CN1987487A - 由主机控制的附属装置电压管理系统 - Google Patents

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    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering

Abstract

一种附属装置电压管理系统包括选择性地被耦合到主机的附属装置。所述主机给所述附属装置提供大容量电源和低容量电源电压。所述主机接收来自所述装置的附属装置参数，并且确定所述附属装置是否为有效的且被支持的装置，以及如果是这样，则将指令发送到附属装置，以将大容量电源电压耦合到附属装置中的电源电路。附属装置中的电源电路生成至少第一稳定电压输出。

Description

由主机控制的附属装置电压管理系统
技术领域
本发明通常涉及将电压提供给附属装置，并且更特别地涉及一种由主机控制的附属装置电压管理系统。
背景技术
用于在测试中捕获来自装置的电信号的典型的测量探针具有经由传输电缆(诸如同轴电缆)被连接到终端/控制箱的探头。该探头可以用于捕获电压或者电流信号。该探头具有无源和/或有源电路，用于在将信号耦合到终端/控制箱之前调节所捕获的信号。终端/控制箱具有同轴信号连接器(诸如BNC型连接器)并且可以包括电源、用于将测量探针连接到测量测试仪器(诸如示波器等)的时钟和数据连接器。
美国专利No.6,629,048B1教导了一种针对附属装置的测量测试仪器和相关联的电压管理系统，该附属装置具有附属装置接口，该附属装置接口将电压提供给附属装置中的存储装置。存储装置存储与附属装置相关的数据，这些数据诸如附属装置类型、附属装置的功率和/或电压要求等等。当附属装置被连接到该接口时，读出电路接收来自附属装置的读出信号。该读出电路生成被耦合到控制器的中断信号。控制器启动时钟信号的生成，该时钟信号通过接口被耦合到附属装置，以检索被存储在装置存储器中的附属装置数据。控制器确定所连接的附属装置是否是能够由测量测试仪器所支持的有效装置。控制器生成有效的且被支持的装置的使能信号，该有效的且被支持的装置被耦合到电压切换电路。电压切换电路生成一个或者多个输出电压，这些输出电压经由接口被耦合到附属装置，以给附属装置供电。
美国专利No.6,829,547B1教导了其它的针对附属装置的测量测试仪器和相关联的电压管理系统。附属装置接口的结构基本上与No.6,629,048专利相似，其中附属装置具有用于存储附属数据的存储装置。测量测试仪器控制器以与No.6,629,048专利相类似的方式运行，以确定，所连接的附属装置是否是能够由测量测试仪器所支持的有效装置，并且所连接的附属装置是否识别出附属装置的电压要求。控制器生成有效的且被支持的装置的使能信号并且生成所识别的电压要求的至少第一电压代码。电压切换电路接收使能信号和电压代码并且生成一个或者多个输出电压，这些输出电压具有所标识的电压要求，这些输出电压经由接口被耦合到附属装置，以给附属装置供电。
上面所描述的电压管理系统要求针对测量测试仪器的每个接口的电压切换电路。此外，每个接口要求有足够数量的接口接触，用于将输出电压从电压切换电路耦合到附属装置。这增加了测量测试仪器的复杂度和成本以及增加了附属装置和测量测试仪器接口的成本和复杂度。所需的是附属装置电压管理系统，该附属装置电压管理系统减小了电压管理系统以及附属装置与测量测试仪器或主机之间的接口的成本和复杂度。
发明内容
因此，本发明涉及附属装置电压管理系统，该附属装置电压管理系统具有附属装置、主机和附属装置接口。附属装置具有被耦合到存储附属装置的参数的存储装置的控制器。通信总线和中断线也被耦合到该控制器。此外，附属装置还包括经由开关被耦合到附属装置接口的电源，该开关由附属装置控制器来控制。电源生成至少第一稳定电压输出。主机具有生成大容量(bulk)电源输出和低容量(low)电源输出的电源并且具有被耦合到通信总线和中断线的控制器。附属装置接口具有被置于主机中的第一部分和被置于附属装置中的第二部分，其中附属装置接口具有配合接触(mating contact)。这些接触将大容量电源输出和低容量电源输出从主机耦合到附属装置，将接地连接从主机耦合到附属装置以及将附属装置的通信总线耦合到主机的通信总线。
当附属装置经由附属装置接口被耦合到主机时，主机控制器接收中断线上的来自附属装置的中断信号。主机控制器经由主机和附属装置通信总线与附属装置进行通信，以检索被存储在附属装置存储器中的附属装置参数，从而确定附属装置是否是有效的装置且是否由主机所支持。控制器启动与附属装置控制器的通信，用于将主机的大容量电源经由开关元件耦合到附属装置的电源。
通信总线可以是任何形式的双向通信总线架构，诸如可以是I2C总线、IEEE 1494总线、USB总线等等。附属装置电源优选地生成多个稳定电压输出，用于将稳定电压提供给附加的附属装置电路或者被耦合到附属装置的装置。用于将大容量电源电压从主机耦合到附属电源的开关元件优选的是电子开关。附属装置可以是要求电压电源来工作的任何类型的换能装置或者通用附属装置，诸如测量探针、测量探针适配器、有源滤波装置、摄像机或者热感摄像机、热检测器、探针校准夹具、探针隔离附属装置、串行数据采集系统等等。主机可以是测量仪器，诸如示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪或者类似这样的具有用于接受附属装置的附属装置接口。
此外，附属装置电压管理系统还包括多个附属装置，其中每个附属装置均具有生成至少第一稳定电压输出的电源、存储包括待机功率(power draw)参数的附属装置参数的存储器、被耦合到存储器的控制器、被耦合到控制器的通信总线和中断线、以及由控制器所控制的开关元件。主机具有生成大容量电源输出和低容量电源输出的电源，以及具有被耦合到通信总线的控制器，该通信总线具有时钟线和多条数据线以及多条中断线，其中主机具有功率分配参数。给多个附属装置接口装备有附属装置接口，每个附属装置接口均具有被置于主机中的第一部分和被置于多个附属装置之一中的第二部分。多个附属装置接口中的每一个都具有配合接触，用于将大容量电源输出和低容量电源输出从主机耦合到附属装置、将接地连接从主机耦合到附属装置并且将附属装置的通信总线耦合到主机的通信总线。
当附属装置经由附属装置接口被耦合到主机时，主机控制器接收中断线上的来自多个附属装置的中断信号。主机控制器经由主机和附属装置通信总线与附属装置进行通信，以检索被存储在附属装置存储器中的附属装置参数，从而确定附属装置是否是有效装置以及是否由主机支持，并且多个附属装置的总待机功率参数是否小于主机功率分配参数。当附属装置是有效装置并且由主机所支持时，控制器启动与附属装置控制器的通信，用于经由多个附属装置的相应的开关元件将主机的大容量电源耦合到附属装置的电源，并且多个附属装置的总待机功率参数小于主机功率分配参数。
当结合所附的权利要求和附图阅读时，从以下的详细说明中，本发明的目标、优点和新颖特征是明显的。
附图说明
图1是并入附属装置电压管理系统的典型的主机和附属装置的透视图。
图2A和2B示出了附属装置电压管理系统的电/机械附属装置接口的例子。
图3是附属装置电压管理系统的一个实施例的典型框图。
图4是并入多个附属装置的附属装置电压管理系统的另一实施例的典型框图。
图5是使用附属装置电压管理系统的测量探针适配器的典型框图。
具体实施方式
参照图1，示出了主机12和具有附属装置电压管理系统的附属装置14的透视图。主机12典型地被示为测量测试仪器(诸如示波器)。主机可是其它类型的测量测试仪器(诸如逻辑分析器、频谱分析仪等等)或者给附属装置供电的其它类型的主机装置。附属装置14典型地被示为测量探针16或者测量探针适配器18，测量探针16或者测量探针适配器18容纳测量探针20。测量探针16和20可以是无源的或者有源的电压探针、电流探针等等。附属装置14也可以是摄像机或者热感摄像机、光电转换器、有源前置滤波器或者其它换能装置或者要求来自主机12的电源的通用附属装置(诸如校准夹具、探针隔离附属装置、串行数据采集系统等)。
主机12可包括显示器22以及诸如被耦合到主机12内的电路的按钮、旋钮等的面板控制器24。主机12还包括至少第一附属装置接口26的第一部分，其中附属装置14具有附属装置接口26的其它部分。附属装置接口26的主机部分具有容器28，在该容器28中放置如图2A中更清楚地示出的电接触点30。导电接触点30被耦合到主机12内的电路。附属装置接口26的主机部分优选地具有用于将所捕获的信号耦合到主机12的同轴连接器32的一侧。
如图2B中更清楚地示出的那样，附属装置接口26的附属装置部分具有突出体34，该突出体34从具有弹簧承载的电接触36的附属装置14延伸出，弹簧承载的电接触36与附属装置接口26的主机部分的电接触点30紧密配合。弹簧承载的电接触36被耦合到附属装置14内的电路。附属装置接口26的附属装置部分具有同轴连接器32的另一侧，同轴连接器32的该另一侧与附属装置接口26的主机部分中的同轴连接器部分32紧密配合。
参考图3，示出了附属装置电压管理系统的典型框图。附属装置14具有控制器50、电源电路52和附属装置电路54。附属装置控制器50可以包括被耦合到控制器50的嵌入式存储器56或者独立的存储装置。附属装置控制器50具有通信总线58，诸如具有I2C总线、IEEE 1494总线、USB总线等等，该通信总线58提供双向通信。优选地，通信总线包括被耦合到附属装置接口26的时钟线和数据线。附属装置控制器50也具有被耦合到附属装置接口26的中断线60。低容量电源电压经由被耦合到附属装置接口26的低压供电线62被提供给附属装置控制器50和存储器56。大容量电压(bulk voltage)经由被耦合到附属装置接口26的大容量电压供电线64被提供给附属装置电源电路52。开关66被置于大容量电压供电线64中并由附属装置控制器50所发送的指令激活。优选地，开关66是电子开关，但也可使用其它类型的开关，诸如使用机电开关等等。被耦合到附属装置接口26的接地线68给附属装置14提供电接地。
附属装置电路54接收来自附属装置电源52的至少第一稳定电压电源。优选地，附属装置电源52根据电路的电压要求来给附属装置电路54提供多种电压。例如，附属装置电源可以提供±7伏特、±15伏特、±25伏特或者附属装置电路54所要求的任意组电压。被提供给附属装置电路54的稳定电压例如是唯一的并且可提供其它电压电平而不偏离本发明的范围。附属装置电路54优选地被耦合来经由测量探针16和20的测量探头从测试中的装置接收所捕获的信号。所捕获的信号经由信号线70被耦合到附属装置接口26的同轴连接器32。
主机12具有经由附属装置接口26和开关66将大容量电源输出提供给附属装置14的电源电路52的电源80。大容量电源输出是略微调节过的电压，该电压优选地从+10伏特变化到+14伏特，标称电压为+12伏特。其它电压电平可被使用而不偏离本发明的范围。电源80也生成了低容量电源输出(通常为+5伏特)，该低容量电源输出通过附属装置接口26被提供给附属装置控制器50和存储器56。主机12具有控制器82，该控制器82被耦合到通信总线84和中断线86。通信总线84和中断线被耦合到附属装置接口26。通信总线84提供与附属装置14的双向通信并且可以采用I2C总线、IEEE 1494总线、USB总线等等的形式。优选地，通信总线84包括被耦合到附属装置接口26的时钟线和数据线。
主机控制器82经由系统总线88被耦合到存储器90。存储器90代表RAM、ROM和高速缓冲存储器，其中RAM存储器存储易失性数据，该易失性数据诸如是由被耦合来从附属装置14接收所捕获的信号的采集系统92所生成的输入信号的数字数据采样。系统总线88也被连接到显示装置22、诸如被连接到液晶显示器、阴极射线管等等，以及将系统总线88连接到面板控制器24，该面板控制器24可以包括控制录入装置(诸如键盘和/或鼠标以及旋钮和按钮)。一个或者多个大容量存储单元94(诸如硬盘驱动器、CD ROM驱动器、磁带驱动器、软盘驱动器等等)也可被连接到系统总线88，该大容量存储单元94从合适的大容量存储介质中读取和/或写到合适的大容量存储介质。用于控制主机12和实现附属装置电压管理系统的程序指令可被存储并且从ROM存储器90或者从大容量存储单元94的大容量存储介质中存取。上面所描述的主机12中的控制器82也可利用多个控制器和数字信号处理装置来实现。例如，可以包括第二控制器(诸如由依利诺斯州的绍姆堡(Schaumburg)的Motorola公司制造并销售的Power PC微处理器)，以控制所捕获的信号的采集和处理。显示装置22可以由显示控制器来控制，该显示控制器从主机控制器82接收显示指令并且接收来自数字信号处理装置的显示数据。也可以包括总线控制器，以监控所连接的附属装置14的附属装置接口26，并且该总线控制器提供附属装置接口26与控制器82之间的通信。
当由主机12确定有效的且被支持的附属装置时，附属装置电压管理系统工作，以将主机12的大容量电源电压提供给附属装置14。当附属装置14经由附属装置接口26被耦合到主机12时，由附属装置控制器50生成中断信号并且将该中断信号经由附属装置中断线60、附属装置接口26和主机中断线86耦合到主机控制器82。中断信号导致主机控制器82激活通信总线84，该通信总线84将时钟信号经由主机通信总线84、附属装置接口26和附属装置通信总线58耦合到附属装置控制器50。由附属装置控制器50所接收的时钟信号导致从存储器56中读出附属装置参数。附属装置参数可以包括但不限于附属装置类型、序列号、待机功率要求等等。附属装置参数由附属装置通信总线58和主机通信总线84中的数据线耦合到主机控制器82。在程序控制下运行的主机控制器82验证，所连接的附属装置14是有效的且由主机12支持。一旦主机控制器82确定附属装置14是有效的且被支持，主机就启动指令信号，这些指令信号经由通信总线84和58被耦合到附属装置控制器50。附属装置控制器50为主机控制器82解释指令信号，以激活大容量电压供电线64中的开关66。开关66闭合并将大容量电源电压耦合到附属装置电源52。
参考图4，示出了附属装置电压管理系统的另一实施例的框图。与前面的附图类似的元件标有相同的标号。图4的图示出了多个附属装置141至14N，这些附属装置141至14N被耦合到相应的附属装置接口261至26N，其中“N”代表任意数量的附属装置和附属装置接口。附属装置141至14N中的每一个都具有控制器50和存储器56、电源电路52和附属装置电路54。每个附属装置141至14N具有通信总线58和中断线60。每个附属装置141至14N被装备有低容量电源电压、经过开关66的大容量电源电压和接地连接。每个附属装置141至14N被装备有用于将所捕获的信号耦合到附属装置接口261至26N之一的同轴连接器32的信号线70。
主机电源80通过附属装置接口261至26N将低容量电源电压和大容量电源电压提供给相应附属装置141至14N中的每一个。主机控制器82具有中断线861至86N，每个中断线都被耦合到附属装置接口261至26N之一。主机控制器82具有通信总线841至84N，这些通信总线841至84N都被耦合到相应附属装置接口261至26N中的每一个。每个通信总线841至84N都具有接收公共时钟信号的时钟线和被耦合到主机控制器82的独立的数据线D1至DN。主机12也具有电源分配参数值，该电源分配参数值被存储在存储器90或者被存储在主机控制器82中，该电源分配参数值包含关于可从电源80得到的最大量的大容量电源电压功率的信息。
多个附属装置141至14N的附属装置电压管理系统以类似于前面所描述的系统的方式工作。当附属装置141至14N之一被插入到附属装置接口261至26N之一中时，由附属装置控制器50生成中断信号并且经由附属装置接口261通过中断线861至86N之一将该中断信号耦合到主机控制器82。主机控制器82激活时钟信号，该时钟信号经由附属装置接口261被耦合到附属装置141。附属装置控制器50接收该时钟信号并且对通过数据线D1返回到主机控制器82的附属装置参数数据进行计时。主机控制器82验证，所附着的附属装置141是有效的且被支持的装置并且将附属装置141的待机功率要求与电源80的功率分配参数进行比较，以确定是否有足够的大容量电源功率可用。一旦主机控制器已确定附属装置141是有效的且被支持的装置以及存在足够的大容量电源功率可用，则主机控制器启动指令信号，这些指令信号经由通信总线841通过附属装置接口261和附属装置141的通信总线58被耦合到附属装置控制器50。附属装置控制器为主机控制器82解释指令信号，以激活附属装置141中的开关66，从而将大容量电源电压耦合到附属装置电源52。
当其它附属装置14N被插入到附属装置接口26N中时，附属装置控制器生成中断信号，该中断信号经由附属装置接口26N和中断线86N被耦合到主机控制器82。主机控制器82激活时钟信号，该时钟信号经由附属装置接口26N被耦合到附属装置14N。附属装置控制器50接收时钟信号并对通过数据线DN返回到主机控制器82的附属装置参数数据进行计时。主机控制器82验证，所附着的附属装置14N是有效的且被支持的装置。主机控制器82将附属装置14N的待机功率参数加到附属装置141的待机功率参数并且将总计的待机功率值与电源80的功率分配参数进行比较。如果总计的待机功率参数值小于功率分配参数并且附属装置14N是有效的且被支持的装置，则主机控制器82启动指令信号，这些指令信号经由通信总线84N通过附属装置接口26N和附属装置14N的通信总线58被耦合到附属装置控制器50。附属装置控制器为主机控制器82解释指令信号，以激活附属装置14N中的开关66，从而将大容量电源电压耦合到附属装置电源52。
对于被插入到附属装置接口261至26N之一中的每个附加的附属装置141至14N，主机控制器82验证，新近被插入到附属装置中的装置是有效的且被支持的装置并且将该装置的待机功率参数加到被插入主机12中的附属装置的待机功率参数。总计的待机功率参数值与电源80的功率分配参数比较，并且如果待机功率参数的总计值小于功率分配参数，则主机控制器将向附属装置控制器50启动指令信号，以闭合附属装置中的开关66，从而将大容量电源电压耦合到附属装置电源52。如果总计的待机功率参数超过了功率分配参数，则主机控制器82并不向附属装置控制器50启动指令信号，以闭合开关66来将大容量电源电压耦合到附属装置电源52。接着，主机控制器82可生成信号，该信号导致大容量电压已不被施加到附属装置电源52的指示。该指示可以是主机12上的LED的激活、被置于显示装置12上的图形显示等。可替换地，“状态”LED可被设置在附属装置14上，当在附属装置14中启动电源时，该“状态”LED被照亮。
图5是并入附属装置电压管理系统的测量探针适配器18的典型框图。测量探针适配器18被用于耦合并不具有附属装置电压管理系统的传统测量探针。测量探针适配器18具有控制器50、存储器56和电源电路52。适配器18具有被耦合到控制器50的通信总线58、中断线60和低容量电源电压线62。电源电路52经由开关66被耦合到大容量电源电压线64并且被耦合到接地线68。通信总线58、中断线60、低容量电源电压线62、大容量电源电压线和接地线都被耦合到附属装置接口26。控制器50也被耦合到通信总线100，该通信总线100被耦合到探针接口102。探针接口102具有接触点，该接触点与被耦合到测量探针适配器的测量探针上的接触针紧密配合。在标题为“Modified BNCConnector for Active Probe”的美国专利No.4,708,661中描述了这种探针接口。电源52生成±15伏特、±5伏特输出和被耦合到探针接口102的接触点的接地连接。探针接口102也具有BNC连接器，该BNC连接器与测量探针20的相应BNC连接器104紧密配合。BNC连接器的信号导体被耦合到适配器18中的信号线70，该信号线70被耦合到附属探针接口26的BNC连接器32。
附属装置电压管理系统实质上以如前面针对附属装置14和141至14N所描述的方式相同的方式为测量探针适配器18工作。适配器的附属装置参数具有待机功率参数，该待机功率参数足以覆盖任何被耦合到适配器的测量探针。当适配器18由主机控制器82识别和证实并且大容量电源电压被耦合到电源电路52时，电源电路生成必要电压，以给被耦合到接口102的测量探针供电。控制器50从所附着的探针读取参数数据并且将这个信息耦合到主机控制器82。
已描述了具有附属装置、附属装置接口和主机的附属装置电压管理系统。主机通过双向通信总线接收附属装置参数数据，并且确定，附属装置是否为有效的且被支持的装置以及将附属装置的待机功率参数与主机的功率分配参数进行比较。如果附属装置是有效的且被支持的装置以及待机功率参数小于功率分配参数，则主机控制器生成指令信号，这些指令信号被耦合到附属装置控制器。附属装置控制器启动附属装置大容量电源电压线中的开关的闭合，该大容量电源电压线将主机的大容量电源电压耦合到附属装置的电源电路。该电源电路生成供附属装置中的附属装置电路使用的电压输出。
对本领域技术人员显而易见的是，对于上面所描述的本发明的实施例的细节可作出许多改变，而不偏离本发明的基本原理。因此，本发明的范围仅仅由以下权利要求来确定。

Claims (9)

1.一种附属装置电压管理系统，其包括：
附属装置，该附属装置具有生成至少第一稳定电压输出的电源、存储附属装置的参数的存储器、被耦合到所述存储器的控制器、被耦合到所述控制器的通信总线和中断线、以及由所述控制器所控制的开关元件；
主机，该主机具有生成大容量电源输出和低容量电源输出的电源以及被耦合到通信总线和中断线的控制器；
以及附属装置接口，该附属装置接口具有被置于主机中的第一部分和被置于附属装置中的第二部分，所述接口具有配合接触，用于将所述大容量电源输出和低容量电源输出从所述主机耦合到所述附属装置、将接地连接从所述主机耦合到所述附属装置以及将所述附属装置的通信总线耦合到所述主机的通信总线，
其中，当所述附属装置经由所述附属装置接口被耦合到所述主机时，所述主机控制器接收中断线上的来自所述附属装置的中断信号，所述主机控制器经由所述主机和附属装置通信总线与所述附属装置进行通信，以检索被存储在所述附属装置存储器中的附属装置参数，从而确定所述附属装置是否是有效的装置且是否由主机所支持，并且所述主机控制器启动与附属装置控制器的通信，用于将所述主机的大容量电源电压经由所述开关元件耦合到所述附属装置的电源。
2.根据权利要求1所述的附属装置电压管理系统，其中，所述通信总线具有数据线和时钟线。
3.根据权利要求1所述的附属装置电压管理系统，其中，所述附属装置电源生成多个稳定电压输出。
4.根据权利要求1所述的附属装置电压管理系统，其中，所述开关元件是电子开关。
5.根据权利要求1所述的附属装置电压管理系统，其中，所述附属装置包括测量探针。
6.根据权利要求1所述的附属装置电压管理系统，其中，所述附属装置包括适配器。
7.根据权利要求1所述的附属装置电压管理系统，其中，所述附属装置参数包括待机功率参数。
8.根据权利要求1所述的附属装置电压管理系统，还包括：
多个附属装置，每个附属装置具有生成至少第一稳定电压输出的电源、存储所述附属装置的参数的存储器、被耦合到所述存储器的控制器、被耦合到所述控制器的通信总线和中断线、以及由所述控制器所控制的开关元件；
多个附属装置接口，每个附属装置接口都具有被置于主机中的第一部分和被置于所述多个附属装置中的一个中的第二部分，所述多个附属装置接口中的每个具有配合接触，用于将所述大容量电源输出和低容量电源输出从所述主机耦合到所述附属装置、将接地连接从所述主机耦合到所述附属装置以及将所述附属装置的通信总线耦合到所述主机的通信总线；以及
被耦合到通信总线的主机控制器，所述通信总线具有至少第一时钟线和多条数据线以及多条中断线，所述主机具有功率分配参数，
其中，当所述附属装置经由所述附属装置接口被耦合到所述主机时，所述主机控制器接收所述中断线上的来自所述多个附属装置的中断信号，所述主机控制器经由所述主机和附属装置通信总线与所述附属装置进行通信，以检索被存储在所述附属装置存储器中的附属装置参数，从而确定所述附属装置是否是有效的装置且是否由所述主机所支持，并且所述多个附属装置的总待机功率参数是否小于所述主机功率分配参数，以及当所述附属装置是有效装置且由所述主机支持而且所述多个附属装置的总待机功率参数小于所述主机功率分配参数时，所述主机控制器启动与所述附属装置控制器的通信，用于将所述主机的大容量电源经由所述多个附属装置的相应的开关元件耦合到所述附属装置的电源。
9.根据权利要求8所述的附属装置电压管理系统，还包括多条时钟线，每条时钟线都与数据线相关联。
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