用于通信總線的容錯(cuò)回路的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]通信總線有許多并且各種各樣，如計(jì)算機(jī)背板、板級(jí)總線、集成電路內(nèi)總線、總線標(biāo)準(zhǔn)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)以及專門(ac hoc)和專有的總線連接裝置。一種廣泛使用的總線是初始開(kāi)發(fā)用于車輛的CAN(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))總線。CAN總線是多主控設(shè)備(mult1-master)廣播串行總線，其可以是使用雙絞線中(可選地在屏蔽電纜中)的平衡信號(hào)對(duì)而實(shí)施。其他總線可以采用差分線路驅(qū)動(dòng)器和差分接收器。許多總線支持兩種狀態(tài)“I”和“O”或三種狀態(tài)和“Z”或高阻。然而，這些總線中的許多總線的組件比預(yù)期的更昂貴、具有復(fù)雜的協(xié)議或可能在惡劣環(huán)境諸如汽車工作環(huán)境中不能很好起作用。本領(lǐng)域需要有克服上述缺陷和/或具有適合指定環(huán)境的特征的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]提供一種容錯(cuò)雙向總線系統(tǒng)和相關(guān)的方法。
[0003]在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種通信總線系統(tǒng)。通信總線系統(tǒng)包括通信總線和耦接于通信總線的第一端的總線主控設(shè)備(bus master)，所述通信總線具有多個(gè)隔離區(qū)段?？偩€主控設(shè)備經(jīng)配置耦接于通信總線的第二端并基于選擇信號(hào)從通信總線的第二端去耦接。
[0004]在另一實(shí)施例中，提供一種通信總線系統(tǒng)。該通信總線系統(tǒng)包括具有環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的通信總線和耦接于該通信總線的總線主控設(shè)備?？偩€主控設(shè)備具有第一開(kāi)關(guān)，其經(jīng)配置在總線主控設(shè)備保持與通信總線通信時(shí)選擇性斷開(kāi)環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通信總線系統(tǒng)包括耦接于通信總線的多個(gè)總線從控設(shè)備(bus slave)，其中，多個(gè)總線從控設(shè)備中的每個(gè)從控設(shè)備具有開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)經(jīng)配置耦接和去耦接通信總線的相鄰區(qū)段。
[0005]在又一實(shí)施例中，提供一種操作通信總線的方法。該方法包括從通信總線的第一端去耦接。該方法經(jīng)由通信總線的第二端向多個(gè)總線從控設(shè)備中的一個(gè)總線從控設(shè)備傳送消息，其中維持從通信總線的第一端去耦接。該方法還包括耦接于通信總線的第一端。
[0006]所述實(shí)施例的其他方面和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)下列【具體實(shí)施方式】結(jié)合通過(guò)示例圖示說(shuō)明所述的實(shí)施例的原理的附圖變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0007]所述實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)通過(guò)參考結(jié)合附圖可以更好理解。在不脫離所述實(shí)施例的精神和范圍的情況下，這些附圖不以任何方式限制本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所述實(shí)施例進(jìn)行的形式和細(xì)節(jié)的任何改變。
[0008]圖1是根據(jù)某些實(shí)施例連接汽車的電池模塊上的傳感器的通信總線的示意圖。
[0009]圖2是根據(jù)某些實(shí)施例通過(guò)通信總線連接的總線主控設(shè)備和總線從控設(shè)備的示意圖。
[0010]圖3是根據(jù)某些實(shí)施例通過(guò)具有開(kāi)關(guān)的通信總線連接的總線主控設(shè)備和總線從控設(shè)備的示意圖。
[0011]圖4是根據(jù)某些實(shí)施例在總線主控設(shè)備和總線從控設(shè)備中的電子電路的示意圖。
[0012]圖5是根據(jù)某些實(shí)施例可應(yīng)用于通信總線的差分電壓電平的電壓示意圖。
[0013]圖6是根據(jù)某些實(shí)施例在總線主控設(shè)備和總線從控設(shè)備中的電子電路的示意圖。
[0014]圖7示出根據(jù)某些實(shí)施例的兩線雙向總線的變體以及對(duì)總線主控設(shè)備和總線從控設(shè)備的更改。
[0015]圖8是操作如圖3和圖7所示的具有開(kāi)關(guān)的通信總線的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本文提供的雙電壓通信總線的實(shí)施例具有是雙向的兩線總線，以及在總線上傳送和接收差分電壓的各種組件。雙絞線、屏蔽對(duì)、屏蔽雙絞線對(duì)等能夠用在總線的布線中。總線能夠用于連接主控設(shè)備和一個(gè)或更多個(gè)從控設(shè)備，并且無(wú)論車輛是陸地、空中或海上類的均適合機(jī)動(dòng)車的工作環(huán)境。
[0017]本文公開(kāi)詳細(xì)說(shuō)明的實(shí)施例。不過(guò)，本文公開(kāi)的特定功能細(xì)節(jié)僅僅代表描述實(shí)施例的目的。不過(guò)，實(shí)施例可以以許多替代形式實(shí)施，并且不應(yīng)解讀為僅限于本文闡述的實(shí)施例。
[0018]應(yīng)當(dāng)理解，雖然術(shù)語(yǔ)第一、第二等可在本文用于描述不同的步驟或計(jì)算，但是這些步驟或計(jì)算不應(yīng)被這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)步驟或計(jì)算與另一個(gè)步驟或計(jì)算區(qū)分開(kāi)。例如，在沒(méi)有偏離本公開(kāi)的范圍的情況下，第一計(jì)算可以稱為第二計(jì)算，以及同樣，第二步驟可以稱為第一步驟。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”和“/”符號(hào)包括一個(gè)或更多個(gè)關(guān)聯(lián)列出項(xiàng)目中的任意一個(gè)和全部組合。
[0019]如本文所使用的，單數(shù)形式“一種”、“一個(gè)”、“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非該內(nèi)容以其他形式明確指出。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)用于本文時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”指定陳述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個(gè)或更多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或其組的存在或添加。因此，本文所使用術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施例的目的，并不旨在限制本發(fā)明。
[0020]還應(yīng)當(dāng)指出，在某些替代實(shí)施中，所指出的功能/動(dòng)作不一定以圖中指出的順序出現(xiàn)。例如，根據(jù)涉及的功能/動(dòng)作，連續(xù)示出的兩個(gè)圖實(shí)際上可以基本同時(shí)執(zhí)行，或者有時(shí)候可以以反向順序執(zhí)行。
[0021]圖1示出根據(jù)某些實(shí)施例的用于通信總線系統(tǒng)的可再充電電池應(yīng)用。汽車102具有電池模塊104，汽車102可以是混合動(dòng)力汽車或電車。在電池模塊104的頂部，具有傳感器模塊106，該傳感器模塊監(jiān)測(cè)電池狀況諸如溫度和電壓。通信總線108連接傳感器模塊106。傳感器模塊106能夠跟蹤電池充電、放電、使用壽命、故障或其他錯(cuò)誤或環(huán)境狀況，并在它們自身之間傳遞這些信息。低成本和在各種狀況(諸如溫度、濕度、振動(dòng)、加速、減速、老化等)下的操作是期望的。電池模塊104可以以各種并聯(lián)和串聯(lián)布局連接，并且可以具有不同的工作電壓，例如，依次堆積的串聯(lián)模塊具有高達(dá)400伏或更大的電壓。隨著時(shí)間推移，組件和連接器會(huì)老化，導(dǎo)線會(huì)斷線，組件值和驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度會(huì)改變，電池單元會(huì)變開(kāi)路或短路，并且會(huì)出現(xiàn)其他故障狀況。由于將總線電磁耦接至連接電池單元的布線以及這種布線中的高達(dá)數(shù)百安培的大沖擊/浪涌電流會(huì)在通信總線108上產(chǎn)生信號(hào)噪音。其他工業(yè)、商業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用可以具有相關(guān)或另外的問(wèn)題和狀況，這些問(wèn)題和狀況可以通過(guò)良好設(shè)計(jì)的通信總線系統(tǒng)來(lái)解決。應(yīng)當(dāng)明白，雖然在該示例中示出汽車102，但是這并不意味著被限制為可以集成本文所述的總線設(shè)計(jì)的任何基于陸地、海上或空中類的車輛。
[0022]圖2示出根據(jù)某些實(shí)施例的通信總線系統(tǒng)200。通信總線系統(tǒng)200包括兩線雙向總線202、總線主控設(shè)備204和總線從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)206、208、210。通信總線系統(tǒng)200適合圖1所示的汽車電池應(yīng)用以及其他類型的系統(tǒng)。兩線雙向總線202能夠利用如圖所示的成對(duì)線、屏蔽電纜、屏蔽對(duì)、雙絞線對(duì)或屏蔽電纜中的雙絞線對(duì)以及容易設(shè)計(jì)的其他變體來(lái)實(shí)現(xiàn)。兩線雙向總線202支持差分電壓，如將進(jìn)一步描述的。兩線雙向總線202的遠(yuǎn)端被示為可擴(kuò)展的。能夠耦接至兩線雙向總線202的總線主控設(shè)備和總線從控設(shè)備的總數(shù)取決于各種因素，諸如容性負(fù)載、組件的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度、終端、布線的長(zhǎng)度和阻抗以及信號(hào)時(shí)序。應(yīng)當(dāng)明白，在某些實(shí)施例中，總線主控設(shè)備204可以是控制器，諸如微處理器或可編程邏輯器件，而從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)可以是傳感器。
[0023]圖3示出根據(jù)某些實(shí)施例的具有開(kāi)關(guān)的通信總線系統(tǒng)200，其中，該開(kāi)關(guān)提供從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)的電隔離。兩線雙向總線202連接總線主控設(shè)備204和總線從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)206、208,210ο在每個(gè)從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)處，能夠激活開(kāi)關(guān)S1、S2、S3以閉合或斷開(kāi)從而連接或分離沿兩線雙向總線中的一條導(dǎo)線的相應(yīng)從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SI使得第一總線從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)206經(jīng)由兩線雙向總線202耦接至總線主控設(shè)備204，但是分離下游的從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)，例如，第二從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)208和第三從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)210等，以便下游的從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)208和210不再與總線主控設(shè)備204通信。同樣，如果第一開(kāi)關(guān)SI閉合，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2使得第二總線從控設(shè)備208連接到總線主控設(shè)備204，但是分離下游的從控設(shè)備，例如第三從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)210等，以便下游的從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)不再與總線主控設(shè)備204通信。對(duì)于另外下游的從控設(shè)備，這些動(dòng)作和狀況能夠重復(fù)。兩線雙向總線202支持差分電壓。開(kāi)關(guān)S1、S2、S3可以使用各種類型的晶體管或繼電器或其他電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0024]圖4示出總線主控設(shè)備204和總線從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)206、208內(nèi)的電子電路的實(shí)施例。在缺乏任何發(fā)送器在總線上驅(qū)動(dòng)的情況下，梯形電阻器將兩線雙向總線偏置到規(guī)定的差分電壓，即在總線上形成規(guī)定的差分電壓。在所示的實(shí)施例中，梯形電阻器在總線空閑時(shí)在總線上形成約0.9V。梯形電阻器也提供到兩線雙向總線的終端，形成總線的終端阻抗。梯形電阻器具有在電源電壓和雙向總線的第一導(dǎo)線402之間連接的第一電阻器R1，在雙向總線的第一導(dǎo)線402與第二導(dǎo)線404之間連接的第二電阻器R2，以及在第二導(dǎo)線404與電氣接地之間連接的第三電阻器R3，電氣接地可以是本地接地端子(例如對(duì)總線主控設(shè)備204是本地的)或系統(tǒng)接地。在所示的實(shí)施例中，梯形電阻器包含在總線主控設(shè)備204中或以其他方式與總線主控設(shè)備204相關(guān)聯(lián)。不過(guò)，在變體中，梯形電阻器可以定位在沿兩線雙向總線的其他位置。對(duì)于低阻抗總線，在梯形電阻器中的電阻器R1-R3的電阻能夠被設(shè)定在相對(duì)低的值，或針對(duì)位于總線主控設(shè)備204和總線從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)206和208上的減少驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度需求設(shè)定的更高。低阻抗總線，即在梯形電阻器上具有低阻抗值，通常支持更高頻率通信和更大的噪音免疫力。更大噪音免疫力的一個(gè)原因在于:來(lái)自交叉耦合的給定電流尖峰產(chǎn)生較低電阻值上的較低電壓尖峰。在信號(hào)上升和下降時(shí)間降低之前，低阻抗總線和每個(gè)總線從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)添加到總線的小容性負(fù)載通常支持更大數(shù)量的總線從控設(shè)備節(jié)點(diǎn)。在一個(gè)示例中，梯形電阻器中的每個(gè)電阻具有約300到360歐姆并且總線支持10kbps (千比特/秒)數(shù)據(jù)速率的串行通信。
[0025]仍然參考圖4，在總線主控設(shè)備204內(nèi)采用差分放大器Al，以從雙向總線的兩條導(dǎo)線402、404接收差分電壓。應(yīng)當(dāng)明白，術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)線”可以與術(shù)語(yǔ)“引線”互換。差分放大器Al經(jīng)調(diào)諧將第一規(guī)定差分電壓范圍識(shí)別為邏輯O，以及將第二規(guī)定差分電壓范圍識(shí)別為邏輯1，并且在差分放大器Al的Rx端子上輸出這些邏輯值。各種類型的已知差分放大器能夠用于本文所述的實(shí)施例。對(duì)于總線主控設(shè)備204，差分放大器