CN214376427U - 总线阻抗匹配电路及总线系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种总线阻抗匹配电路及总线系统，电路包括控制器、控制开关和匹配电阻，控制开关的数量、匹配电阻的数量与总线上的节点设备的数量相匹配，控制器连接控制开关的控制端，控制开关的第一输出端通过匹配电阻连接对应节点设备的第一端，控制开关的第二输出端连接对应节点设备的第二端，控制器对总线上的始端设备和终端设备所处支路的控制开关发送控制信号，以使控制开关导通。在确定了始端设备和终端设备后，控制器通过对控制开关发送控制信号，以使控制开关导通，使始端设备和终端设备接入匹配电阻，保障总线上的设备正常运行，该电路不用人工操作接入电阻，使用便捷。

Description

总线阻抗匹配电路及总线系统

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别是涉及一种总线阻抗匹配电路及总线系统。

背景技术

总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，CAN总线是总线的一种，是一种广泛使用的总线协议，其具有成本低、速度快、实时性好和可靠性高等特点。根据CAN总线ISO 11898协议规定，CAN总线必须在网络的两端安装合适的总线首端电阻和终端电阻，Can总线通讯设备一般为数个到数十个，针对于单总线模式，多个节点设备连接的时候，只需要开启终端末端电阻即可，其他节点电阻无需增加。

传统的给CAN总线匹配电阻的方法是在每个节点设备处都连接一个终端电阻，将终端电阻串接一个拨码开关，人工接好每个设备节点后，再人工拨码确定电阻是否接入电路，此方法每个设备都需要人工观察检测，使用不便捷。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的阻抗匹配方法使用不便捷的问题，提供一种总线阻抗匹配电路及总线系统。

一种总线阻抗匹配电路，包括控制器、控制开关和匹配电阻，所述控制开关的数量、所述匹配电阻的数量与总线上的节点设备的数量相匹配，所述控制器连接所述控制开关的控制端，所述控制开关的第一输出端通过所述匹配电阻连接对应节点设备的第一端，所述控制开关的第二输出端连接对应节点设备的第二端，所述控制器对总线上的始端设备和终端设备所处支路的控制开关发送控制信号，以使所述控制开关导通。

一种总线系统，包括总线、节点设备和如上述的总线阻抗匹配电路，所述总线阻抗匹配电路中的匹配电阻的数量与所述节点设备的数量相匹配，所述总线阻抗匹配电路中的控制开关的第一输出端通过所述匹配电阻连接对应节点设备的第一端，所述控制开关的第二输出端连接对应节点设备的第二端，所述总线阻抗匹配电路中的控制器对总线上的始端设备和终端设备所处支路的控制开关发送控制信号，以使所述控制开关导通。

上述总线阻抗匹配电路及总线系统，包括控制器、控制开关和匹配电阻，控制开关的数量、匹配电阻的数量与总线上的节点设备的数量相匹配，控制器连接控制开关的控制端，控制开关的第一输出端通过匹配电阻连接对应节点设备的第一端，控制开关的第二输出端连接对应节点设备的第二端，控制器对总线上的始端设备和终端设备所处支路的控制开关发送控制信号，以使控制开关导通。在确定了始端设备和终端设备后，控制器通过对控制开关发送控制信号，以使控制开关导通，使始端设备和终端设备接入匹配电阻，保障总线上的设备正常运行，该电路不用人工操作接入电阻，使用便捷。

在其中一个实施例中，所述控制开关为光耦，所述光耦的发光器的一端接入电源，所述光耦的发光器的另一端连接所述控制器，所述光耦的受光器的一端通过所述匹配电阻连接节点设备的第一端，所述光耦的受光器的另一端连接节点设备的第二端。

在其中一个实施例中，所述控制器连接总线上的节点设备，所述控制器为根据获取到的各节点设备的地址信息确定所述始端设备和所述终端设备的单片机。

在其中一个实施例中，还包括总线通讯接口电路，所述控制器通过所述总线通讯接口电路连接节点设备。

在其中一个实施例中，所述总线通讯接口电路包括接口转换芯片和滤波电路，所述控制器连接所述接口转换芯片，所述接口转换芯片连接所述滤波电路，所述滤波电路连接节点设备。

在其中一个实施例中，所述滤波电路包括滤波电容和共模电感，所述接口转换芯片通过所述共模电感连接节点设备，所述接口转换芯片通过所述滤波电容接地。

在其中一个实施例中，还包括第一熔断器和第二熔断器，所述匹配电阻远离所述控制开关的一端通过所述第一熔断器连接节点设备的第一端，所述控制开关的第二输出端通过所述第二熔断器连接节点设备的第二端。

在其中一个实施例中，还包括浪涌保护电路，所述匹配电阻远离所述控制开关的一端和所述控制开关的第二输出端均连接所述浪涌保护电路，所述浪涌保护电路接地。

在其中一个实施例中，还包括限流电路，所述控制器通过所述限流电路连接所述控制开关的控制端。

附图说明

图1为一个实施例中总线阻抗匹配电路的结构框图；

图2为一个实施例中总线阻抗匹配电路的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在一个实施例中，请参见图1，提供一种总线阻抗匹配电路，包括控制器100、控制开关200和匹配电阻300，控制开关200的数量、匹配电阻300的数量与总线上的节点设备的数量相匹配，控制器100连接控制开关200的控制端，控制开关200的第一输出端通过匹配电阻300连接对应节点设备的第一端，控制开关200的第二输出端连接对应节点设备的第二端，控制器100对总线上的始端设备和终端设备所处支路的控制开关200发送控制信号，以使控制开关200导通。在确定了始端设备和终端设备后，控制器100通过对控制开关200发送控制信号，以使控制开关200导通，使始端设备和终端设备接入匹配电阻300，保障总线上的设备正常运行，该电路不用人工操作接入电阻，使用便捷。

具体地，以总线为CAN总线为例，CAN中线上可能连接有多个节点设备。例如在物流领域，物流自动化设备需要多个功能模块配合使用，电机及传感器需要进行通信，以完成信号传输和设备控制，这些需要相互通信的器件通过CAN总线连接，组成CAN总线网络。CAN总线的数据总线有两条，包括CAN_H和CAN_L，CAN总线网络主要挂在CAN_H和CAN_L，各个节点设备通过这两条线实现信号的传输位于CAN总线两端处的设备分别为始端设备和终端设备。对于单总线模式，多个节点设备连接的时候，需要在始端设备和终端设备处接入匹配电阻300，以避免信号的反射和干扰。工作人员将各个节点设备接入到总线上后，可以根据连接情况从这些节点设备中确定始端设备和终端设备，例如将位于总线两端的设备确定为始端设备和终端设备。匹配电阻300的阻值并不是唯一的，例如可以为120Ω，因为电缆的特性阻抗为120Ω，因此将匹配电阻300的阻值设置为该值可以模拟无限远的传输线。可以理解，在其他实施例中，匹配电阻300也可以为其他阻值，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

控制器100连接控制开关200的控制端，控制开关200的第一输出端通过匹配电阻300连接节点设备的第一端，控制开关200的第二输出端连接节点设备的第二端，此处匹配电阻300和控制开关200的第二输出端连接的是同一个节点设备。控制器100发送控制信号至控制开关200，以调整控制开关200的导通或关断状态，控制信号一般为高电平信号或低电平信号。控制开关200在接收到高电平或低电平信号，或者其他类型的信号，控制开关200会对应处于导通或截止状态。当控制开关200导通时，控制开关200的第一输出端和第二输出端导通，节点设备的第一端通过匹配电阻300和控制开关200与自身的第二端导通，从而使匹配电阻300接入该节点设备，以使CAN总线网络正常运行。

控制开关200的数量、匹配电阻300的数量与总线上的节点设备的数量相匹配，即总线上的每一个节点设备都对应连接有一个匹配电阻300和一个控制开关200，在CAN总线网络运行时，并不需要将每个节点设备均接入一个匹配电阻300，只需对始端设备和终端设备接入匹配电阻300，因此，在确定了始端设备和末端设备后，控制器100只对与始端设备处于同一支路的控制开关200和与终端设备处于同一支路的控制开关200发送控制信号，使这两个控制开关200导通，从而使始端设备和终端设备接入匹配电阻300。控制器100的数量可以为一个，各个支路上的控制开关200的控制端连接同一控制器100，具体可连接到控制器100的不同端口，实现一个控制器100控制多个控制开关200的导通状态，提高了工作效率。

在一个实施例中，请参见图2，控制开关200为光耦U2，光耦U2的发光器的一端接入电源，光耦U2的发光器的另一端连接控制器100，光耦U2的受光器的一端通过匹配电阻300连接节点设备的第一端，光耦U2的受光器的另一端连接节点设备的第二端。光耦U2以光为媒介来传输电信号，当发光器导通发出光线后，受光器接受光线之后产生光电流，从输出端流出，使受光器导通，从而实现了“电—光—电”控制，光耦U2信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。

具体地，光耦U2为固态光耦，光耦U2包括发光器和受光器，发光器可以为红外线发光二极管，受光器可以为光敏半导体管，红外线发光二极管的阳极接入电源，阴极连接控制器100，光敏半导体管的第一输出端通过匹配电阻300连接节点设备的第一端，光敏半导体管的第二输出端连接节点设备的第二端。确定了始端设备和终端设备后，控制器100向始端设备和终端设备所在的电路支路上的光耦U2的二极管的阴极发送低电平信号，红外线发光二极管导通，光敏半导体管导通，始端设备和终端设备均接入了一个匹配电阻300，已完成阻抗匹配。可以理解，在其他实施例中，控制开关200也可以为其他类型和结构的器件，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，控制器100连接总线上的节点设备，控制器100为根据获取到的各节点设备的地址信息确定始端设备和终端设备的单片机。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，作为控制器100具有集成度高、体积小和可靠性好等优点。

当控制器100为单片机时，总线上各节点设备均连接单片机。每个节点设备都有自己的地址信息，地址信息可以为ID(Identity document，身份标识)号，单片机获取所有节点设备的ID号后，可根据ID号可以确定始端设备和终端设备，首地址对应的节点设备为始端设备，末地址对应的节点设备为终端设备，然后向始端设备和终端设备所在支路上的控制开关200发送控制信号。或者，控制器100也可以通过自动配置的方式确定始端设备和终端设备。具体地，将一个个节点设备一级级的上电，上电后反馈给上一级和下一级，告诉是否最后一个。如A为主机，B,C从机，A上电初始化后，给命令打开B设备电源，B设备打开后，会反馈信号给A设备，B设备同时打开后续设备电源开关，等待反馈，如无反馈即为终端设备，则配置电阻，有反馈则下一级C设备继续反馈和检测，实现始端设备和终端设备的自动确定，提高了总线阻抗匹配电路的自动化程度。可以理解，在其他实施例中，控制器100也可以按照其他方式确定始端设备和终端设备，控制器100的类型也可以为其他，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图2，总线阻抗匹配电路还包括总线通讯接口电路400，控制器100通过总线通讯接口电路400连接节点设备。总线通讯接口电路400可以对控制器100和节点设备之间传输的信号进行处理，以提高节点设备和控制器100的工作性能。

具体地，总线通讯接口电路400的结构并不是唯一的，在一个实施例中，总线通讯接口电路400包括接口转换芯片U1。接口转换芯片U1可进行逻辑电平和信号电平之间的转换，控制器100将逻辑电平输出到接口转换芯片U1后，接口转换芯片U1内部转换将逻辑电平转换为差分信号，然后将差分信号输出到CAN总线上，CAN总线上的节点可以决定自己是否需要总线上的数据。此外，接口转换芯片U1也能将CAN_H和CAN_L线上传来的差分电平转换为逻辑电平后输出到控制器100。可以理解，在其他实施例中，接口转换芯片U1还可以包括其他功能，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图2，总线通讯接口电路400包括接口转换芯片U1和滤波电路410，控制器100连接接口转换芯片U1，接口转换芯片U1连接滤波电路410，滤波电路410连接节点设备。

接口转换芯片U1可进行逻辑电平和信号电平之间的转换，控制器100将逻辑电平输出到接口转换芯片U1后，接口转换芯片U1内部转换将逻辑电平转换为差分信号，然后将差分信号输出到CAN总线上，CAN总线上的节点可以决定自己是否需要总线上的数据。此外，接口转换芯片U1也能将CAN_H和CAN_L线上传来的差分电平转换为逻辑电平后输出到控制器100。滤波电路410连接接口转换芯片U1和节点设备，可将接口转换芯片U1和节点设备之间传输的信号进行滤波处理，提高信号质量，从而提高总线阻抗匹配电路的工作性能。

在一个实施例中，请参见图2，滤波电路410包括滤波电容C1和共模电感TX1，接口转换芯片U1通过共模电感TX1连接节点设备，接口转换芯片U1通过滤波电容C1接地。滤波电容C1可以滤除信号中的杂波，共模电感TX1可以滤除共模信号，两者结合可以提高信号质量，从而提高总线阻抗匹配电路的工作性能。可以理解，在其他实施例中，滤波电路410也可以为其他结构，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图2，总线阻抗匹配电路还包括第一熔断器F1和第二熔断器F2，匹配电阻300远离控制开关200的一端通过第一熔断器F1连接节点设备的第一端，控制开关200的第二输出端通过第二熔断器F2连接节点设备的第二端。当流经熔断器的电流过大时，熔断器会断开，把电路切换，防止过电流损坏其他器件。因此，第一熔断器F1和第二熔断器F2均可以防止所在电路支路上的电流过大，起到保护电路器件的作用。

在一个实施例中，请参见图2，总线阻抗匹配电路还包括浪涌保护电路500，匹配电阻300远离控制开关200的一端和控制开关200的第二输出端均连接浪涌保护电路500，浪涌保护电路500接地。浪涌保护电路500可以防止静电浪涌，起到保护电路器件的作用。浪涌保护电路500的结构并不是唯一的，在本实施例中，浪涌保护电路500包括第一瞬态抑制二极管D1和第二瞬态抑制二极管D2，匹配电阻300远离控制开关200的一端通过第一瞬态抑制二极管D1接地，控制开关200的第二输出端通过第二瞬态抑制二极管D2接地。瞬态抑制二极管是一种二极管形式的高效能保护器件，当瞬态抑制二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。可以理解，在其他实施例中，浪涌保护电路500也可以为其他结构，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图2，总线阻抗匹配电路还包括限流电路600，控制器100通过限流电路600连接控制开关200的控制端。限流电路600可以限制控制器100与控制开关200之间传输的电流大小，避免电流过大损坏控制器100或控制开关200，起到保护电路器件的作用。限流电路600的结构并不是唯一的，在本实施例中，限流电路600包括限流电阻R3，限流电阻R3可以将流过的电流转化为热能消耗，起到限制限流大小的作用，且限流电阻R3使用成本低，可以节约电路成本。可以理解，在其他实施例中，限流电路600也可以为其他结构，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

上述总线阻抗匹配电路，包括控制器100、控制开关200和匹配电阻300，控制开关200的数量、匹配电阻300的数量与总线上的节点设备的数量相匹配，控制器100连接控制开关200的控制端，控制开关200的第一输出端通过匹配电阻300连接对应节点设备的第一端，控制开关200的第二输出端连接对应节点设备的第二端，控制器100对总线上的始端设备和终端设备所处支路的控制开关200发送控制信号，以使控制开关200导通。在确定了始端设备和终端设备后，控制器100通过对控制开关200发送控制信号，以使控制开关200导通，使始端设备和终端设备接入匹配电阻300，保障总线上的设备正常运行，该电路不用人工操作接入电阻，使用便捷。

在一个实施例中，提供一种总线系统，包括总线、节点设备和如上述的总线阻抗匹配电路。节点设备连接总线，总线阻抗匹配电路连接节点设备。以总线为CAN总线为例，CAN中线上可能连接有多个节点设备。例如在物流领域，物流自动化设备需要多个功能模块配合使用，电机及传感器需要进行通信，以完成信号传输和设备控制，这些需要相互通信的器件通过CAN总线连接，组成CAN总线网络。CAN总线的数据总线有两条，包括CAN_H和CAN_L，CAN总线网络主要挂在CAN_H和CAN_L，各个节点设备通过这两条线实现信号的传输位于CAN总线两端处的设备分别为始端设备和终端设备。对于单总线模式，多个节点设备连接的时候，需要在始端设备和终端设备处接入匹配电阻300，以避免信号的反射和干扰。总线阻抗匹配电路可以将始端设备和终端设备接入匹配电阻300，保障总线系统的正常运行。

为了更好地理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中，总线阻抗匹配电路包括控制器100、控制开关200、匹配电阻300、总线通讯接口电路400、第一熔断器F1、第二熔断器F2、浪涌保护电路500和限流电路600，控制器100为MCU，控制开关200为固态光耦，总线通讯接口电路400包括接口转换芯片U1、滤波电容C1和共模电感TX1，浪涌保护电路500包括第一瞬态抑制二极管D1和第二瞬态抑制二极管D2，限流电路600为限流电阻R3。

具体地，请参见图，U1为接口转换芯片U1，C1为滤波电容C1，TX1为共模电感TX1，可以滤除共模信号，F1和F2分别为第一熔断器F1和第二熔断器F2，可以均为自恢复保险保护芯片，D1和D2分别为第一瞬态抑制二极管D1和第二瞬态抑制二极管D2，可以防止静电浪涌损坏芯片。R2为终端匹配电阻300，U2为固态光耦，R3为限流电阻R3，can_tx和can_rx连接到自身MCU，can_RES接到自身设备MCU，CAN_H1和can_L1对外连接其他设备的通讯口。信号CAN_RES接入MCU，控制固态光耦通断，当CAN_RES为高时，终端电阻断开，不接入回路，当CAN_RES为低时，固态光耦连通，终端电阻R2接入回路。

当接入多个设备的时候，就可以根据ID号确定最后的终端和始端设备，ID指的是地址号，MCU直接控制终端电阻的有无。有两种情况：第一，目前我们设备是一级级的顺序接入下去，每个设备都有自己的地址，我们设备可以根据地址号来知道终端和始端设备，首地址为始端设备，末地址为终端设备。另外一种情况是自动配置，一个个设备一级级的上电，上电后反馈给上一级和下一级，告诉是否最后一个。如A为主机，B,C从机，A上电初始化后，给命令打开B设备电源，B设备打开后，会反馈信号给A设备，B设备同时打开后续设备电源开关，等待反馈，如无反馈为终端设备，则配置电阻，有反馈则下一级C设备继续反馈和检测。通过控制器100进行电阻匹配方便便捷，自动化程度高。

上述总线系统，包括控制器100、控制开关200和匹配电阻300，控制开关200的数量、匹配电阻300的数量与总线上的节点设备的数量相匹配，控制器100连接控制开关200的控制端，控制开关200的第一输出端通过匹配电阻300连接对应节点设备的第一端，控制开关200的第二输出端连接对应节点设备的第二端，控制器100对总线上的始端设备和终端设备所处支路的控制开关200发送控制信号，以使控制开关200导通。在确定了始端设备和终端设备后，控制器100通过对控制开关200发送控制信号，以使控制开关200导通，使始端设备和终端设备接入匹配电阻300，保障总线上的设备正常运行，该电路不用人工操作接入电阻，使用便捷。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种总线阻抗匹配电路，其特征在于，包括控制器、控制开关和匹配电阻，所述控制开关的数量、所述匹配电阻的数量与总线上的节点设备的数量相匹配，所述控制器连接所述控制开关的控制端，所述控制开关的第一输出端通过所述匹配电阻连接对应节点设备的第一端，所述控制开关的第二输出端连接对应节点设备的第二端，所述控制器对总线上的始端设备和终端设备所处支路的控制开关发送控制信号，以使所述控制开关导通。

2.根据权利要求1所述的总线阻抗匹配电路，其特征在于，所述控制开关为光耦，所述光耦的发光器的一端接入电源，所述光耦的发光器的另一端连接所述控制器，所述光耦的受光器的一端通过所述匹配电阻连接节点设备的第一端，所述光耦的受光器的另一端连接节点设备的第二端。

3.根据权利要求1所述的总线阻抗匹配电路，其特征在于，所述控制器连接总线上的节点设备，所述控制器为根据获取到的各节点设备的地址信息确定所述始端设备和所述终端设备的单片机。

4.根据权利要求1所述的总线阻抗匹配电路，其特征在于，还包括总线通讯接口电路，所述控制器通过所述总线通讯接口电路连接节点设备。

5.根据权利要求4所述的总线阻抗匹配电路，其特征在于，所述总线通讯接口电路包括接口转换芯片和滤波电路，所述控制器连接所述接口转换芯片，所述接口转换芯片连接所述滤波电路，所述滤波电路连接节点设备。

6.根据权利要求5所述的总线阻抗匹配电路，其特征在于，所述滤波电路包括滤波电容和共模电感，所述接口转换芯片通过所述共模电感连接节点设备，所述接口转换芯片通过所述滤波电容接地。

7.根据权利要求1所述的总线阻抗匹配电路，其特征在于，还包括第一熔断器和第二熔断器，所述匹配电阻远离所述控制开关的一端通过所述第一熔断器连接节点设备的第一端，所述控制开关的第二输出端通过所述第二熔断器连接节点设备的第二端。

8.根据权利要求1所述的总线阻抗匹配电路，其特征在于，还包括浪涌保护电路，所述匹配电阻远离所述控制开关的一端和所述控制开关的第二输出端均连接所述浪涌保护电路，所述浪涌保护电路接地。

9.根据权利要求1所述的总线阻抗匹配电路，其特征在于，还包括限流电路，所述控制器通过所述限流电路连接所述控制开关的控制端。

10.一种总线系统，其特征在于，包括总线、节点设备和如权利要求1-9任意一项所述的总线阻抗匹配电路，所述总线阻抗匹配电路中的匹配电阻的数量与所述节点设备的数量相匹配，所述总线阻抗匹配电路中的控制开关的第一输出端通过所述匹配电阻连接对应节点设备的第一端，所述控制开关的第二输出端连接对应节点设备的第二端，所述总线阻抗匹配电路中的控制器对总线上的始端设备和终端设备所处支路的控制开关发送控制信号，以使所述控制开关导通。

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