器M和与其连接的从节点M从总线上脱落前，输出电压信息至与定向耦合器M-1连接的从节点M-1。从节点M-1接收到电压信息后，根据该电压信息输出相应的电压信号至耦合模块M-1的切换单元的控制端，以使切换单元在定向耦合器M和从节点M脱落后切换至第二通道，与第一电阻连接。这样总线上连接有第一电阻，从而避免因缺少终端电阻而产生严重的反射，导致剩余总线不能正常工作的情况发生。

应理解，该第一电阻的阻值关联于总线线缆的特征阻抗，且等效于总线上连接的终端电阻，该特征阻抗在系统设计阶段确定。

请参阅图5，在一些实施例中，本申请还提供一种切换方法，该切换方法应用于上述实施例中的数据传输装置，包括：

步骤S502，主控节点按照预先设定，根据待脱落的第M个从节点在总线的位置，输出电压信息至第M-1个从节点。

步骤S504，第M-1个从节点，根据电压信息输出相应的电压信号至第M-1个耦合模块的切换单元的控制端，以使第M-1个耦合模块的切换单元切换至第一输出端或第二输出端；其中，M为大于等于2的自然数。

具体地说，主控节点可根据需要，预先设定各耦合模块的脱落时间。示例性地，若在第一时刻，需要将目标从节点，例如从节点M脱落，则主控节点在第一时刻之前，根据从节点M的地址，将电压信息发送至从节点M-1对应的定向耦合器M-1，定向耦合器M-1再将该电压信息分发至与其连接的从节点M-1，以使从节点M-1输出对应的电压信号。应理解，本实施例中为方便说明，仅给出了一个从节点，实际应用中，一个定向耦合器可以对接多个从节点，定向耦合器按照约定将接收的信号分发至各从节点。

可选地，主控节点按照预先设定，根据待脱落的第M个从节点在总线的位置，输出电压信息至第M-1个从节点，包括：

若第M个从节点为非总线末端节点，则输出第一电压信息至第M-1个从节点；

若第M个从节点为总线末端节点，则输出第二电压信息至第M-1个从节点。

可选地，第M-1个从节点，根据电压信息输出相应的电压信号至第M-1个耦合模块的切换单元的控制端，包括：

第M-1个从节点解析电压信息，若电压信息为第一电压信息，则输出第一电压；若电压信息为第二电压信息，则输出第二电压；

其中，第一电压和第二电压的电压值对应设置，若第一电压为低电平，则第二电压为高电平，反之亦然。

本实施例中，为了节省电源，初始状态下继电器的动触点位于第一通道，该第一通道用于连接耦合模块M-1的定向耦合器和耦合模块M的定向耦合器，以实现两个耦合模块的信号传输，此时总线处于正常工作状态。因此，在初始状态下，从节点M-1输出第一电压至耦合模块M-1的切换单元的控制端，该第一电压为低电平。

为了使得本领域技术人员充分理解本申请，以下对本申请的检测方法的步骤进行详细说明：

本申请的主控节点预先设定各从节点和定向耦合器的脱落时间，针对待脱落的从节点M，主控节点先根据从节点M的地址，通过定向耦合器M传输脱落指令至从节点M，从节点M响应于该脱扣指令从总线上脱落。

进一步地，从节点M执行脱落指令之前，主控节点还根据从节点M在总线上的位置，输出电压信息至从节点M-1，从节点M-1解析该电压信息，当电压信息为第一电压信息时，即待脱落的从节点M尚未脱落，输出低电平的电压信号至耦合模块M-1的切换单元的控制端，以使耦合模块M-1的切换单元处于第一通道，与后级的耦合模块连接；当电压信息为第二电压信息时，即待脱落的从节点M已经脱落，输出高电平的电压信号至耦合模块M-1的切换单元的控制端，以使耦合模块M-1的切换单元处于第二通道，与第一电阻连接，以维持总线电阻继续处于匹配状态，确保剩余总线的正常工作。

应该理解的是，虽然如上所述的各实施方法即可用于图3定向耦合器2输出端口在连接耦合器M和R1电阻之间的切换，也可用于定向耦合器3输出端口（C+/C-）在连接从节点和R1电阻之间的切换。

应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种耦合模块，其特征在于，所述模块包括：定向耦合器、切换单元和第一电阻；

所述定向耦合器，其第一端与总线的线缆连接，第二端与所述切换单元的输入端连接，第三端与至少一个从节点连接；

所述切换单元，其第一输出端与总线的线缆连接，第二输出端与所述第一电阻串联连接；

所述切换单元的控制端接入外部输入的电压信号，并根据所述电压信号将所述切换单元的输出通道切换至第一输出端或第二输出端。

2.根据权利要求1所述的耦合模块，其特征在于，所述切换单元包括继电器；

所述继电器的控制端接入外部输入的电压信号；

所述继电器的第一引脚和第二引脚作为所述切换单元的输入端，与所述定向耦合器的第二端连接；

所述继电器的第四引脚和第六引脚作为所述切换单元的第一输出端，与总线的线缆连接；

所述继电器的第三引脚和第五引脚作为所述切换单元的第二输出端，与所述第一电阻串联连接。

3.根据权利要求2所述的耦合模块，其特征在于，所述切换单元还包括保护子单元，所述保护子单元串接在所述继电器的控制端的正级和负极之间。

4.根据权利要求3所述的耦合模块，其特征在于，所述保护子单元包括第二电阻、第一二极管和第二二极管；

所述第二电阻的一端分别与所述继电器的控制端的负极连接，另一端与所述第一二极管的正极连接；

所述第一二极管的负极分别与所述继电器的控制端的正级、以及所述第二二极管的负极连接；

所述第二二极管的正极与所述电压信号的正极连接。

5.一种数据传输装置，其特征在于，所述装置包括：主控节点、多个从节点和多个权利要求1-4中任一项所述的耦合模块，且各所述耦合模块的定向耦合器连接有至少一个从节点；

所述主控节点和各所述耦合模块通过线缆依次连接；

所述主控节点，用于在将第M个从节点从总线上脱落前，根据所述第M个从节点在总线的位置，输出电压信息至第M-1个从节点，以使所述第M-1个从节点根据所述电压信息输出相应的电压信号至第M-1个所述耦合模块的切换单元；

其中，M为大于等于2的自然数。

6.根据权利要求5所述的数据传输装置，其特征在于，所述装置还包括终端电阻；所述终端电阻的一端与第M个所述耦合模块的输出端连接，另一端接地。

7.根据权利要求6所述的数据传输装置，其特征在于，所述终端电阻的阻值和第一电阻的阻值相同。

8.一种切换方法，其特征在于，应用于权利要求5-7中任一项所述的数据传输装置，所述方法包括：

主控节点按照预先设定，根据待脱落的第M个从节点在总线的位置，输出电压信息至第M-1个从节点；

所述第M-1个从节点，根据所述电压信息输出相应的电压信号至第M-1个耦合模块的切换单元的控制端，以使第M-1个耦合模块的切换单元切换至第一输出端或第二输出端；其中，M为大于等于2的自然数。

9.根据权利要求8所述的切换方法，其特征在于，所述主控节点按照预先设定，根据待脱落的第M个从节点在总线的位置，输出电压信息至第M-1个从节点，包括：

若第M个从节点为非总线末端节点，则输出第一电压信息至所述第M-1个从节点；

若第M个从节点为总线末端节点，则输出第二电压信息至所述第M-1个从节点。

10.根据权利要求9所述的切换方法，其特征在于，所述第M-1个从节点，根据所述电压信息输出相应的电压信号至第M-1个耦合模块的切换单元的控制端，包括：

所述第M-1个从节点解析所述电压信息，若所述电压信息为第一电压信息，则输出第一电压；若所述电压信息为第二电压信息，则输出第二电压；

其中，所述第一电压和所述第二电压的电压值对应设置，若所述第一电压为低电平，则所述第二电压为高电平，反之亦然。