CN212809199U - 一种隔离型串行总线通信电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种隔离型串行总线通信电路，隔离电容、匹配电阻、限流电阻、电源偏置电阻；本实用新型巧妙地利用电容特性，实现了串行总线通信源端和终端的隔离，利用电容的隔直特性，有效阻断了总线上的共模电流路径，消除了可能存在的大共模电流损坏终端端口的风险，为终端端口提供了有效防护，极大提高了串行总线通信的可靠性；利用电容的“通交”特性，避免了光耦隔离方案中通信速率无法提高及磁隔离方案中磁饱和等问题，保证了高传输速率下终端端口信号的可靠接收。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种隔离型串行总线通信电路，属于隔离型串行总线通信技术领域。
背景技术
在星载系统中，RS422、CAN、LVDS等串行总线通信是各单机设备间重要的数据交换方式，具有成本低、抗干扰能力强、传输距离远、传输速率高等特点，常作为系统总线，成为系统内各单机设备间数据交互的唯一通道，其安全性和可靠性是整个系统能够正常工作的重要保障。
传统的串行总线通信通常采用3种的端接方式进行连接，
其中，传统串联端接的串行总线通信技术连接方式，其采用源端串联匹配电阻与终端连接的形式；
传统并联端接的串行总线通信技术连接方式，其采用终端并联匹配电阻与源端连接的形式；
传统交流端接的串行总线通信技术连接方式，其采用终端并联阻容与源端连接的形式；
以上三种连接方式均缺少总线空闲态的预置和终端保护措施，终端在总线空闲时处于不定态，并且由于终端端口无过压、过流防护能力，在终端作为单机设备接收端口直接对外时，极易受损失效，串行总线通信可靠性不足。
传统的隔离型串行总线通信技术中，通常采用光耦隔离或磁隔离的方案，但光耦隔离方案中存在驱动电流需求大、总线电路功耗大、通信速率无法提高等问题，磁隔离方案中存在磁性器件体积大、集成度低、磁饱和等问题，均无法为应用系统提供安全可靠的隔离型串行总线通信。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种隔离型串行总线通信电路，解决串行总线通信中终端端口防护措施缺乏、串行总线通信可靠性不足的问题。
本实用新型解决的技术方案为：一种隔离型串行总线通信电路，包括：隔离电容CA和CB、匹配电阻RT、限流电阻RC和RD、电源偏置电阻RA和RB；
隔离电容CA的一端，作为隔离型串行总线通信电路的接收正端，与外部源端的输出正端相连；
隔离电容CB的一端，作为隔离型串行总线通信电路的接收负端，与外部源端的输出负端相连；
隔离电容CA的另一端，连接限流电阻RC的一端和匹配电阻RT的一端，
隔离电容CB的另一端，连接限流电阻RD的一端和匹配电阻RT的另一端，
限流电阻RC的另一端连接电源偏置电阻RA的一端，并作为隔离型串行总线通信电路的输出正端，连接外部终端的输入正端
限流电阻RD的另一端连接电源偏置电阻RB的一端，并作为隔离型串行总线通信电路的输出负端；连接外部终端的输入负端
电源偏置电阻RA的另一端，连接外部电源Vcc正端；
电源偏置电阻RB的另一端，接地。
优选的，隔离电容CA的一端通过双绞线中一根线与外部的源端的输出正端相连。
优选的，隔离电容CB的一端通过双绞线中另一根线与外部的源端的输出负端相连。
优选的，源端为D，具有输入和输出正端、输出负端，源端的输入能够接收输入信号，将输入信号转换为差分信号，差分信号的正从源端的输出正端输出；差分信号的负从源端的输出负端输出。
优选的，输入信号为单端信号。
优选的，单端信号为电平信号。
优选的，终端为R，具有：输入正端和输入负端，和输出端；终端的输入正端和输入负端，分别接收隔离型串行总线通信电路的输出正端和输出负端输出的差分信号的正端和负端，并将差分信号转换为输出信号，输出信号为单端信号。
优选的，串行总线通信电路中的传输线称为串行总线，总线信号是指传输线上的信号。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：
(1)本实用新型巧妙地利用电容特性，实现了串行总线通信源端和终端的隔离，利用电容的“隔直”特性，有效阻断了总线上的共模电流路径，消除了可能存在的大共模电流损坏终端端口的风险，为终端端口提供了有效防护，极大提高了串行总线通信的可靠性；
(2)本实用新型利用电容的“通交”特性，避免了光耦隔离方案中通信速率无法提高及磁隔离方案中磁饱和等问题，保证了高传输速率下终端端口信号的可靠接收。
(3)本实用新型总线功耗低、通信速率高，端口防护能力强，安全性和可靠性高。
附图说明
图1本实用新型隔离型串行总线通信电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细描述。
本实用新型可应用在多节点串行总线通信网络中，阻断串行总线上共模电流传输路径，有效解决各节点设备间可能存在的地电位差、不共地及传统串行总线通信中频繁出现的接收端口烧毁等问题，保证各节点设备间安全、可靠的数据交互。
如图1所示，一种隔离型串行总线通信电路，包括：隔离电容CA和CB、匹配电阻RT、限流电阻RC和RD、电源偏置电阻RA和RB；
隔离电容CA的一端，作为隔离型串行总线通信电路的接收正端，与外部源端的输出正端相连；
隔离电容CB的一端，作为隔离型串行总线通信电路的接收负端，与外部源端的输出负端相连；
隔离电容CA的另一端，连接限流电阻RC的一端和匹配电阻RT的一端；
隔离电容CB的另一端，连接限流电阻RD的一端和匹配电阻RT的另一端；
限流电阻RC的另一端连接电源偏置电阻RA的一端，并作为隔离型串行总线通信电路的输出正端，连接外部终端的输入正端；
限流电阻RD的另一端连接电源偏置电阻RB的一端，并作为隔离型串行总线通信电路的输出负端，连接外部终端的输入负端；
电源偏置电阻RA的另一端，连接外部电源Vcc正端；
电源偏置电阻RB的另一端，接地。
优选的，隔离电容CA的一端通过双绞线中一根线与外部的源端的输出正端相连；
优选的，隔离电容CB的一端通过双绞线中另一根线与外部的源端的输出负端相连；
优选的，源端为D，具有输入和输出正端、输出负端，源端的输入能够接收输入信号，将输入信号转换为差分信号，差分信号的正从源端的输出正端输出，差分信号的负从源端的输出负端输出；
优选的，输入信号为单端信号；
优选的，单端信号为电平信号；
优选的，终端为R，具有：输入正端和输入负端，和输出端；终端的输入正端和输入负端，分别接收隔离型串行总线通信电路的输出正端和输出负端输出的差分信号的正端和负端，并将差分信号转换为输出信号，输出信号为单端信号；
优选的，串行总线通信电路中的传输线称为串行总线，总线信号是指传输线上的信号。
本实用新型隔离型串行总线通信电路连接方式图如图1所示，主要由四部分组成，隔离电容CA和CB、匹配电阻RT、限流电阻RC和RD、电源偏置电阻RA和RB。隔离型串行总线通信电路连接源端D和终端R，下面结合图1，对本实用新型的隔离型串行总线通信电路连接方式图进行展开说明：
源端，图1中为D，优选由串行总线通信的发送器实现，其接收发送信号输入，转换为串行总线所需电平后输出；
优选的，第一部分为隔离电容，图中为CA和CB，主要作用是实现源端和终端的隔离，彻底阻断共模电流路径，为终端端口提供有效防护，同时，还需保证所需通信速率范围内总线信号的正常传输，优选值为0.1uF～0.2uF；
优选的，第二部分为匹配电阻，图中为RT，主要作用是为串行总线通信提供终端阻抗匹配，有效消除总线信号在终端的反射，提高总线信号传输质量和终端接收信号的可靠性，优选范围为100～150Ω，进一步优选值为120Ω；
优选的，第三部分为限流电阻，图中为RC和RD，主要有三个作用，一是为终端端口提供串行总线空闲态偏置电压，二是降低由电源偏置电阻引入的总线功耗，三是作为终端端口输入电阻，为终端端口提供防护，其阻值需综合考虑偏置电阻优选参照如下公式选取：
上式中，|Vdiff|为终端端口差分输入电压阈值。|Vdiff|为终端端口差分输入电压阈值中终端端口差分输入电压最小值，即为隔离型串行总线通信电路的输出正端与输出负端之间的电压最小值。
优选的，第四部分为电源偏置电阻，图中为RA和RB，主要作用是在总线空闲态为终端端口提供偏置电压，将终端端口设置为输入正端电压与输入负端电压的差值不小于终端端口差分输入电压阈值、终端输出信号为高的“1”态或输入负端电压与输入正端电压的差值不小于终端端口差分输入电压阈值、输出信号为低的“0”态，电源偏置阻值需综合考虑限流电阻upixiam参照上述公式选取；
终端，图1中为R，优选由串行总线通信的接收器实现，其接收总线输入信号，经电平转换后输出。
本实用新型的端口防护能力强、通信速率高，实现方式为：
本实用新型利用电容“隔直”特性，有效阻断共模电流路径，消除了可能存在的大共模电流损坏端口的风险，增强端口防护能力；
本实用新型利用电容“通交”特性，保证了高传输速率下总线信号的可靠传输和终端端口的可靠接收。
本实用新型在传统并联端接的串行总线通信技术连接方式的基础上增加了连接到电源和地的偏置电阻，通过偏置电阻阻值的调整，将终端在总线空闲时设置为固定的“1”态或“0”态，有效解决了并联端接的串行总线通信技术连接方式中总线空闲态缺少预置的问题，但偏置电阻的增加带来了总线功耗的增大，且终端端口仍缺少保护措施，防护能力依然不足。
本实用新型进一步增加此限流电阻，该限流电阻的增加极大减小了总线由电源偏置电阻引入的功耗，且能够作为终端端口输入保护电阻，为终端端口提供防护，但考虑到终端端口偏置电压的要求，限流电阻的阻值通常不能太大，故其能为终端端口提供的防护能力有限。
本实用新型进一步采用了此隔离电容，该隔离电容的增加阻断了共模电流路径，解决了多节点串行总线通信中共模电流过大烧毁接收端口的问题，有效提高了串行总线通信的安全性和可靠性，且其对于源端和终端共地或不共地设计的应用场合均适用。
本实用新型巧妙地利用电容特性，实现了串行总线通信源端和终端的隔离，利用电容的隔直特性，有效阻断了总线上的共模电流路径，消除了可能存在的大共模电流损坏终端端口的风险，为终端端口提供了有效防护，极大提高了串行总线通信的可靠性；利用电容的“通交”特性，避免了光耦隔离方案中通信速率无法提高及磁隔离方案中磁饱和等问题，保证了高传输速率下终端端口信号的可靠接收。
Claims (8)
1.一种隔离型串行总线通信电路，其特征在于包括：隔离电容CA和CB、匹配电阻RT、限流电阻RC和RD、电源偏置电阻RA和RB；
隔离电容CA的一端，作为隔离型串行总线通信电路的接收正端，与外部源端的输出正端相连；
隔离电容CB的一端，作为隔离型串行总线通信电路的接收负端，与外部源端的输出负端相连；
隔离电容CA的另一端，连接限流电阻RC的一端和匹配电阻RT的一端，
隔离电容CB的另一端，连接限流电阻RD的一端和匹配电阻RT的另一端，
限流电阻RC的另一端连接电源偏置电阻RA的一端，并作为隔离型串行总线通信电路的输出正端，连接外部终端的输入正端
限流电阻RD的另一端连接电源偏置电阻RB的一端，并作为隔离型串行总线通信电路的输出负端；连接外部终端的输入负端
电源偏置电阻RA的另一端，连接外部电源Vcc正端；
电源偏置电阻RB的另一端，接地。
2.根据权利要求1所述的一种隔离型串行总线通信电路，其特征在于：隔离电容CA的一端通过双绞线中一根线与外部的源端的输出正端相连。
3.根据权利要求1所述的一种隔离型串行总线通信电路，其特征在于：隔离电容CB的一端通过双绞线中另一根线与外部的源端的输出负端相连。
4.根据权利要求1所述的一种隔离型串行总线通信电路，其特征在于：源端为D，具有输入和输出正端、输出负端，源端的输入能够接收输入信号，将输入信号转换为差分信号，差分信号的正从源端的输出正端输出；差分信号的负从源端的输出负端输出。
5.根据权利要求1所述的一种隔离型串行总线通信电路，其特征在于：输入信号为单端信号。
6.根据权利要求5所述的一种隔离型串行总线通信电路，其特征在于：单端信号为电平信号。
7.根据权利要求1所述的一种隔离型串行总线通信电路，其特征在于：终端为R，具有：输入正端和输入负端，和输出端；终端的输入正端和输入负端，分别接收隔离型串行总线通信电路的输出正端和输出负端输出的差分信号的正端和负端，并将差分信号转换为输出信号，输出信号为单端信号。
8.根据权利要求1所述的一种隔离型串行总线通信电路，其特征在于：串行总线通信电路中的传输线称为串行总线，总线信号是指传输线上的信号。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113110673A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-07-13 | 上海奥令科电子科技有限公司 | 数字信号传输处理装置及方法 |
| CN113419986A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-21 | 深圳市车智杰车联网有限公司 | 一种提高总线抗干扰能力的方法 |
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