CN1190829A - 带有信息通路失效隔离的信息通路重发器 - Google Patents

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Abstract

通讯网络中的重发器具有使通过重发器到网络的指示失效的信号的传输不起作用的隔离电路。可再次触发的一击电路随着由高到低信号变换开始定时。在指定的时间间隔内缺少第二变换时,一击电路触发取决于输入信号逻辑电平的双稳产生通过一逻辑门的启动信号以选择性地允许和切断到重发器电路输入的信号的传送。

Description

带有信息通路失效隔离的信息通路重发器
本发明一般是关于计算机通讯网络，更具体而言，是关于提供识别网络分枝失效及电气地把失效的分枝与网络的其余部分分隔开来的CAN为基础的网络的重复器。
计算机通讯网络一般在大量独立的计算站或在确定的区域例如建筑物或工厂内的诸装置中提供相互联接。在较高的数率下，这些网络典型地使用拓扑，其中的长线性信息通路具有连接在其上面的大量的相对短的分枝以达到减少由于长分枝的阻抗失配而发生的信号反射，每一分枝具有一个或多个计算机或连接在其上的诸装置，在网络任何分枝上的任何站中传送的信号在信息通路上传播和能被任何一个或所有其它站接收。在这种类型网络传送的诸信号一般是以逻辑高或低的诸位的“小包”形式表示，这些小包包括以所属技术领域的技术人员公知的方式使用的例如传送地址和目的站的信息以完成信息的传送。
在相互连接的装置在物理上具有相互分离开的，例如在工业控制环境及连接的装置可以扩展到大的制造工厂的地板的网络应用的情况下，这要使用显著量的附加电缆以确定线性信息通路到每一个装置以完成短的分枝长度。然而，如果相对长分枝线被使用连接所有的诸装置以减少所需的电缆量，由于信号的反射将发生传送信号的显著的变坏，减少由于信号变坏和网络拓扑上的反射造成的限制结果和同时维持显著的信号完整性的一个方法就是使用重复器。这些装置放大和重构通过它们的传送的信号。然而，这就意味着，失效和各种信号失真也被放大，这样就毁坏了网络其它部分的信号的传输。
本发明的电路提供了与控制器区域网络(CAN)协议相一致操作的网络重发器电路。CAN是串连通讯协议，它支持分布式实时控制和多路复用带有公开返回作为物理介质的差分驱动2路信息通路线。除了提供通常的重发器功能外，本重发器电路包括控制地使重发器失效的隔离电路，以此防止网络上指示失效的信号的进一步传送，例如，这可以通过使信号传输被短接到电源或地实现。基于要被在CAN为基础的网络上传送的信息的所需结构，只要信号占优势的(低)多于13位次，就假定信号出错或失效。
本发明的隔离电路有选择地使这样指示失效信号到重发器电路的接收输入的通路失效。一可触发的尝试开始了每一个信号从高到低逻辑电平的定时。如果在等于13位次的时间间隔内第二个这样由高到低的传送并不发生，一尝试发送一脉冲到仅由输入信号为低触发的可重置双稳。对该触发的响应是，该双稳产生一输出信号，该输出信号使通过逻辑门的传送到重发器的信号传送失效。
因此，除了重发器电路本身提供的上述讨论的优于通常的重发器外，失效隔离电路附加提供个识别信号失效和把段传送失效信号从网络的其余部分隔离开来。进而，第一转换通过隔离电路而没有由于一尝试电路引入的附加的延迟，因此提供个失效的隔离而对信号的传播时间有最小的影响，重发器和相关的失效隔离电路小到可以放进物理使用的T(tee)型或连机连接器内，及电气地加入到两段电缆的连接处。
参考附图的下述的描述将使本发明的这些和其它特点和优点更加明显。
图1是内锁定CAN信息通路重发器的电气示意图。
图2示意地给出了带有失效识别和隔离电路的图1示出的内锁定重发器。
图3示意地给出了在优选网络连接器实施例内的图1和图2示出的部件。
图4示例类似于图3，它给出了替换的优选网络连接器的实例。
现翻到附图，特别是参看图1，CAN为基础的网络的内锁定重发器电路一般用20表示。由于CAN为基础的网络使用提供双向数据通讯能力的具有一对数据传输线的信息通路，重发器电路也提供防止由于环路返回造成的锁定情况(即从重发器的另一侧接收它自己的信号返回)。
内锁定重发器10包括线段TXA和TXB，用于传送重发的信号分别到CAN网络传输线A和B上。在RXA接收的信号通过反相器U5C到AND(与)门U6A的输入端2和通过OR(或)门UTC到AND门U6D的输入端5。它也是AND门U6C的两端点9和10的输入，U6C的输出端连接到延迟单元22。延迟单元22包括与二极管D1相关连的电阻R0，它们两者通过电容CO连到地，从单元22出来的信号被反相器U5E反相和送到OR门U4B的输入端4。
在RXB接收的进入的信号类似地通过镜象电路。在RXB的输入通过OR门U4A到AND门U6A的输入端1，并在此与反相的RXA执行逻辑AND操作。如果两个信号是逻辑高，在AND门U6A的端3上的高输出通过OR门U4B和U4A，以在TXA上随后的再传送。该同样接收的信号也通过AND门U6B和如单元22配置的延迟单元24和在U5B反相。反相的信号通过OR门UTD和U7C以在TXB上重新传送。
这样，内锁定重发器电路20提供如下的函数：
TXA＝RXB+ TXB+TXA· RXA
TXA＝ RXB·TXB( TXA+RXA)
TXB＝RXA+ TXA+TXB· RXB
TXB＝ RXA·TXA( TXB+RXB)
因此，在TXA上传送是在RXB上接收的启动的任何时间信号，或任何时间TXB并不在传送，或当TXA在传送(延迟信号)时，而同时信号并不进入到RXA上，反过来对于在TXB上的传送也是真的。
现翻到图2，这里示出了与本发明的失效检测和隔离电路部件26和28相连接的重发器20。由于隔离电路26和28相对于CAN重发器20是相互镜象，在此只对电路26进行详细描述。进而，这里仅希望包括在特定网络实施中的仅一个失效隔离电路，在这种情况下，电路26或28的任一个将在下面更详细地加以描述。
隔离电路26包括具有连接电容C1和电阻R1的输入端T的可再触发的单触发电路(尝试)U2，以此最好由CAN重发器逻辑电流从获得的电压Vc。Vc通过电阻R2也连接到单触发电路U2的重置输入端R也连接到可重置的双稳U3，该电路R2是偏置电阻用于限制在高输入加到单触发电路U2的电流。
在传输线A上接收的输入信号传送到单触发电路U2的输入端B和双稳U3的重置输入端R。U3的输入端C连接到单触发电路U2的反相输出Q。和输入线一样，U3的输出Q连接到负AND门UTB。U3的Q通过门UTA与在输入线A上接收的信号进行逻辑或，而或门UTA的输出通过串连连接的发光二极管LED1和电阻R5接到电源Vc。
在线A上进入隔离电路26的信号在单触发电路U2的反相触发输入端B被接收。主要信号依照CAN协议进入低时将触发单触发电路以开始定时功能。在单触发电路U2缺少时间的情况下，单触发电路U2的输入Q在端9将是低的和被双稳U3的端子接收作为输入。在这种条件下，U3的输出Q并不变化，因为它触发了或走向上升。因此，负AND门UTB被启动和在线A接收的信号通过门U7B的端6到接收CAN信息通路重发器20的输入端RXA。在线A上接收的信号直接通过门U7B和没有因为单触发电路U2而加入了传播延迟。
然而，如果在端11加由高到低信号传送开始定时的单触发电路U2已经低了预定的时间间隔，在本示出的实施例中是由CAN命令的13位次，单触发电路U2将过时，这种使Q端9高输出，这又依次将触发双稳U3，以此通过输出Q的逻辑高信号使负AND门U7失效。门UTB的高输出将防止失效信号进一步传送到重发器20以继续网络传送，与此切断了A侧而同时允许B侧功能正带。
当这种隔离情况发生时，一般地是希望网络器和更重要地使用网络操作人知道这情况，以使造成失效的问题能被校正。为了提供识别失效情况和造成隔离的视觉指示，能够使用任选的发光二极管(LED)电路。当双稳U3的输出Q和线A是低时，OR门U7A允许光发射二极管发光。替换地，任何其它视觉，声音或其它装置能被使用以提供失效指示，这包括使失效指示信息能在网络控制器的显示屏上产生。
每当在输入B接收的信号走向低时，可再触发的单触发电路重新开始定时。如果加到单触发电路U2的信号持继高一个时间间隔，它将超时。然而，同样的高信号也加到双稳U3的重置端，因此保持双稳在重置位置，以使触发器并不影响双稳U3和并不改变负AND门UTB的输出。进而，甚至在低于13位次的信号造成隔离以后，随后的高信号将重置双稳U3的端R和因此允许信号传送通过门U7B直到如果和当另一个13位次低的情况发生。
这失效隔离电路26也可以加到如图2所示作为隔离电路28的内部锁定重发器20的输入RXB。然而，在下面图3和4中示出的本发明优选的实施例当中，失效隔离功能仅使用在网络分枝当中以从网络的其余部分隔离失效的分枝。这样就禁止了连到网络上的装置传送毁坏了的信号到主干线。如果失效是在主干线侧，整个网络经常被关闭。进而，该配置保持着影响主干线传输的在重发器内的固有的传播延迟。然而，取决于特定的网络配置，所属技术领域的普通技术人员已经可以预测完成本发明电路的各种变化。
图2所示的电路，包括内锁定重发器电路20和任一或隔离电路26和28两者，是足够紧凑以至能被在物理上和电气上装在一般用来连接两段电缆的网络连接器上。这些连接器可是成一行或T型结构。在一个优选的网络实施例中，重复器电路是装在T型连接器内，并用来把分枝线垂直地连到主干线上。在这个T型连接内，本电路是如此地配置使得包括电气连接的隔离电路26或28以使块失效信号来于分枝端和被重发器电路20重发和传送到和越过分枝线连接到其上的主网络干线。最好LED1配置在安装连接器的外面以提供在隔离连接的失效的视觉指示。
翻看图3，这种类型的连接器的实施是特别有用的，其中，一分枝具有自己的外接电源而不是从网络主干线来的驱动电流，也在这里示出了，网络干线30一般分别包括四个绝缘的电缆，电源V+，地连接V-和CAN高和低信号源CANH和CANL，V+和V-线被连接到5V调节器32以在34提供调节的输出电压和用来提供电源到网络主干线侧的各种电路。
CANH和CANL线馈送信号到和从收发机36，它也连接到重发器38，最好是图1的20示出的内锁定式重发器电路。失效隔离或锁定电路40，例如图2的26和28指出的电路最好位于在从网络的分枝侧向主干侧传送信号的路径内。重发器38和隔离器40各自连接到光耦合器42，它在瞬时电压的事件中提供主干侧和分枝侧之间的隔离。虽然在图3单个光耦合器块中所指示的，在本示例的实施例中，实际使用一对光耦合器，一个在接收路径和一个在传送路径。光耦合器42也电器地连接到第二个收发机46，它提供信号接收和传送接口到分枝侧。从电压调整器44来的电源加到光耦合器42和收发机46。
在图4中示出了包括本发明重发器电路的由连接器的替换示意性实施例。该实施例一般类似于图3示出的实施例，但是没有光耦合器42。进而，主线30的V+和V-线连接到分枝侧的相应电源线，并且V+线的连接通过用PTC表示的可恢复的保险丝。该可恢复的保持丝在短路时呈现高阻抗状以提供电源限制。
当这些连接器实例一般示出了在T型连接器内的本发明的隔离重发器时，即它能防止从分枝来的失效信号被传送到主干线时，隔离能替换地或附加地在其它方向上发生。同样，通过连接收发机36到分枝电缆的附加的段而不是主干上，在线连接器也能被生产作为通常的在线重发器使用。
本发明的电路这样提供了具有在CAN为基础的通讯网络中能够识别的隔离失效线段的内锁定重发器。这样失效的存在的视觉指示由LED电路提供。这就允许失效段能被修理而网络的其余部分能被允许正常地操作，在T型或在线接器内的实施提供了执行这种失效隔离功能的方便而有效花费的装置。通过旁路在信号失效不发生时的绝大部分隔离电路的允许信号的传输而最小化传播延迟。
为了清楚起见，在图中已经省略的电部件的值为其完整性而在下面的图表中示出。
项                  值
RO                  5k
R1                  110k
R2                  10k
R3                  110k
R4                  10k
R5                  1.6k
R6                  1.6k
CO                  27pf
C1                  1000pf
C2                  1000pf
LED1，2
U2                  MC74HC4538
U3                  MC14013
U4                  MC74HC32
U5                  MC74HC04
U6                  74HC08
U7                  MC74HC32
XCVR(36)(46)        82C251
Opto-Coupler(42)    HCPL-0710
D1                  IN4148
前边仅公开和描述了本发明的示例实施例。所属技术领域的技术人员已经看出，各种变化和修改可以做出而不脱离下面权利要求提出的本发明的精神和范围。

Claims (27)

1.选择性的启动和断开在通讯网中的输入信号的传送的隔离电路包括：
接收所说输入信号的输入装置；
适用于在所说输入信号从第一个逻辑电平到第二个逻辑电平时开始每一个转换定时的定时器装置；
当所说输入信号的所说转换在预定的时间间隔内并不发生时，响应所说输入信号和产生指定的输出信号的所说定时器的脉冲发生装置；和
当所说输入信号在所说第一逻辑电平，或当所说输入信号是在所说第二逻辑电平，但仅仅缺少所说指定的输出信号时，响应所说输入信号和启动所说输入信号的传送的所说指定的输出信号的信号传送启动装置。
2.权利要求1的电路进而包括失效指示装置，其特征在于用以产生所说启动或断开所说输入信号传输的指示。
3.权利要求2的电路，其特征在于，所说失效指示装置包括光发射二极管。
4.权利要求1的电路，其特征在于，所说的输入装置，定时器装置和脉冲产生装置由可再触发的单触发电路提供。
5.权利要求4的电路，其特征在于，所说的信号传送启动装置包括可再设置的双稳。
6.权利要求5的电路，其特征在于，所说信号传送启动装置进而包括逻辑门。
7.权利要求1的电路，其特征在于，所说通讯网络包括重发器和所说启动装置有选择地启动所说输入信号传送到所说重发器的输入。
8.权利要求7的电路，其特征在于，所说的重发器进行双向信号传输和其中所说的网络包括连接到所说重发器第二个输入端的第二个隔离电路。
9.权利要求1的电路，其特征在于，所说的网络依照CAN协议运行和所说第二个逻辑电平是低逻辑电平。
10.有选择地启动和断开在通讯网络中的输入信号传送的隔离电路包括：
适用于接收所说输入信号和在所说的输入信号从第一个逻辑电平到第二个逻辑电平的每一个转换时开始定时的可再触发的单触发电路，在所说输入信号在预定的时间间隔缺乏所说的转换时，所说单触发电路产生指定的输出信号；
当在所说的第一逻辑电平发生组合输入信号时，响应缺少所说指定的单触发电路输出信号或响应所说指定的单触发电路输出信号的存在而产生启动输出信号的对应所说单触发电路输出信号的双稳；
仅在所说双稳启动输出信号存在时，允许传送所说输入信号的逻辑门。
11.权利要求10的电路，其特征在于，所说输入信号被输入到所说双稳的重置端。
12.权利要求10的电路，其特征在于，所说的逻辑门具有门输入，所说输入信号和所说双稳输入信号。
13.权利要求12的电路，其特征在于，所说的网络进而包括重发器和所说的门输出耦连到所说重发器的输入端。
14.权利要求10的电路，其特征在于，所说的网络包括至少连接到主信息通路线的一分枝线和所说隔离电路有选择地启动源于所说分枝线的输入信号的传输和并被传输到所说的主信息通路线。
15.在一通讯网络上控制输入信号的传输以防止传送指示失效输入信号的传送的方法，所说方法包括诸步骤：
接收所说的输入信号；
在所说输入信号从第一逻辑电平到第二逻辑电平的每一个转换开始定时器；
如果所说输入信号的第二所说逻辑电平的变换在预定的时间周期内并不发生，产生指定的输出信号；和
仅当缺乏所说指定的输出信号和此后仅当所说的输入信号所在逻辑电平不是所说第二逻辑电平时，允许所说输入信号通过所说网络传输。
16.权利要求15的方法进而包括提供防止输入信号传送视觉指示。
17.权利要求15的方法，其特征在于，所说的网络依照CAN协议操作，所说第二逻辑电平是低逻辑电平和所说预定的时间周期是等于13位次的量。
18.权利要求15的方法，其特征在于，所说允许的所说输入信号传送到重发器。
19.权利要求18的方法，其特征在于，所说的重发器包括两个输入和所说的方法是控制信号传输到两个所说的输入。
20.权利要求15的方法，其特征在于，所说的通讯系统包括大量从主信息通路分枝的段和其中所说的方法控制在所说分枝上的装置产生的信号传送到所说信息通路线。
21.电气地耦合分枝传送线到通讯网络中的主信息通路线的连接器，所说的连接器包括：
电气耦连到所说的信息通路线以从所说的信息通路线接收诸信号和传送诸信号和传送诸信号到所说的信息通路的第一收发机；
电气耦连到所说第一收发器的重发器；
电气耦连到所说的重发器的失效隔离电路，以能够防止指示失效的诸信号传送到由所说第一收发机顺序传送的重发器和到所说的信息通路线，所说隔离电路包括：
接收所说输入信号的输入装置；
在所说输入信号从第一逻辑电平到第二逻辑电平的成功传送之间进行计算时间的定时器装置；
在预定的时间间隔内缺少所说输入信号的两个所说转换时产生指定输出信号的信号发生器装置；和
当所说输入信号是在所说的第一逻辑电平或在所说第二逻辑电平，并且仅当缺少所说指定的输出信号时启动所说输入信号的传输的门装置；和
电气地耦连到所说分枝传送线的第二收发机，所说第二收发机用于从所说分枝线接收信号，用于传送输入信号到所说失效隔离电路和用于接收由所说重发器输出的信号以传送到所说的分枝线。
22.权利要求21的连接器，其特征在于还包括电气耦连在所说第二收发机和所说失效隔离电路或所说重发器之间电隔离装置。
23.权利要求22的连接器，其特征在于，所说电隔离装置包括光耦合器。
24.权利要求23的连接器，其特征在于，所说分枝传送线具有耦连至其中的外电源和所说连接器包括给所说光耦合器提供电源的电压调节器。
25.权利要求21的连接器，其特征在于，所说的主信息通路线包括电源线和地线和其中的所说连接器进而包括电气耦连到所说主信息通路上所说电源和地线的电压调节器。
26.权利更求25的连接器，其特征在于还包括电气地连接所说主信息通路的所说电源和地线到所说分枝传送线的电源和地线的装置。
27.权利要求21的连接器，其特征在于，所说的连接器器进而包括可恢复的保险丝。
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