TWI459207B

TWI459207B - 單線串列協定實施系統及方法

Info

Publication number: TWI459207B
Application number: TW096138762A
Authority: TW
Inventors: Robinson Curtis
Original assignee: Monolithic Power Systems Inc
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2014-11-01
Also published as: CN101165675B; TW200828022A; CN101165675A

Description

單線串列協定實施系統及方法

本發明涉及通信系統領域，更具體地涉及用在電子串列通信系統。

現代電子器件的電路逐漸需要更高級別的功能，並且常常使用具有通信埠的電路來設置臨界參數。儘管需要高級別的功能，但是很多傳統應用卻往往只用一個或兩個管腳(pin)來進行控制。比如說，通常在空間非常珍貴的緊密式電話的鉸鏈區中將一個管腳介面用作一條單線。這些傳統應用的新一代部件也必須仍舊使用一個或兩個管腳作為介面。

在單線串列協定中，其模式為必須傳送資料極性和資料時鐘。為了實現這一點，一些已知的單線串列通信協定使用脈衝計數。在這些協議中，接收由暫停分隔的脈衝圖案，並且接收器對於在暫停之後的脈衝進行計數。計數值即為脈衝包的值。重複的圖案發送多個值到接收器，以用於處理命令。然而計數脈衝本身是一種低效率的技術。一些其他的協定包括脈寬調製，以通過高低占空比來區分高低位。在一個要求占空比解析(resolution)的電路中，有必要進行週期和脈衝寬度的測量來確定高和低之間的區別。這些方法需要占空比估測的整個週期，並且這些方法本身效率較低。

典型的現有技術的單線介面協定需要相對大量的複雜電路來實現。以下描述一種能夠有效實現的優選的單線串列協定。

本發明通過多個系統、設備和方法來描述和說明。除了在發明內容部分中所述的本發明的這些方面之外，通過參照附圖和閱讀隨後的詳細說明可使得本發明的其他方面變得清楚。一種用於單線串列通信的方法和設備包括：定義作為資料的預定短脈衝和作為資料分隔符號的預定長脈衝。

在該方法中，還包括：當傳輸相同極性的連續資料脈衝時，在所述連續資料脈衝之間僅提供一個所述資料分隔符號；以及當傳輸極性交替的連續資料脈衝時，在所述極性交替的連續資料脈衝之間不提供資料分隔符號。

在該方法中，所述預定短脈衝包括：用以定義脈衝可接受寬度的最小寬度和最大寬度；以及所述預定長脈衝包括最小寬度，以及如果使用休止間隔則可選地包括最大寬度。

在該方法中，所述串列通信包括在強弱控制器驅動的結合與僅僅強控制器驅動之間進行選擇。

在該方法中，所述串列通信還包括接收器，所述接收器在所述控制器使用強驅動和弱驅動時直接驅動通信線路，或者在使用所述強驅動和電流或電壓感測器的控制器的協助下間接驅動通信線路；其中由所述接收器進行的對通信線路的所述驅動包括確認和回應。

在該方法中，還包括：發射雙長脈衝終止符，所述雙長脈衝終止符進一步包括兩個連續長脈衝作為可選的協議終止符。

在該方法中，所述串列通信還包括：在控制器發射所述雙長脈衝終止符的第一個長脈衝之後，通過直接或間接翻轉第二個長脈衝的極性來確認資料包通信的終止；以及當所述接收器在等待間隔內未成功確認之後，強制所述控制器改變所述第二個長脈衝的極性。

在該方法中，還包括：使用主控制器將資料發送到多個接收器和控制器中的所選接收器；使用所述主控制器發送在雙長脈衝終止符中的第一脈衝，使得該所選接收器能夠將極性改變至第二長脈衝；以及使用所述主控制器發送初始極性變化，使得該所選接收器可以以相同協定開始發送回讀數據，直至該所選接收器發送雙長脈衝終止符為止。

在該方法中，還包括：通過來自該所選接收器的直接驅動或由所述主控制器協助的來自該所選接收器的間接驅動來發送回讀數據。

在該方法中，還包括：持續將資料回讀，直至在得到足夠但不必是全部的資料之後由所述主控制器使得雙長脈衝終止符中斷或者終止該協議為止；或者由該所選接收器釋放完所述回讀數據並通過使所述雙長脈衝終止符出現而向所述回讀數據末尾發信號，而使得所述雙長脈衝終止符中斷或者終止該協議為止。

在該方法中，與所述強弱驅動相結合地使用接收器計時器，以避免所述短脈衝和所述長脈衝中的過早變化。

在該方法中，所述主控制器使用其自身時序去回應該所選接收器的處理，從而在所述回讀期間內形成短脈衝。

在該方法中，所述主控制器運行在長脈衝的末尾以使得協議繼續。

本發明還提供一種在串列通信中在多個控制器之間仲裁的方法，包括：互換控制器和接收器的角色；如果其通信線路在預定休止間隔內沒有躍遷，則定義所述控制器為空閒；以及使用主控制器對聽控制器進行定址，以輪詢和選擇下一個控制器通過定址到的指令包來進行控制。

在該方法中，響應來自放棄控制器的接管指令，在雙長脈衝終止過程中在對第二脈衝確認極性改變時在任意一對控制器之間發生切換。

在該方法中，所述控制器包括分配位址，其與比長脈衝長而比預定休止間隔時間短的仲裁時間延遲成比例；在線路釋放後線路極性的改變引起控制線路的競爭，並且各競爭控制器用強驅動保持新的極性；競爭控制器在各自設置的時間間隔之後通過使用弱驅動嘗試線路極性的改變來競爭線路控制，並且具有最長時間間隔的所述競爭控制器贏得對線路控制的競爭，其中對於較高優先順序將施加間隔設置得較長；以及在未能通過所述弱驅動改變線路極性時，所述競爭控制器通過關閉其輸出驅動以等待下一休止間隔來放棄線路。

在該方法中，主控制器通過維持線路極性、忽略仲裁嘗試以及等待來自所述競爭控制器的讀出電流消失，或者通過發射長脈衝的持續序列以阻止仲裁嘗試，來拒絕釋放控制。

本發明還提供一種單線串列通信系統，包括控制器，當所述控制器僅包含強驅動時，所述控制器用作發射器。

在該系統中，當所述控制器包含所述強驅動和電流或電壓感測器時，所述控制器用作所述發射器和一接收器。

在該系統中，當所述控制器包含所述強驅動和一弱驅動時，所述控制器用作所述發射器和所述接收器，其中所述接收器包括弱于所述強驅動且強於所述弱驅動的中間驅動。

在該系統中，所述接收器為可定址或不可定址的接收器，當所述接收器是所述不可定址的接收器時，所述接收器為休眠接收器；而當所述接收器是所述可定址的接收器時，所述接收器為休眠接收器或確認接收器；其中所述確認接收器進一步包括非回讀接收器或回讀接收器。

本發明還提供一種單線串列通信系統，包括：計時器，用以產生作為預定短脈衝的用於資料的時鐘信號，以及用以產生作為預定長脈衝的用於資料分隔符號的非時鐘信號；和移位寄存器，連接至所述計時器，用以基於所述產生的時鐘信號存儲資料。

在該系統中，所述計時器進一步包括：高脈寬識別器；低脈寬識別器；和組合邏輯電路，連接于該高脈寬識別器和該低脈寬識別器，用以確定接收到的脈衝是所述資料還是所述資料分隔符號。

在該系統中，所述計時器進一步包括：第一雙穩態多諧振盪器，用以儲存出現的高長脈衝；第二雙穩態多諧振盪器，用以儲存出現的低長脈衝；和組合邏輯電路，用以確定出現的雙長脈衝終止符是來自於所述第一雙穩態多諧振盪器還是所述第二雙穩態多諧振盪器。

本發明提供一種用於單線串列協定的方法和設備。本說明書中的具體實施例描述了本發明的示例性實例，並且實際地而非限制性地示出了本發明而非。在下述的描述中，為了更好的說明，闡述了很多的具體細節，以提供對本發明的全面理解。然而，對於本領域的技術人員來說清楚的是，在沒有這些具體細節的情況下本發明仍舊可以實施。

說明書中引用的“一個實施例”或“實施例”表示與包含在至少一個發明實施例中的實施例關聯的具體的特徵、結構、特性。在說明書種各處出現的短語“在一個實施例中”或“在一些實施例中”並非全表示同一個實施例，也並非在其他實施例中獨立存在或唯一存在。

清楚的是，本協議可用於控制器和接收器之間的通信。控制器可為傳輸資料的任意設備，接收器可為接收資料的任意設備。本協定也可用於能接收資料的控制器和能傳輸資料的接收器。這裏講的資料用以表示任意資訊，其包含但不局限於指令、命令、代碼、位址或可用二進位碼表示的其他任意資訊。

基本原理

本協議規定：短於預定寬度的脈衝被認為是資料脈衝，長於該預定寬度的脈衝被忽略。因此，其脈衝寬度在預定寬度內的資料脈衝表示為有效位元值，其脈衝寬度大於預定寬度表示為忽略位值。被接受為資料的短脈衝的高低極性分別確定高值或低值。如果長脈衝是長度足夠被認為不是資料的脈衝，則不考慮其高低。

某些實施例還支持在末尾使用兩個長脈衝作為終止符。由於在資料通信協定中不需要具有兩個長脈衝，因此可將兩個連續的忽略位值序列用作通信終止符。

圖1示出該協議的基本資料模型。圖1示出使用最大脈衝寬度通信方式的具有<11010011>的發送模型。在開始處100的躍遷可用於設置第一個資料脈衝的邏輯極性。如上所述，接收器可被設置為忽略具有其在前寬度大於可接受寬度的躍遷。在圖1的示例中，第一個短脈衝101為高脈衝。該短高脈衝在接收器的移位寄存器中按時鐘記錄高。為了避免在高後按時鐘記錄低值，隨後的低脈衝102為長脈衝。示例性序列按時鐘依次為高103，低104，高105和低106。脈衝103－106都足夠短，以在預定可接受寬度之內。對於資料接收的最大脈衝寬度130可被指定。連續高或連續低可在兩個短脈衝之間按時鐘記錄一個長脈衝。圖1的示例中，在高脈衝101和103之間使用長低值脈衝102。同樣，在低脈衝106和108之間使用長高值脈衝107。因此，其寬度在預定接受寬度之內的脈衝被認定為是表示資料值，例如位元的邏輯高或邏輯低。

由於矽電路的物理局限或雜訊消除要求，實現該協議的控制器和接收器的電實施例需要最小脈衝寬度。在一些實施例中，單引線介面協定可採用例如0.1微秒的最小脈衝寬度來實現。也就是說，其高或低脈衝值保持小於0.1微秒的高低脈衝將不認為是資料脈衝。根據物理或邏輯因素也可以定義其他的最小脈衝寬度。

本協議可定義一個短脈衝，其脈衝寬度大於最小脈衝寬度並小於任意選擇的可接受值。在一些實施例中，短於5微秒並大於0.1微秒的脈衝被定義為短脈衝。大於5微秒的脈衝定義為長脈衝。在一些實施例中，也可以使用短脈衝和長脈衝間的保護頻帶、其他的最小或最大時間段。

圖4示出使用上述協定分類資料的方法。步驟401定義有效數位的標準脈衝寬度(PWs)。在步驟402中，將接收資料位元脈衝寬度(PWi)和標準脈衝寬度(PWs)進行比較。如果接收資料位元脈衝寬度(PWi)大於標準脈衝寬度(PWs)，則在步驟403中，資料被分類成一個長脈衝或稱資料分隔符號(separator)，並且不被認定為有效資料位元。

在步驟404中，如果接收資料位元脈衝寬度(PWi)不大於標準脈衝寬度(PWs)，則該資料被分類成短脈衝或稱有效資料位元。如果在步驟405中檢測到資料分隔符號(例如兩個連續的長脈衝)，則按時鐘記錄有效資料。如果在步驟405中未檢測到資料分隔符號，則執行步驟402，即將接收資料位元脈衝寬度(PWi)和標準脈衝寬度(PWs)進行比較。

終止

如上所述，本協議可在連續高或低的之間僅使用一個介入長脈衝。最後，本協定通過邏輯極性相反的兩個連續長脈衝來結束本協定，並表示資料被鎖定。圖1示出長低脈衝120隨後跟著長高脈衝121。因為前面的有效位111為高，所以終止以向長低脈衝的躍遷開始。本實例的躍遷順序可用以表示終止。雖然未在圖中表示，如果前面的有效位為低，則終止序列也可以是長高脈衝和隨後的長低脈衝啟動。

終止是可選的，在一些實施例中不使用。例如，當不需要從移位寄存器中鎖定資料時，如在一對控制器和接收器的情況下，沒必要終止。在這些實施例中，由於不使用終止符的接收器只包含長脈衝，所以可以忽略它。

圖2A和2B示出不採用例如由圖1中的脈衝120和121形成的終止的實例。圖2A表示了和圖1中相同的資料序列<1101001>，但沒有資料值111。圖2B表示了和圖1相同的資料序列<11010011>。在兩個實施例中都示出資料接受寬度201。

在一些實施例中，控制器使用的長脈衝可以接近或長於接收器提供的所有脈衝。如果接收器休眠(silent)，長脈衝可以為任意長。

不同類型的控制器和接收器的協定應用

這裏描述的協定可以應用於一個控制器的情況，也可以應用於在同一根引線的多控制器的情況。本協議也可以應用於和一個或多個休眠的接收器、資料確認接收器或資料回讀(readback)接收器結合的場合。此外，可使用多種方法來實現在先前列出的設備間的協定。

可實現串列介面的控制器－接收器組合的多種實施例。例如，設備可以為可交互的或使用以下任一組合的專用接收器或控制器，所述組合包括：輸出驅動力、資料鎖定、雙長脈衝終止符識別或確認。休眠接收器不需要驅動功能。沒有位址的接收器不需要鎖資料或雙長脈衝終止符的識別，並接收所有到來的資料。有位址的休眠接收器可以使用協定中編碼的的位址，以選擇哪個通信包接收資料。在雙長脈衝終止序列可發生鎖定。回應接收器可具有這樣的功能，即使用中間驅動來執行資料確認或使用短脈衝計時來實現回讀期間的中間驅動改變。如果中間驅動改變成功，則能夠檢測電流或電壓。

不支援資料確認或資料回讀的單獨控制器可通過只使用強輸出驅動來實現。它將資料定址到多個接收器，並且在不與其他控制器共用其線路的情況下忽略返回資訊。支援資料確認和資料回讀的控制器可以與多個控制器和接收器進行通信。以下的示例示例性示出本協議的一些實施例，但不局限於此。

例如，可通過使用控制器和接收器中不同程度的輸出驅動功能實現雙向通信。按照遞減力順序的驅動輸出可以是控制器強驅動，接收器中間驅動，控制器弱驅動和無驅動或任意一對控制器－接收器的高阻抗。在這個應用中，當控制器回復到弱驅動時，接收器可在適當的點插入它的線路極性改變。標準的非定制(off－the－shelf)控制器可通過在多種結構引腳使用不同值的電阻而並非使用可變驅動輸出以形成多個驅動串來實現這個方法。

另一個實施例為僅在控制器上使用強驅動，在接收器上使用弱驅動。這個應用要求控制器具有電流感測器或與接收器和控制器一起運行的限流器。在這種情況下，控制器在信號線中進行所有的躍遷，但將檢測下接收器的內部短脈衝計時器確定的適合點上是否存在與弱驅動狀態的線電極衝突的接收器。可選擇地，脈衝定時可通過使用控制器的驅動控制來專門地保持。控制器的電流感測器檢測從接收器來的電流，根據協定的階段來確定是否改變極性。結果是，回應於接收器弱驅動處理的檢測電流，控制器進行必要的信號改變，以使得在信號線路中可見。控制器在它的閒置階段也檢測另一個控制器的電流。在一些實施例中，從相反或交替的長脈衝圖案得到的電流可作為來自等待控制器的線路控制請求。

在一些實施例中，通過使用與請求控制器中的分配位址成比例的時間延遲來執行控制器的仲裁和切換。長延遲可用以表示高優先順序，假設該延遲短於預定的休止(inactivity)時間段、長於脈衝接受寬度，以阻止新的控制器關聯或資料傳輸。主控制器可通過發送連續序列的長脈衝來保持閒置控制。然而，在這個例子中，主控制器已結束通信。請求控制器等待預定的休止時間段，例如三個或更多的長脈衝。然後它們使用弱驅動以長脈衝的順序將線路信號的極性反向保持一預定時間。主控制器檢測電流並選擇是否釋放線路控制。該控制器可以忽略該電流直到它消失。若沒有電流被檢測到，資料傳輸回復。請求控制器可等待另外一段休止時間段來重新嘗試。如果已被釋放，則線路極性通過弱驅動器改變。請求控制器回復到強驅動並開始競爭贏得仲裁。通過使用基於每個控制器優先順序的延遲，它們回復到弱驅動，並嘗試使線路極性翻轉。如果控制器不成功，則控制器放棄嘗試並等待下一休止時間段以重新嘗試。一段時間後，控制器通過使它們的驅動輸出失效來停止工作直到只剩一個控制器。最後一個控制器能在弱驅動器內翻轉線路的極性。假設強控制占優並進行通信。在本方法的一些實施例中，控制器可通過電流檢測來支持仲裁。

在另一個實施例中，一種仲裁方法使用來自主控制器的資料指令包來得到來自等待控制器的確認。週期性地，閒置主控制器可使用二元搜索或另外一種搜索方法來輪詢具有適當優先順序的等待控制器。一旦候選控制器被找到，主控制器將向等待控制器傳送資料指令，以控制線路。在等待控制器發送的雙長脈衝終止符的確認翻轉時發生切換。不需要優先順序延遲計時器和電流感測器，並且可使用標準非定制控制器。

可對這些方法進行多種改變，以通過使用單引線串列協定實現雙向通信。作為非限制性的示例，協議機制可包括控制器資料傳輸、接收器確認、接收器資料回讀、控制器仲裁和控制器切換。

確認協議

本協議的一些實施例可包含一個可選的確認功能。在一些實施例中，可通過以預定方式使用雙長脈衝終止符來實現確認。圖3A和圖3B描述了相關的示例。在這些示例中，發送資料模型<0110>。在將一位元或多位元301－304資料按時鐘記錄於接收設備中之後，控制器開始雙長脈衝終止符。在控制器發出第一個長脈衝305後，跟隨長於預定可接受寬度的任意長度脈衝307後，控制器將其輸出設置為高阻抗或弱驅動。在點307，如果接收設備正在確認控制器，則其可將控制器信號的邏輯極性翻轉。因此，如果執行確認，則高信號305在點307將被轉換到低確認信號306。控制器可以使用在高阻抗狀態的驅動器檢查翻轉狀態。如果沒有執行確認，則信號如虛線308所示保持不變，控制器可隨第二個長脈衝308結束協議，接受沒有通信確認。無確認表現為終止序列中的長起始脈衝。在一些實施例中，接收器嘗試在適當資料條目之後以預定時間間隔進行確認。只使用強驅動的控制器可翻轉使用弱驅動的接收器的確認信號。該接收器可被設置用於檢測是否在任意一種情況下能翻轉信號。這可用于在資料鎖定時進行信號傳輸。

當本協定不需要休眠接收器驅動資料線路時，回應接收器被配置用於在不同確認條件下驅動中間高、中間低或高阻抗。接收器的中間驅動力比控制器強驅動弱但比控制器弱驅動強。

回讀協議

一些實施例可支援確認和資料回讀功能。圖5和圖6示出數據回讀的示例性協議。確認功能啟動資料回讀序列。回讀之前，控制器線上路上施加強驅動來為接收設備傳輸指令。圖5示出了兩個例子。在第一個例子中，驅動狀態501的最後資料位元為<0>。在第二個例子中，驅動狀態550的最後資料位元為<1>。

在雙長脈衝終止信號510的前半週期下，控制器終止序列。在後半週期，控制器不翻轉前一脈衝的極性，但使用弱驅動511維持脈衝。回應接收器隨後用其自身的中間驅動強制進行極性翻轉512。該翻轉確認控制器。

控制器隨後通過計時出一全長脈衝來回應，然後使用強驅動514強制翻轉極性513。這向接收器傳輸信號以發送第一資料位元，若該位元極性和當前線路狀態相同，則首先發送最高有效位。短脈衝的極性表示了傳輸的資料位元的極性。如果接收器的資料位元極性和信號線路一致，則接收器將在控制器回復到弱驅動或控制器弱驅動改變極性時強制轉換極性。極性改變將被計時來產生一短脈衝，用以傳輸發送有效資料位元的信號。

接收器在如下的躍遷中比較隨後的資料位元。如果位元極性和信號線路極性不匹配，則接收器將盡可能長時間的保持線路極性，同時忽略控制器的弱驅動極性改變。當資料極性與線路極性匹配時，接收器可在控制器的弱驅動改變或小於脈衝可接受寬度的預定時間後產生短脈衝。由於長脈衝為忽略脈衝，所以接收器保持電流位直到短脈衝的正確極性出現。因此，該協議可在兩個短脈衝間的不多於一個的長脈衝來實現資料傳輸。

控制器還可繼續使用弱驅動翻轉，直到出現長脈衝。在長脈衝的結束端，控制器使用強驅動來強制極性翻轉和資料回讀序列的持續。接收器檢測到線路改變並根據電流位元極性匹配與否來決定使用短脈衝還是長脈衝。如果接收器檢測到控制器僅使用強驅動，則接收器將使用計時器插入更弱驅動以強制躍遷。接收器計時器可被設置成大於控制器的定時來允許控制器對在混合控制器驅動情況下的協定進行計時。這種情況允許控制器檢查接收器的短脈衝定時。在一些實施例中，控制器僅在接收器和控制器的標準定時模型的假設下來控制定時。序列繼續傳輸，直到控制器檢測到某一數目的短脈衝、檢測到雙長脈衝終止序列、或通過強驅動強制結束。該序列可用於任意位元數的資料回讀。在一些實施例中，回讀序列的資料或資料長度可不同，用於將回讀數據和其他接收器的控制器命令區別開來。

可以採用多種不同的檢查和回讀模式。如圖5所示，如果資料位元為<0>，可以使用強高檢查模式560、弱高檢查模式570、短高回讀模式580和長高回讀模式590。若資料位元為<1>，則可使用強低檢查模式561、弱低檢查模式571、短低回讀模式581和長低回讀模式591。圖5示出了在強和弱驅動狀態599下的部分回讀模式的實例。

為實現本協議，控制器可驅動弱和強電平，並檢測來自接收器的相應驅動電平。如圖6所示，控制器可通過使用兩個輸入－輸出引腳601和602或其他類似的方式來實現。引腳601和線路604直接相連，另一引腳602通過一弱驅動電阻603和線路604相連。作為非限制性的示例，直接驅動引腳601電阻可為1千歐姆，弱驅動電阻603電阻可為約25千歐姆。接收器可有5千歐姆的中間驅動電阻，，以當控制器回復到弱驅動時驅動線路。

這裏描述的實現本協議的控制器可包含電流感測器以及與輸入－輸出引腳組合的驅動控制。在一些實施例中，控制器只可在強驅動下工作，除了控制器放棄線路控制給另一控制器之外。接收器可試著用弱驅動改變線路，但不能在強控制器驅動下完成。接收器可用一內部計時器在脈衝短時選擇一合適的時間進行翻轉。在一些實施例中，接收器定時可長於控制器使用的短脈衝定時。這使得標準控制器定時使用強和弱驅動，以使得接收器驅動線路。

若脈衝為長，則在一些實施例中，接收器將嘗試極性翻轉，因此使得控制器在一個長脈衝之後實現極性翻轉。如果接收器正在確認進入的資料，則接收器將嘗試將第一個長脈衝的極性改變為第二個長脈衝。控制器通過檢測來自接收器驅動處理引起的電流來實現轉變。若使用示波器進行觀察，則控制器可延長確認相位中的第一個長脈衝來更清楚的顯示沒有弱驅動，因此線上路上沒有檢測到確認信號。

現在參照圖8，其示出了根據本發明實施例的回讀方案800的示例。在這個示例中，資料模型<10101010>被發送，資料模型<011001>被讀回。回讀方案800示出僅使用了具有控制器的電流感測器的強驅動，以及僅使用了接收器的弱驅動。首先，控制器以無源線路811開始，並發送資料812。在資料傳輸810的末尾，控制器實現雙脈衝終止符820的第一個躍遷821。此時，接收器被適當定址，並準備確認所發送的資料。通過在長脈衝的開始啟動其弱驅動822或在第二個長脈衝所在的開始啟動弱驅動823來使得接收器確認。檢測弱驅動的結果，控制器使得極性改變824變為第二個長脈衝。如果來自確認接收器的弱脈衝不存在，則電平825保持直到出現這裏沒有表述的時間。一旦確認成功，控制器通過翻轉極性831完成第二個長脈衝。因此對確認的接收器進行信號傳輸，以在回讀830期間首先相應最高有效資料位元。接收器使用其弱驅動832來保持線路或根本不使用驅動。控制器檢測到沒有相反的電流，經過長脈衝並將極性改變833變為低。接收器檢測到與其必須發送的位極性匹配的低條件。接收器設置其弱驅動834以使得長脈衝相反。通過進行極性改變835來使得控制器回應，以生成短資料脈衝。對於高脈衝836、837和忽略的低脈衝838、839重複相同的操作。在完成資料回讀之後，接收器或控制器將使得雙長脈衝終止符顯示。

在一些實施例中，接收部分可有一介面，其將輸入－輸出功能和電流感測器相結合。使用電流感測器，該部分可同時回應弱和強驅動情況，以在正確點翻轉極性。可使用至少兩個不同的驅動模式。在第一種情況下，弱確認驅動採用驅動實現第二個長脈衝的翻轉。在資料模式中，若資料回讀位元和線路極性不匹配，則弱驅動將嘗試保持長脈衝，或者，若資料回讀位元和線路極性匹配，則弱驅動將在短脈衝時間間隔後嘗試翻轉脈衝。接收部分的短脈衝延遲可長於控制器中使用的短脈衝定時。在一些實施例中，控制器在控制線路時經常使用強驅動。電流感測器可用於確定是否存在回應。

在第二種情況下，強－弱驅動讓控制器對向弱驅動轉變的邊緣轉變定時。在只有強驅動的情況下，控制器等待更長的時間來檢測來自該部分極性翻轉嘗試的電流。

在一些實施例中，單引線埠的邏輯電平被匹配，這樣供電不匹配將不會使一個部分驅動該供電範圍外的另一個部分。在一些實施例中，邏輯擺動範圍可降低到2V，這樣在使用達5V的供電情況下0.8Vil和1.2Vih－1.4Vih為大致的極限。該極限可通過設定合適的極限保護頻帶來配置用於解決強驅動電壓電平上產生的弱驅動感應變化。

在一些實施例中，一個反跳電路(debounce circuit)(未示出)可用於防止對資料產生干擾。100納秒或更長的時間過濾用於抑制不需要的電壓和電流干擾。

電路實施例

在一些實施例中，可使用相對簡單電路來測量脈衝寬度並確定脈衝的接收。圖9中示出這種序列埠電路的一個實施例。

如圖9所示，串列計時器910監測短脈衝，如果發現短脈衝，則線上915上產生窄時鐘脈衝，送至移位寄存器950的移位輸入端。反相器905對資料線901上的資料極性進行反相，並將導線903上反相後的資料輸出至移位寄存器和鎖存器950。在一些實施例中，將反相後資料信號作為移位寄存器950的輸入，因為在電脈衝結束的躍遷之前需要存儲的邏輯電平已經被接收。例如，窄高脈衝在躍遷到低時結束。因此，在CLK信號915脈衝為高時低信號有效。所以，反相器905能用來儲存資料極性。在其他實施例中，如果不需要資料極性或其已存儲、已知或可被確定，則可省略反相器905。

當RDY信號916觸發，移位寄存器950中的標準資料在RDY信號916的上升沿按時鐘記錄在鎖存器中。在一些實施例中，串列計時器910中高低脈衝是對稱的。在那些實施例中，反相器906可選。可知去掉反相器906會翻轉輸出信號L1 920和L2 925的極性方向，但不會影響電路的工作。

當移位寄存器和鎖存器950被描述為一個集成功能單元時，可將這些功能分佈到很多功能單元中。移位寄存器和鎖存器950能驅動輸出匯流排960。在所述示例中，匯流排960傳送8位元資料。在其他實施例中，移位寄存器和匯流排能被設置為傳送更多或更少位元的資料。在所述示例中，單個RESET信號902可用來重啟串列計時器910和移位寄存器和鎖存器960。

圖10中示出串列計時器910一個實施例。該示例電路中使用了兩個脈衝識別器，高脈衝識別器1005和低脈衝識別器1010。脈衝寬度識別器包括能實現延遲的一個或多個裝置。脈衝寬度識別器1005包括不對稱計時器1003和不對稱計時器1002。作為一個非限制性示例，不對稱計時器1003被設置為上升時間接近0ns，下降時間100ns，不對稱計時器1002被設置為上升時間5us，下降時間250ns。不對稱計時器1002的輸出還可連接至反相器1001。脈衝寬度識別器1010包括不對稱計時器1008、1007和反相器1006。不對稱計時器1008和1007的延時時間可選為與不對稱計時器1003、1002相同或相異。

若資料線1017上的輸入脈衝，無論為高或低，長於預定寬度，則脈衝寬度識別器1005和1010將分別線上1015和1016上輸出一個高信號。任何來自反及閘1004或反及閘1005的高脈衝均會防止反或閘1020對寄存器進行時鐘所必需的高脈衝。一些實施例還包括D雙穩態多諧振盪器1025和1030以存儲長脈衝。如果在一行中有兩個長脈衝，如前面所討論的，信號L1 1040和L2 1045將為高，而且反相器1049的RDY輸出1050也會為高，作為協定的終止信號。

在一些實施例中，如果在移位寄存器950中不需要鎖存資料，觸發器1025和1030，反及閘1048和反相器1049中所有或一部分可被省略。這些元件的省略在獨立接收器應用中可節省空間。

圖11中示出高脈衝寬度鑒別的時序圖。低脈衝寬度鑒別的時序圖與此類似。如前所述，擁有各自不同上升和下降邊沿時間的不對稱計時器產生時鐘和準備脈衝。圖11示出兩個高脈衝，第一個1150窄，第二個1160寬。在躍遷1101，窄高脈衝開始。這個脈衝使得不對稱計時器1003的輸出在躍遷1111處變高1102，反及閘1004的輸出在躍遷1112處變低1103。由於脈衝1150的窄寬度，不對稱計時器1002沒有時間變高，因此反相器1001的輸出保持為高。當窄脈衝1150在躍遷1104處結束時，不對稱計時器1003在遲於躍遷1105後將其輸出下降100ns。這使得反及閘1004的輸出在躍遷1106處變高前維持為低電平1103 100ns。

因為相應的低脈衝寬度識別器在反及閘1009的輸出在低脈衝開始時會變低，這和反及閘1004的輸出在高脈衝開始時一樣，這兩個低電平會在時鐘輸出產生一個100ns的高脈衝1113。

低反及閘1004在窄脈衝1150於躍遷1104處終止時按時鐘記錄在觸發器1025，使得輸出L1 1040為低－窄脈衝1114。低脈衝1114的寬度不會影響下一次的上升躍遷輸出1130、1131和1132，因為脈衝的最小寬度比計時器1003或1002的下降沿時間長。

在以躍遷1130和1140為邊界的寬脈衝1160的情況下，不對稱計時器1003的處理與窄脈衝的情況相同。但是，不對稱計時器1002有充足的時間達到它的5us定時。計時器1002在躍遷1107處變為高，導致反相器1001的輸出在躍遷1108處變為低，而與非們1004的輸出在躍遷1109處變為高。因為計時器1002的關斷時間為250ns，計時器1003的關斷時間為100ns，脈衝1160在躍遷1140處的下降沿不會被傳送至時鐘輸出。計時器1002有效地阻止了躍遷1140和1141引起的脈衝。反及閘1004輸出的高電平導致寬脈衝1160在躍遷1140處的下降沿，以將高電平時鐘記錄在雙穩態多諧振盪器1025。然後輸出L1 1040躍遷至高1110，以表示長脈衝。對稱地，如果將同樣的序列送至雙穩態多諧振盪器1030和輸出L2 1045，在RDY輸出1050處將會產生一個雙倍的長脈衝終止信號以終止協定。

圖12中示出另一實施例。在這個實施例中未用到圖9中的反相器905。而且，串列計時器1201不包括輸出L1或L2，相應地在圖9中表示為920和925。如圖13中所示，在一些實施例中，移位寄存器和鎖存器1305可在沒有重置輸入的情況下實現。因此，重置信號線1302能直接輸入至串列計時器1310.

在一些實施例中，資料並不被鎖存。圖14中示出該種實施例的一個實例。如圖14中所示，移位寄存器1405可配置為不需要重置或準備信號。在該實施例中，串列計時器1410可配置為不需要READY輸出。如前所述，根據脈衝寬度來決定是否對寄存器進行時鐘記錄。在圖14所示的實施例中，接至移位寄存器1405的資料線1420有反相器1425，但沒有決定電路。

圖15示出圖14中所示實施例所用的串列計時器1500。在一些實施例中，計時器1501－1504是不對稱延時計時器。每個計時器1501－1504(和其他任何提到的計時器)的延時時間能被各自編程或設置，以獲得任何值的延時，以使能根據協定要求進行脈衝寬度鑒別。在一些實施例中，計時器1500可僅通過在資料線1505上的反相器1510實現。計時器1510也可不使用雙穩態多諧振盪器和其他門和邏輯結構。

結論

本發明揭示了一個用於串列通信系統的新協定。其中，短脈衝代表資料，長脈衝代表資料分隔符號。短脈衝的極性代表他們的值。

在一些實施例中，一個控制器和多個控制器可以與連接至它們的一條根通信線(路)上的接收器互換使用。接收器可包括一個或多個休眠接收器、資料確認接收器、和/或資料回讀接收器。控制器和接收器根據他們線路控制狀態可以輸出強輸出驅動、弱輸出驅動、中間輸出驅動或無輸出驅動(高輸出阻抗)。

在使用單一控制器的實施例中，如果接收器休眠，則可僅使用強輸出驅動。如果使用多個控制器或接收器，則不管是在資料確認，資料回讀，還是控制仲裁，控制器可以支援任意的輸出驅動類型的組合。通常，不可互換的接收器不使用驅動。儘管如此，在確認和回讀時，他們可以使用中間輸出驅動。

一些實施例中，在強驅動過程中，控制器使用電流或電壓感測器從而允許間接從接收器確認和回讀，而不需借助不同輸出驅動力。在使用線路的周圍環境下，信號輸出驅動力可以被選擇用於克服裝載和周邊環境的雜訊問題。進一步地，用於長/短脈衝的時序規格可以被選擇用以克服裝載、雜訊以及線路傳輸特性等問題。

在一些實施例中，一個休眠接收器不鎖定資料，也不使用終止符。此外，休眠接收器不驅動線路。多個可定址的接收器可以在適當定址時回應雙長脈衝終止符鎖定資料。另一方面，回應接收器在回讀和確認情況下可以使用更弱的高驅動和更弱的低驅動，甚至無驅動。

這裏描述的協定可以僅使用有限電路結構就可以有效執行。能夠使用該協議通信的控制器和接收器可使用上述電路來實現。許多實施例的特徵可以被結合到其他實施例中，這裏闡述的各實施例可以在沒有這裏描述的所有特徵或方面的情況下而同樣得到實現。本領域技術人員應該認識到，儘管為了說明這裏闡述了系統和方法的許多具體的實例和實施例，但是可以在不偏離本發明的精神和範圍內進行各種修改。本發明的實施例可以用於許多不同類型的傳輸系統。此外，一個實施例的幾個特徵可以結合到其他實施例，甚至有些特徵可能沒有在這裏通過一個單一實施例一起被闡述。

在說明書中和圖1－15中闡述了本發明的某些實施例的多個具體細節，以提供對這些實施例的全面理解。然而，所屬領域普通技術人員可以理解的是，在沒有這些細節或向本發明增加其他細節的情況下也可以實現本發明。沒有詳細示出或描述公知的結構和功能，以避免沒必要地掩蓋對本發明實施例的描述。如上所述，彼此“連接”的一個或多個元件可以直接(即，在連接的元件之間沒有其他元件)或間接(即，在連接的元件之間存在一個或多個其他元件)連接。

除非上下文明顯地需要，在整個說明書和申請專利範圍中，詞語“包括”、“包含”等可解釋為包含的含義，並非唯一或詳盡的含義；也就是說，是“包括，但不限於”的含義。此外，在本申請中使用的詞語“其中”、“上述”、“以下”和類似意義的詞語應指的是本申請的整體，而並非本申請的任一特定部分。在上下文允許的情況下，在上述具體實施方式部分中使用單數或複數的詞語也分別包括複數或單數。在兩個或更多個專案的列表中引用的詞語“或”包含對該詞語的以下所有解釋：列表中的任一項目、列表中的所有項目和列表中任一專案的組合。

本發明實施例的上述詳細說明並非詳盡的或使本發明限制在上述公開的準確形式。雖然本發明的具體實施例、實例示例性如上所述，但是所屬領域普通技術人員可以認識到的是在本發明的範圍內可以進行各種等同修改。例如，儘管以給定順序呈現了多個處理和方框，但是可替代實施例可以以不同的順序執行具有這些步驟的程式、或採用具有這些方框的系統，並且某些處理或方框可以刪除、移動、添加、拆分、組合和/或修改，以提供可替代的或重新組合的處理和方框。其中每一處理和方框可以以多種不同方式實現。此外，儘管這些處理或方框有時示出為串聯執行，但是這些處理或方框也可以代替地並聯執行，或者在不同的時刻執行。

這裏提供的本發明的教導可應用於其他系統，沒必要一定是上述的系統。上述各實施例的元件和操作可以組合或改變以提供其他實施例。

根據上述具體實施方式部分的描述，可以對本發明進行這些和其他改變。儘管以上的說明書描述了本發明的某些實施例，但是描述了預期的最佳模式，不管以上描述多麼詳細，本發明都可以以多種方式實現。該系統的細節在其實現細節方面可以進行多種改變，但是仍舊包含在本發明所公開的範圍內。

在具體實施方式部分中所使用的術語旨在以最大的合理方式進行解釋，儘管是以結合本發明的某些具體實施例的詳細描述來使用的。甚至可強調某些術語，然而，以限制方式解釋的任一術語具體實施方式部分中均被公開和具體地定義。通常，在隨後申請專利範圍中使用的術語應理解為將本發明限制在說明書中所公開的特定實施例，除非上述具體實施方式部分清楚定義了這些術語。因此，本發明的實際範圍不僅包含上述公開的實施例，還包含在申請專利範圍內可實現或實施本發明的所有等同方式。

PWi．．．接收資料位元脈衝寬度

101、103、105．．．短高脈衝

104、106、108．．．短低脈衝

PWs．．．標準脈衝寬度

102．．．長低值脈衝

100．．．開始處

107．．．長高值脈衝

108．．．低脈衝

581．．．短低回讀模式

111．．．有效位

590．．．長高回讀模式

120．．．長低脈衝

591．．．長低回讀模式

130．．．最大脈衝寬度

599．．．強和弱驅動狀態

121．．．長高脈衝

601－602．．．輸入－輸出引腳

201．．．資料接受寬度

603．．．弱驅動電阻

301－304．．．一位元或多位元資料

604．．．線路

800．．．回讀方案

305．．．高信號

810．．．資料傳輸

306．．．低確認信號

811．．．無源線路

307．．．任意長度脈衝

812．．．資料

308．．．第二個長脈衝

820．．．雙脈衝終止符

501．．．驅動狀態

821．．．躍遷

510．．．雙長脈衝終止信號

830．．．回讀

550．．．驅動狀態

822．．．弱驅動

511．．．弱驅動

823．．．弱驅動

512．．．極性翻轉

824．．．極性改變

5113．．．強制翻轉極性

825．．．電平

514．．．強驅動

831．．．翻轉極性

560．．．強高檢查模式

832．．．弱驅動

561．．．強低檢查模式

833．．．極性改變

570．．．弱高檢查模式

834．．．弱驅動

571．．．弱低檢查模式

835．．．極性改變

580．．．短高回讀模式

836、837．．．高脈衝

838、839．．．低脈衝

1150．．．窄高脈衝

901．．．資料線

1160．．．寬高脈衝

902．．．RESET信號

1100、1101、1104－1109．．．躍遷

903．．．導線

905、906．．．反相器

1111、1112、1140、1141．．．躍遷

910．．．串列計時器

915．．．CLK信號

1102．．．變高

916．．．RDY信號

1103．．．變低

920．．．信號L1

1113．．．高脈衝

925．．．信號L2

1114．．．低－窄脈衝

950．．．移位寄存器

1130,1131－32．．．上升躍遷輸出

960．．．匯流排

1001、1049．．．反相器

1160．．．寬脈衝

1002、1003．．．不對稱計時器

1201、1310、1410、1500．．．串列計時器

1004、1048．．．反及閘

1005．．．高脈衝寬度識別器

1302．．．重置信號線

1010．．．低脈衝寬度識別器

1305．．．移位寄存器和鎖存器

1015、1016．．．分別線上

1405．．．移位寄存器

1017．．．資料線

1420．．．資料線

1020．．．反或閘

1425、1510．．．反相器

1025、1030．．．多諧振盪器

1501－1504．．．計時器(不對稱延時計時器)

1040．．．信號L1

1045．．．信號L2

1505．．．資料線

1050．．．RDY輸出

通過附圖示出本發明的實例。這些附圖應理解為示例性，而非限制性。

圖1示出示例性協議序列。

圖2A和圖2B示出沒有終止符的示例性協議序列。

圖3A和圖3B示出具有資料確認的示例性協定序列。

圖4示出資料分類的方法。

圖5示出用於回讀的示例性協定序列。

圖6示出示例性控制器的結構。

圖7示出用混合的強弱控制器驅動的示例性回讀協議序列。

圖8示出用強控制器驅動的示例性回讀協議序列。

圖9示出單線序列埠的示例性電路。

圖10示出區分脈衝寬度的示例性串列計時器。

圖11示出示例性輸入輸出序列。

圖12示出示例性序列埠電路。

圖13示出示例性序列埠電路。

圖14示出示例性序列埠電路。

圖15示出區分脈衝寬度的示例性串列計時器。