CN207835474U - 一种快速半双工通信电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速半双工通信电路，包括至少两个模块；每个模块均包括处理单元和通信节点；在所述每个模块中，所述处理单元与所述通信节点连接；相邻两个模块的通信节点相互连接，使所述每个模块中的通信节点将与处理单元交互的数据发送给其相邻模块的通信节点，或者将从其一个相邻模块的通信节点处获取的数据直接转发给其另一个相邻模块的通信节点。本实用新型实时性好、可靠性高、抗干扰能力强，且成本低廉。

Description

一种快速半双工通信电路

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种快速半双工通信电路。

背景技术

大功率电力电子变换的拓扑采用模块化设计，可方便系统并联、扩展、易实现高频化等，有诸多优点。模块中多采用数字信号处理器来实现现代数字控制，但不可避免的需要在多模块之间实现可靠的通信，去实现并机、交错、均流等高级控制功能，其特点是数据量小，高频，实时，容错能力低，成本低，容易布线。工业上常用介质有光纤、绞线等方式，通信方法有SCI(Serial Communication Interface，串行通信接口)，CAN(Controller AreaNetwork)，以太网等。

光纤介质通信可靠，速率高，可实现电气隔离，但通常需借助FPGA等可编程逻辑来实现接口，光收发器成本比较高。

基于绞线的CAN通信、485等，工业上应用较多，通信较可靠，有较好的实时性，但高波特率(例如1Mbps)时传输距离较近，只能用于速度慢、较低要求的实时控制，且高速情况下，节点数量扩展困难。

基于以太网方案，例如EtherCAT，单节点延时在5～10us，需依靠节点串联实现良好的布线，延时也线性叠加，不适合于频率较高的实时控制。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种快速半双工通信电路，实时性好、可靠性高、抗干扰能力强，且成本低廉。

本实用新型就上述技术问题而提出的技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种快速半双工通信电路，包括至少两个模块；每个模块均包括处理单元和通信节点；

在所述每个模块中，所述处理单元与所述通信节点连接；相邻两个模块的通信节点相互连接，使所述每个模块中的通信节点将与处理单元交互的数据发送给其相邻模块的通信节点，或者将从其一个相邻模块的通信节点处获取的数据直接转发给其另一个相邻模块的通信节点。

进一步地，所述每个模块中的通信节点均包括第一端口和第二端口；

在所述每个模块中，所述第一端口与所述第二端口连接，所述处理单元分别与所述第一端口、所述第二端口连接；所述每个模块中的第一端口与其一个相邻模块的第二端口连接，所述每个模块中的第二端口与其另一个相邻模块的第一端口连接。

进一步地，所述第一端口和所述第二端口均包括发送单元和接收单元；

在每个模块中，所述第一端口的接收单元分别与所述处理单元、所述第二端口的发送单元连接，所述第二端口的接收单元分别与所述处理单元、所述第一端口的发送单元连接，所述处理单元分别与所述第一端口的发送单元、所述第二端口的发送单元连接；

所述每个模块中的第一端口的发送单元与其一个相邻模块的第二端口的接收单元连接，所述每个模块中的第一端口的接收单元与所述一个相邻模块的第二端口的发送单元连接；所述每个模块中的第二端口的发送单元与其另一个相邻模块的第一端口的接收单元连接，所述每个模块中的第二端口的接收单元与所述另一个相邻模块的第一端口的发送单元连接。

进一步地，所述每个模块还包括第一与门、第二与门和第三与门；

在所述每个模块中，所述处理单元、所述第二端口的接收单元通过所述第一与门与所述第一端口的发送单元连接；所述处理单元、所述第一端口的接收单元通过所述第二与门与所述第二端口的发送单元连接；所述第一端口的接收单元、所述第二端口的接收单元通过所述第三与门与所述处理单元连接。

进一步地，所述每个模块还包括隔离芯片；

在所述每个模块中，所述处理芯片通过所述隔离芯片与所述通信节点连接。

优选地，所述处理单元为数字信号处理器DSP(Digital Signal Processing)芯片。

优选地，所述通信节点为RS422芯片。

优选地，相邻模块的通信节点之间通过双绞线相互连接。

本实用新型实施例提供的快速半双工通信电路，能够通过相邻模块的通信节点的连接，实现数据实时转发；节点之间的点对点通信，实现良好电路匹配，实现良好信号完整性，为高波特率创造条件；通信节点间采用串行布线，操作方便，且可靠性高；相邻模块的通信节点之间采用双绞线连接，成本低廉；抗干扰能力强，在极低延时情况下，可设置较多节点。

附图说明

图1是本实用新型提供的快速半双工通信电路的一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型提供的快速半双工通信电路中通信节点的的结构示意图；

图3是本实用新型提供的快速半双工通信电路的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，是本实用新型提供的快速半双工通信电路的一个实施例的结构示意图。

本实用新型实施例提供了一种快速半双工通信电路，包括至少两个模块1；每个模块1均包括处理单元11和通信节点12；

在所述每个模块1中，所述处理单元11与所述通信节点12连接；相邻两个模块1的通信节点12相互连接，使所述每个模块中的通信节点将与处理单元交互的数据发送给其相邻模块的通信节点，或者将从其一个相邻模块的通信节点处获取的数据直接转发给其另一个相邻模块的通信节点。

需要说明的是，每个模块中的通信节点分别工作于4种模式：接收模式、发送模式、转发模式和冲突模式。其中，接收模式，即每个模块中的通信节点从一个相邻模块的通信节点处接收数据，将数据发送给该模块中的处理单元的同时，将数据转发给另一个相邻模块的通信节点；发送模式，即每个模块中的处理单元发出数据(处理单元不会收到自己发出的数据)，由该模块中的通信节点转换电平以发送给其相邻模块的通信节点；转发模式与接收模式基本相同，但可能某模块中的处理单元没有正常工作，甚至没有电源(单一故障模式)而不能接收数据，则该模块中的通信节点在接收到数据后直接转发给其他节点；冲突模式，即数据出现冲突，通信节点输出错误数据。本实施例数据实时转发，几乎是0时延；节点间是点对点通信，可实现良好电路匹配，可以实现良好信号完整性，为高波特率创造条件；电路工作模式较简单，可全硬件实现，可靠性高；冲突模式下，不造成硬件损坏；易于实现主从控制；可串联布线，且可靠性高(转发模式)。优选地，所述处理单元为数字信号处理器DSP芯片。

优选地，所述通信节点为RS422芯片。

优选地，相邻模块的通信节点之间通过双绞线相互连接。

需要说明的是，本实施例采用RS422芯片与双绞线作为物理层电路(工作波特率可达20Mbps以上)，与DSP芯片的处理单元采用常见的SCI接口(例如可工作于12Mbps)进行通信，便于程序设计、易于使用，使整个电路系统可以等效为介质共享的高速485网络。

进一步地，如图2所示，所述每个模块1中的通信节点12均包括第一端口13和第二端口14。所述每个模块1中的第一端口13与其一个相邻模块1的第二端口14连接，所述每个模块1中的第二端口14与其另一个相邻模块1的第一端口13连接。其中，每个模块中的两个端口均具有收发功能。

进一步地，如图3所示，在所述每个模块1中，所述第一端口13与所述第二端口14连接，所述处理单元11分别与所述第一端口13、所述第二端口14连接；所述每个模块1中的第一端口13与其一个相邻模块1的第二端口14连接，所述每个模块1中的第二端口14与其另一个相邻模块1的第一端口13连接。

需要说明的是，处理单元可以发送数据(但整个网络上同时只能有一个通信节点发送数据，发送冲突时，数据错误，但不会造成芯片损坏)，处理单元发送的数据分别发向第一端口和第二端口，使得总线上的每个通信节点都可以从一端接收到数据，并同时从另一端转发出去。整个过程只有线缆延时，芯片延时等，即只有ns量级延时。发送的数据在每个通信节点被重新整形，再生并发送，极大的提高了传输质量(因此具有抗干扰能力较强)，可以实现多节点的串行传输。

同时，本实施例的供电逻辑可以保证相邻的两个通信节点互相冗余供电，其中一个模块断电后(比如说模块炸机损坏了)，可以由相邻通信节点继续供电，使得通信节点可以继续工作(处理单元侧无供电，停止工作)，整个链路仍保持畅通。因此只要相邻的通信节点同时故障、断电的数量不超过2个，信号链路仍可正常运行。

进一步地，如图3所示，所述第一端口13和所述第二端口14均包括发送单元15和接收单元16；

在每个模块1中，所述第一端口13的接收单元16分别与所述处理单元11、所述第二端口14的发送单元15连接，所述第二端口14的接收单元16分别与所述处理单元11、所述第一端口13的发送单元15连接，所述处理单元11分别与所述第一端口13的发送单元15、所述第二端口14的发送单元15连接；

所述每个模块1中的第一端口13的发送单元15与其一个相邻模块1的第二端口14的接收单元16连接，所述每个模块1中的第一端口13的接收单元16与所述一个相邻模块1的第二端口14的发送单元15连接；所述每个模块1中的第二端口14的发送单元15与其另一个相邻模块1的第一端口14的接收单元16连接，所述每个模块1中的第二端口14的接收单元16与所述另一个相邻模块1的第一端口13的发送单元15连接。

需要说明的是，在每个模块的接收模式中，本模块的第一端口的接收单元从与本模块第一端口相邻的模块的第二端口的发送单元处接收数据，并将数据发送给处理单元的同时，将数据转发给本模块的第二端口的发送单元，以使本模块的第二端口的发送单元将数据发送给与本模块第二端口相邻的模块的第一端口的接收单元；或者，本模块的第二端口的接收单元从与本模块第二端口相邻的模块的第一端口的发送单元处接收数据，并将数据发送给处理单元的同时，将数据转发给本模块的第一端口的发送单元，以使本模块的第一端口的发送单元将数据发送给与本模块第一端口相邻的模块的第一端口的接收单元。

在每个模块的发送模式中，本模块的处理单元分别向本模块的第一端口和第二端口的发送单元发出数据，本模块的第一端口和第二端口的发送单元将数据由单端信号转换为差分信号，以分别向相邻模块的接收单元发送。

进一步地，如图3所示，所述每个模块还包括第一与门17、第二与门18和第三与门19；

在所述每个模块1中，所述处理单元11、所述第二端口14的接收单元16通过所述第一与门17与所述第一端口13的发送单元15连接；所述处理单元11、所述第一端口13的接收单元16通过所述第二与门18与所述第二端口14的发送单元15连接；所述第一端口13的接收单元16、所述第二端口14的接收单元16通过所述第三与门19与所述处理单元11连接。

需要说明的是，每个模块中的第一端口、第二端口和处理单元之间通过与门进行连接，能够简化模块内部线路。

进一步地，如图3所示，所述每个模块1还包括隔离芯片20；

在所述每个模块1中，所述处理芯片11通过所述隔离芯片20与所述通信节点12连接。

需要说明的是，处理芯片与通信节点交互的数据还需经过隔离芯片进行隔离。

本实用新型实施例提供的快速半双工通信电路，能够通过相邻模块的通信节点的连接，实现数据实时转发；节点之间的点对点通信，实现良好电路匹配，实现良好信号完整性，为高波特率创造条件；通信节点间采用串行布线，操作方便，且可靠性高；相邻模块的通信节点之间采用双绞线连接，成本低廉；抗干扰能力强，在极低延时情况下，可设置较多节点。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种快速半双工通信电路，其特征在于，包括至少两个模块；每个模块均包括处理单元和通信节点；

在所述每个模块中，所述处理单元与所述通信节点连接；相邻两个模块的通信节点相互连接，使所述每个模块中的通信节点将与处理单元交互的数据发送给其相邻模块的通信节点，或者将从其一个相邻模块的通信节点处获取的数据直接转发给其另一个相邻模块的通信节点。

2.如权利要求1所述的快速半双工通信电路，其特征在于，所述每个模块中的通信节点均包括第一端口和第二端口；

在所述每个模块中，所述第一端口与所述第二端口连接，所述处理单元分别与所述第一端口、所述第二端口连接；所述每个模块中的第一端口与其一个相邻模块的第二端口连接，所述每个模块中的第二端口与其另一个相邻模块的第一端口连接。

3.如权利要求2所述的快速半双工通信电路，其特征在于，所述第一端口和所述第二端口均包括发送单元和接收单元；

在每个模块中，所述第一端口的接收单元分别与所述处理单元、所述第二端口的发送单元连接，所述第二端口的接收单元分别与所述处理单元、所述第一端口的发送单元连接，所述处理单元分别与所述第一端口的发送单元、所述第二端口的发送单元连接；

所述每个模块中的第一端口的发送单元与其一个相邻模块的第二端口的接收单元连接，所述每个模块中的第一端口的接收单元与所述一个相邻模块的第二端口的发送单元连接；所述每个模块中的第二端口的发送单元与其另一个相邻模块的第一端口的接收单元连接，所述每个模块中的第二端口的接收单元与所述另一个相邻模块的第一端口的发送单元连接。

4.如权利要求3所述的快速半双工通信电路，其特征在于，所述每个模块还包括第一与门、第二与门和第三与门；

在所述每个模块中，所述处理单元、所述第二端口的接收单元通过所述第一与门与所述第一端口的发送单元连接；所述处理单元、所述第一端口的接收单元通过所述第二与门与所述第二端口的发送单元连接；所述第一端口的接收单元、所述第二端口的接收单元通过所述第三与门与所述处理单元连接。

5.如权利要求1所述的快速半双工通信电路，其特征在于，所述每个模块还包括隔离芯片；

在所述每个模块中，所述处理芯片通过所述隔离芯片与所述通信节点连接。

6.如权利要求1所述的快速半双工通信电路，其特征在于，所述处理单元为数字信号处理器DSP芯片。

7.如权利要求1所述的快速半双工通信电路，其特征在于，所述通信节点为RS422芯片。

8.如权利要求1所述的快速半双工通信电路，其特征在于，相邻模块的通信节点之间通过双绞线相互连接。