CN1367889A

CN1367889A - 串行总线通讯系统

Info

Publication number: CN1367889A
Application number: CN00811180A
Authority: CN
Inventors: 乔斯·A·阿尔瓦雷斯
Original assignee: Btech Inc
Current assignee: Btech Inc
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2002-09-04
Also published as: US6463543B1; CA2380729A1; WO2001009705A2; WO2001009705A3; EP1204914A2; JP2003506949A

Abstract

一电子系统具有通过总线与多个远程收发器模块耦接的一中央控制器。该模块被设计成保持在不消耗任何功率的睡眠模式直至通过总线由中央控制器发送一唤醒信号为止。每一模块包括有一电源和电源电路,当电源电路与电源连接时提供用于模块工作的功率。每一模块还包括耦接到总线的能量检测器,当在总线上检测到以唤醒信号形式出现的能量时,将电源电路连接到电源。在该唤醒信号被终止后并且直至该模块完成它所赋予的任务为止,每一模块内的微处理器通过维持电源电路和电源的连接而提供的功率。

Description

串行总线通讯系统

发明背景

本发明涉及包括一通过串行总线连接到多个远程收发器模块的中央控制器的通讯系统，详细地说，本发明涉及这样一种系统，在该系统中的模块保持在睡眠模式而无需消耗任何功率直至中央控制器通过总线提供一唤醒信号时为止。

包括有一中央控制器和通过一总线与中央控制器进行通讯的多个远程收发器模块的系统是公知的。在这种系统中远程收发器模块通常处于低功耗等待模式并且在规定的时间间隔“唤醒”以寻找由该中央控制器置于总线上的查询信号。如果没有发现这种查询信号，则该模块返回到等待模式。但是，即使是处于等待模式，该模块也消耗功率。在应用中这种功耗是不希望的。例如，在一系统中，模块被用于监视电池系统并且每一模块接收来自所监视的电池的操作功率，上述情况导致不可接受的电池耗尽。因此，期望有这样一种系统，在该系统中，在等待模式期间该远程模块不消耗任何功率。

发明内容

根据本发明，提供了一种电子系统，该系统具有一中央控制器，至少一个远程收发器模块，和一将该中央控制器和所有的远程收发器模块互连的串行总线。每一模块包括有一电源和电源电路，当该电源电路连接到电源时提供用于操作该模块的功率。中央控制器沿总线以信号方式向所有的模块发送能量，使模块的状态从每一模块不消耗功率的睡眠模式变为工作模式。每一模块还包括耦接到总线的能量检测器，当在总线上检测到能量时将该电源电路连接到电源上。

根据本发明的一个方面，该总线是在远离中央控制器的一端耦合在一起的连续双绞线。每一模块包括一具有通过双绞线延伸的铁氧体铁芯的变压器，从而变压器的初级绕组是总线导线的单匝绕组，该变压器还具有耦合到能量检测器的次级绕组。

根据本发明的另一方面，该电源电路包括有在电源和由电源电路提供的功率之间提供电隔离的变压器。

进一步根据本发明，每一个模块包括有感应地耦合到该总线的用于在该模块和中央控制器之间有选择地实施通信的绕组，并且当该模块没有和中央控制器进行通信时每一模块设置为使它的绕组短路。因此，由于这些模块没有和中央控制器通信而使总线的负荷最小。

附图说明

下面通过结合附图的描述更易于了解本发明，在下面不同图中的相同部件用相同的标号表示，其中：

图1的框图示出了根据本发明原理构成的一系统；

图2的框图示出了用于图1所示系统的一远程收发器模块；

图3的示意图示出了图2所示模块的唤醒电路和电源电路；

图4的示意图示出了图2所示模块的接收和传送电路；

图5示出了图1的系统所用的信号波形；和

图6的示意图示出了中央控制器的一部分，表明了该中央控制器是如何连接到该总线的。

详细说明

现在参见附图，图1示出了根据本发明原理构成的一系统。如图1所示，本发明的系统包括中央控制器10和多个远程收发器模块12。串行总线14用于将中央控制器10与模块12相耦合。总线14是在远离中央控制器10的一端16耦合在一起的连续双绞线。从图中可见，仅仅在端点处16该双绞线被短接，但是在某些应用中，总线14以它的特性阻抗在端点16处端接。为了将每一模块12耦合到总线14，每一个模块12都提供有各自的铁氧体铁芯18，该铁氧体铁芯18是分开的并且最好是自屏蔽的“正方形”或“罐形”结构。为了将每个铁氧体铁芯18耦合到总线14，在每个模块12的位置该总线14的双绞线被扩开并且滑过相应的铁氧体铁芯18的中心杆以作为变压器的初级的单匝绕组。因此，由中央控制器10在总线14中放置的信号由所有的模块12所检测。在模块12中的铁芯18上的绕组被用来拾取由中央控制器10在总线上放置的信号或用来在总线上放置用于向中央控制器10传送的信号，如同将要说明的那样。

根据本发明，每一个模块12都被安置为保持在睡眠模式，在该睡眠模式中模块12不消耗任何功率，直至通过总线14从中央控制器10接收到一“唤醒”信号时为止。在接收到由中央控制器10在总线14中放置的数据信号之后每一模块12将状态变为工作模式，并且在该总线14中放置用于由中央控制器10接收的数据信号。当所有这种活动终止时，每一个模块12返回到它的睡眠模式，直到中央控制器10再次在总线14上放置一唤醒信号为止。因此，每一个模块12仅仅是在其工作模式的期间才消耗功率。

图2的框图示出了根据本发明构成的模块12。该模块12包括电源电路20，当该电源电路20连接到电源(2中未示出)时，该电源电路20提供用于操作该模块12的功率。唤醒电路22与一绕组24相连，该绕组24缠绕在铁氧体铁芯18上，并且其工作是检测由中央控制器以唤醒信号的形式提供到总线14上的能量从而使得电源电路20与该电源连接。当电源电路20与电源相连接时，电源电路20向作为用于模块12的控制器的微处理器26提供功率，并且向接收电路28和传送电路30提供功率。

图中的虚线表示接收电路28和传送电路30共享某些共同的电路，如同将要说明的那样。当功率提供给微处理器26时，模块12将它的状态从睡眠模式变为工作模式。接收电路28和传送电路30连接到缠绕在铁氧体铁芯18上的绕组32，这样接收电路28可以接收由中央控制器10在总线14上所放置的信号并且传送电路30可以将用于由中央控制器10接收的信号放置在总线14上。微处理器26响应于以由接收电路28所处理的并且传送到微处理器26的数据信号的形式由中央控制器10在总线14上放置的指令而执行一任务，该任务可以包括监视某些外设，然后利用传送电路30通过总线14将信息回传给中央控制器10。在每一个这样的任务的最后，微处理器26被安置为将电源电路20与电源断开，从而将模块12返回到睡眠模式。

图3示出了实施该唤醒电路22和电源电路20的电路构成。上面说过，当模块12在睡眠模式时，电源电路20不与电源连接。如图3所示，该电源是具有正端34和负端36的电池。在一应用中该模块12用于监视电池系统，34、36端可以是被监视的电池的端。在任何情况下，晶体管38作为串接在电池端34和电源控制器40之间的常开的开关而工作。如同将要说明的那样，在接收了来自中央控制器10的在总线14上的唤醒信号时，晶体管38变为导通。

由中央控制器10在总线14上所提供的唤醒信号是具有大约一秒间隔的20KHZ电流方波。该信号由绕组24来变换，图中表示该绕组24是具有200匝的中心抽头绕组，并且通过二极管42、44变换为在节点46为基本恒定的电流并进入P沟道JFET器件48，该P沟道JFET器件48实际作为常闭的开关。该电流随后通过在光耦合器52中的光发射二极管50。由二极管50发射的光在光电晶体管54的基极被接收，从而光电晶体管54被导通并且使得晶体管38也同样导通。随着晶体管38的导通，电源被连接到电源控制器40。电压调整器55检测通过电源控制器40的电压，并且限制流经光电晶体管54和晶体管38的电流以维持通过电源控制器40的恒定电压。电源控制器40控制N沟道MOSFET器件56以使电流通过变压器60的初级绕组58。变压器60的次级绕组62、64、66分别通过二极管68、70、72分别连接到滤波器和调整器74、滤波器76和滤波器78，以在节点80、82、84上提供分别用于向模块12供电的电压。变压器60的使用保持了在电源端34、36和在节点80、82、84的电源输出之间的电隔离。

当该微处理器26接收到来自电源电路20的供电时，微处理器26接通并且进入它的工作模式。这时，微处理器26在节点86处放置一导致晶体管88变为导通的低信号。因此，晶体管88起常开开关的作用，并且当它通过变为导通而“闭合”时，它提供一电流从电源输出端V_DD(节点80)经过光发射二极管50而流动的路径。同时，这将导致器件48变为截止。只要电源电路20向模块12供电，晶体管88就保持导通，以允许电流经过电阻89流经光发射二极管50。这就维持了光电晶体管54的导通，从而保持了晶体管38的导通并且将电源和电源电路相连接。实际上，唤醒电路22起锁存继电器的作用。当微处理器26确定模块12的任务已完成时，它将该低信号从节点86中移除。因此，晶体管88截止并且终止电流通过光发射二极管50的流动。在电流不通过光发射二极管50流动的情况下，晶体管54变为截止，由晶体管38提供的路径被断开，并且断开电源电路20和电源端34、36的连接。由于没有对节点80、82、84供电，所以模块12返回到睡眠模式。

图4示出了接收电路28和传送电路30。接收和传送电路28、30共用放大器90，因为在相同时间它们不能同时工作。为了通过总线14与中央控制器10通信，在铁氧体铁芯18上的绕组32被分成两部分。绕组32的第一部分92用于接收由中央控制器10传送的信号并且有100匝，而绕组32的第二部分94用于向中央控制器10传送信号并且有40匝。当该模块12在接收模式时，微处理器26在节点96提供一适当的信号以闭合开关98并且将绕组32的第一部分92连接到放大器90。在放大器90的返馈回路中，由于在总线14中的电流是根据它的长度而变化的，所以齐纳二极管100、102提供一箝位的功能。二极管104、106加速放大器90的转换。放大器90的输出通过节点108提供给微处理器26。在该接收模式的最后，微处理器26从节点96移除信号以断开开关98。

当该模块12在传送模式时，微处理器26在节点110上提供一适当的信号以闭合开关112并将放大器90的输出端通过电阻114连接到绕组32的第二部分94，当开关112是闭合而传送器是空闲时电阻114限制了流经绕组部分94的电流。当模块12正在传送时，微处理器26在输入节点116向“异”门118提供数据信号并且在输入节点120向“异”门118提供半位(bit)信号。图5示出了该数据信号和半位信号的波形。如图5所示，该数据流具有一起始位，起始位后面跟随有8个数据位，最后是一终止位。该半位信号是一串脉冲，对于每一数据位具有二个转换以保证在总线14上所得到的位流的工作周期总是50％。

图6示出了中央控制器10的一部分和它如何耦合到总线14。如图所示，总线14是通过在铁芯124上的绕组122而端接的。该中央控制器10包括有在铁芯124上的发送绕组126和在铁芯124上的接收绕组128。由图可见，绕组122、124、128都有40匝绕组。当在总线14上传送时，中央控制器10在节点130上放置一传送启动信号，该节点130是“同”门132的一输入端。“同”门132的另外一个输入是通过节点134的来自“同”门136的输出。“同”门136的输入是在节点138上的数据信号和在节点140上的半位脉冲串。半位脉冲串具有如上所述的功能。“同”门136的输出被作为输入提供给电流放大器142并且“同”门132的输出被作为输入提供给电流放大器144。放大器142、144在它们的输出端所提供的互补信号分别通过电阻146和148提供给传送绕组126。

当在节点130上出现传送启动信号时，晶体管150截止，从而没有电流流经光发射二极管152。当传送启动信号从节点130移除时，晶体管150导通，允许光发射二极管152导通并且发光，因此闭合光敏开关154。中央控制器10随后可通过接收绕组128和放大器156及158接收由模块中的一个在总线上所放置的信号。

当通过总线14由中央控制器10传送唤醒信号时，所有的模块12将其状态变为工作模式。但是，在任何给定的时间中央控制器10仅仅与模块12中的一个通信。通过在总线14上传送一辨认它期望与之通信的特定模块的信号来运作。其他模块保持为工作状态但是处于离线状态。这些离线模块不使总线14增加负荷，因为它们的次级由开关98短路。

因此，本发明所披露的通信系统包括通过串行总线耦合到多个远程收发器模块的中央控制器，其中的模块保持睡眠模式而不消耗任何的功率，直至该中央控制器通过总线提供一唤醒信号时为止。同时从本发明所披露的实施例可了解到可以对所披露的实施例进行各种改进和修改，本发明仅由所附权利要求的范围所限制。

Claims

1.一种收发器模块，通过一串行总线耦合到中央控制器，该模块处于不消耗任何功率的睡眠模式或接收由中央控制器在总线上所放置的数据信号和在总线上放置用于由中央控制器所接收的数据信号的工作模式中的一种模式，该中央控制器将在总线上作为唤醒信号的预置脉冲串放置到该模块中，以将该模块从睡眠模式变为工作模式，该模块包括：

一电源；

电源电路，当电源电路与电源连接时提供用于该模块工作的功率；

一可控常开第一开关，耦接在电源和电源电路之间并且有选择地在电源和电源电路之间提供电路连接；

一光发射器件，耦接到总线并且响应于预置脉冲串而发射光；和

一光敏器件，被安置接收由光敏器件所发射的光，并且与第一开关相连，从而导致第一开关闭合，并且响应于从该光敏器件所接收的光而提供电路连接。

2.如权利要求1的模块，还包括：

一模块控制器，从电源电路接收功率；

一可控常闭第二开关，耦接在总线和光发射器件之间并且有选择地在总线和光发射器件之间提供电路连接；和

一可控常开第三开关，耦接在电源电路和光发射器件之间并且有选择地在电源电路和光发射器件之间提供电路连接；

其中该模块控制器被安置为响应于从电源电路接收功率而使得第二开关断开和第三开关闭合。

3.如权利要求1的模块，其中该总线是在远离中央控制器的一端耦接在一起的连续双绞线和该模块还包括：

一变压器，具有一通过双绞线延伸的铁氧体铁芯从而该变压器的初级绕组是总线导线的单匝绕组，该变压器还具有耦接到光发射器件的次级绕组。

4.如权利要求3的模块，还包括：

在所述铁氧体铁芯上的另一次级绕组，所述另一次级绕组具有带有在它们之间的一共同抽头的第一部分和第二部分；

一放大器，具有一输出端、一反向输入端和一正向输入端；

一参考电压源，耦接到另一次级绕组的共同抽头并且耦接到放大器的正向输入端；

一可控接收开关，耦接在变压器的另一次级绕组的第一部分和放大器反向输入端之间；

一可控传送开关，耦接在变压器的另一次级绕组的第二部分和放大器输出端之间；和

其中该模块控制器有选择地控制接收开关和传送开关的状态；和

其中当传送开关闭合而接收开关断开时该模块控制器被耦接以向放大器反向输入端提供用于通过总线向中央控制器传送的数据信号，和当接收开关闭合而传送开关断开时接收来自放大器输出端的数据信号。

5.如权利要求4的模块，还包括：

一“异”门，具有二个输入端和一个耦接到放大器的反向输入端的输出端；

其中该模块控制器提供数据信号到该门输入端的一个输入端并且向另一门输入端提供半位脉冲串；

因此在该总线上的信号的工作周期维持在百分之五十。

6.如权利要求1的模块，其中的电源电路包括一变压器，以在电源和由电源电路所提供的功率之间提供电隔离。

7.一种电子系统，包括：

一中央控制器；

一串行总线，耦接在至中央控制器的第一终端；和

至少一个耦接到总线的远程收发器模块；

其中每一个收发器模块是处于在其中没有任何消耗的睡眠模式或在其中接收由中央控制器放置在总线上的数据信号和在总线上放置用于由中央控制器接收的数据信号的工作模式的一种模示，其中中央控制器将在总线上的作为唤醒信号的一预置脉冲串置入该模块以将该模块的状态从睡眠模式变为工作模式，并且其中每一模块包括：

一电源；

一光敏器件，被安置接收由光发射器件所发射的光，并且与第一开关相连，从而导致第一开关闭合，并且响应于从该光发射器件所接收的光而提供电路连接。

8.如权利要求7的系统，其中每一模块还包括：

一模块控制器，从电源电路接收功率；

其中该模块被安置为响应于从电源电路接收的功率而使得第二开关断开和第三开关闭合。

9.如权利要求7的系统，其中该总线是在远离中央控制器的一端耦接在一起的连续双绞线和该模块还包括：

一变压器，具有一通过双绞线延伸的铁氧体铁芯从而该变压器的初级绕组是总线导线的单匝绕组，该变压器还包括耦接到光发射器件的次级绕组。

10.如权利要求7的系统，其中每一模块还包括：

在所述铁氧体铁芯上的另一次级绕组，所述另一次级绕组带有具有在它们之间的一共同抽头的第一部分和第二部分；

一放大器，具有一输出端、一反向输入端和一正向输入端；

一可控接收开关，耦接在变压器的另一次级绕组的第一部分和放大器反向输入端之间；和

一可控传送开关，耦接在变压器的另一次级绕组的第二部分和放大器输出端之间；

11.如权利要求10的系统，其中每一模块还包括：

因此在该总线上的信号的工作周期维持在百分之五十。

12.如权利要求7的系统，其中在每一模块中的电源电路包括一变压器，以在电源和由电源电路所提供的功率之间提供电隔离。

13.如权利要求7的系统，其中该中央控制器包括：

一变压器，包括连接到串行总线的一总线绕组、一传送绕组和一接收绕组；

一接收放大器，具有一输入端和一输出端；

一可控常开第三开关，耦接在接收绕组和接收放大器输入端之间；

一对传送放大器，每一个具有一输入端和一输出端，每一传送放大器的输出端耦接到传送绕组的各自端；

第一“同”门，具有一对分别耦接接收数据信号和半位脉冲串的输入端，并且还有一耦接到传送放大器对的第一个传送放大器的输入端的输出端；

第二“同”门，具有一对分别被耦接接收传送器启动信号和耦接到第一“同”门输出端的输入端，并且还有一耦接到另一传送放大器的输入端的输出端；和

一耦接接收传送器启动信号并且在没有传送器启动信号时导致闭合第三开关的开关控制器。

14.一种电子系统，具有一中央控制器，至少一个远程收发器模块，和一互相连该中央控制器和至少一个远程收发器模块的所有模块的串行总线；

其中每一模块包括一电源和电源电路，当该电源和电源电路连接时提供用于该模块工作的功率；

其中该中央控制器沿着总线将能量以信号传送给至少一个模块的所有模块以将该模块的状态从不消耗任何功率的睡眠模式变为工作模式；和

其中每一模块还包括一耦接到总线的能量检测器，并且当在总线上检测到能量时将电源电路与电源连接。

15.一种通信系统，具有一中央控制器，至少一个远程收发器模块，和一互连该中央控制器和至少一个远程收发器模块的所有模块的串行总线；

其中每一模块包括一感应地耦接到总线的绕组用于在中央控制器和每个模块之间有选择地实施通信；和

其中每一模块被置为当每一模块没有与中央控制器进行通信时短路它的绕组；

因此通过模块不与中央控制器进行通信而使总线的负荷最小。