用于通信总线的容错回路的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]通信总线有许多并且各种各样，如计算机背板、板级总线、集成电路内总线、总线标准、局域网、广域网以及专门(ac hoc)和专有的总线连接装置。一种广泛使用的总线是初始开发用于车辆的CAN(控制器区域网络)总线。CAN总线是多主控设备(mult1-master)广播串行总线，其可以是使用双绞线中(可选地在屏蔽电缆中)的平衡信号对而实施。其他总线可以采用差分线路驱动器和差分接收器。许多总线支持两种状态“I”和“O”或三种状态和“Z”或高阻。然而，这些总线中的许多总线的组件比预期的更昂贵、具有复杂的协议或可能在恶劣环境诸如汽车工作环境中不能很好起作用。本领域需要有克服上述缺陷和/或具有适合指定环境的特征的解决方案。
【发明内容】
[0002]提供一种容错双向总线系统和相关的方法。
[0003]在一个实施例中，提供一种通信总线系统。通信总线系统包括通信总线和耦接于通信总线的第一端的总线主控设备(bus master)，所述通信总线具有多个隔离区段。总线主控设备经配置耦接于通信总线的第二端并基于选择信号从通信总线的第二端去耦接。
[0004]在另一实施例中，提供一种通信总线系统。该通信总线系统包括具有环形拓扑结构的通信总线和耦接于该通信总线的总线主控设备。总线主控设备具有第一开关，其经配置在总线主控设备保持与通信总线通信时选择性断开环形拓扑结构。通信总线系统包括耦接于通信总线的多个总线从控设备(bus slave)，其中，多个总线从控设备中的每个从控设备具有开关，所述开关经配置耦接和去耦接通信总线的相邻区段。
[0005]在又一实施例中，提供一种操作通信总线的方法。该方法包括从通信总线的第一端去耦接。该方法经由通信总线的第二端向多个总线从控设备中的一个总线从控设备传送消息，其中维持从通信总线的第一端去耦接。该方法还包括耦接于通信总线的第一端。
[0006]所述实施例的其他方面和优点根据下列【具体实施方式】结合通过示例图示说明所述的实施例的原理的附图变得显而易见。
【附图说明】
[0007]所述实施例及其优点通过参考结合附图可以更好理解。在不脱离所述实施例的精神和范围的情况下，这些附图不以任何方式限制本领域的技术人员对所述实施例进行的形式和细节的任何改变。
[0008]图1是根据某些实施例连接汽车的电池模块上的传感器的通信总线的示意图。
[0009]图2是根据某些实施例通过通信总线连接的总线主控设备和总线从控设备的示意图。
[0010]图3是根据某些实施例通过具有开关的通信总线连接的总线主控设备和总线从控设备的示意图。
[0011]图4是根据某些实施例在总线主控设备和总线从控设备中的电子电路的示意图。
[0012]图5是根据某些实施例可应用于通信总线的差分电压电平的电压示意图。
[0013]图6是根据某些实施例在总线主控设备和总线从控设备中的电子电路的示意图。
[0014]图7示出根据某些实施例的两线双向总线的变体以及对总线主控设备和总线从控设备的更改。
[0015]图8是操作如图3和图7所示的具有开关的通信总线的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016]本文提供的双电压通信总线的实施例具有是双向的两线总线，以及在总线上传送和接收差分电压的各种组件。双绞线、屏蔽对、屏蔽双绞线对等能够用在总线的布线中。总线能够用于连接主控设备和一个或更多个从控设备，并且无论车辆是陆地、空中或海上类的均适合机动车的工作环境。
[0017]本文公开详细说明的实施例。不过，本文公开的特定功能细节仅仅代表描述实施例的目的。不过，实施例可以以许多替代形式实施，并且不应解读为仅限于本文阐述的实施例。
[0018]应当理解，虽然术语第一、第二等可在本文用于描述不同的步骤或计算，但是这些步骤或计算不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个步骤或计算与另一个步骤或计算区分开。例如，在没有偏离本公开的范围的情况下，第一计算可以称为第二计算，以及同样，第二步骤可以称为第一步骤。如本文所使用的，术语“和/或”和“/”符号包括一个或更多个关联列出项目中的任意一个和全部组合。
[0019]如本文所使用的，单数形式“一种”、“一个”、“该”旨在也包括复数形式，除非该内容以其他形式明确指出。还应当理解，当用于本文时，术语“包括”和/或“包含”指定陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。因此，本文所使用术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。
[0020]还应当指出，在某些替代实施中，所指出的功能/动作不一定以图中指出的顺序出现。例如，根据涉及的功能/动作，连续示出的两个图实际上可以基本同时执行，或者有时候可以以反向顺序执行。
[0021]图1示出根据某些实施例的用于通信总线系统的可再充电电池应用。汽车102具有电池模块104，汽车102可以是混合动力汽车或电车。在电池模块104的顶部，具有传感器模块106，该传感器模块监测电池状况诸如温度和电压。通信总线108连接传感器模块106。传感器模块106能够跟踪电池充电、放电、使用寿命、故障或其他错误或环境状况，并在它们自身之间传递这些信息。低成本和在各种状况(诸如温度、湿度、振动、加速、减速、老化等)下的操作是期望的。电池模块104可以以各种并联和串联布局连接，并且可以具有不同的工作电压，例如，依次堆积的串联模块具有高达400伏或更大的电压。随着时间推移，组件和连接器会老化，导线会断线，组件值和驱动强度会改变，电池单元会变开路或短路，并且会出现其他故障状况。由于将总线电磁耦接至连接电池单元的布线以及这种布线中的高达数百安培的大冲击/浪涌电流会在通信总线108上产生信号噪音。其他工业、商业和消费应用可以具有相关或另外的问题和状况，这些问题和状况可以通过良好设计的通信总线系统来解决。应当明白，虽然在该示例中示出汽车102，但是这并不意味着被限制为可以集成本文所述的总线设计的任何基于陆地、海上或空中类的车辆。
[0022]图2示出根据某些实施例的通信总线系统200。通信总线系统200包括两线双向总线202、总线主控设备204和总线从控设备节点206、208、210。通信总线系统200适合图1所示的汽车电池应用以及其他类型的系统。两线双向总线202能够利用如图所示的成对线、屏蔽电缆、屏蔽对、双绞线对或屏蔽电缆中的双绞线对以及容易设计的其他变体来实现。两线双向总线202支持差分电压，如将进一步描述的。两线双向总线202的远端被示为可扩展的。能够耦接至两线双向总线202的总线主控设备和总线从控设备的总数取决于各种因素，诸如容性负载、组件的驱动强度、终端、布线的长度和阻抗以及信号时序。应当明白，在某些实施例中，总线主控设备204可以是控制器，诸如微处理器或可编程逻辑器件，而从控设备节点可以是传感器。
[0023]图3示出根据某些实施例的具有开关的通信总线系统200，其中，该开关提供从控设备节点的电隔离。两线双向总线202连接总线主控设备204和总线从控设备节点206、208,210ο在每个从控设备节点处，能够激活开关S1、S2、S3以闭合或断开从而连接或分离沿两线双向总线中的一条导线的相应从控设备节点。断开开关SI使得第一总线从控设备节点206经由两线双向总线202耦接至总线主控设备204，但是分离下游的从控设备节点，例如，第二从控设备节点208和第三从控设备节点210等，以便下游的从控设备节点208和210不再与总线主控设备204通信。同样，如果第一开关SI闭合，断开开关S2使得第二总线从控设备208连接到总线主控设备204，但是分离下游的从控设备，例如第三从控设备节点210等，以便下游的从控设备节点不再与总线主控设备204通信。对于另外下游的从控设备，这些动作和状况能够重复。两线双向总线202支持差分电压。开关S1、S2、S3可以使用各种类型的晶体管或继电器或其他电路来实现。
[0024]图4示出总线主控设备204和总线从控设备节点206、208内的电子电路的实施例。在缺乏任何发送器在总线上驱动的情况下，梯形电阻器将两线双向总线偏置到规定的差分电压，即在总线上形成规定的差分电压。在所示的实施例中，梯形电阻器在总线空闲时在总线上形成约0.9V。梯形电阻器也提供到两线双向总线的终端，形成总线的终端阻抗。梯形电阻器具有在电源电压和双向总线的第一导线402之间连接的第一电阻器R1，在双向总线的第一导线402与第二导线404之间连接的第二电阻器R2，以及在第二导线404与电气接地之间连接的第三电阻器R3，电气接地可以是本地接地端子(例如对总线主控设备204是本地的)或系统接地。在所示的实施例中，梯形电阻器包含在总线主控设备204中或以其他方式与总线主控设备204相关联。不过，在变体中，梯形电阻器可以定位在沿两线双向总线的其他位置。对于低阻抗总线，在梯形电阻器中的电阻器R1-R3的电阻能够被设定在相对低的值，或针对位于总线主控设备204和总线从控设备节点206和208上的减少驱动强度需求设定的更高。低阻抗总线，即在梯形电阻器上具有低阻抗值，通常支持更高频率通信和更大的噪音免疫力。更大噪音免疫力的一个原因在于:来自交叉耦合的给定电流尖峰产生较低电阻值上的较低电压尖峰。在信号上升和下降时间降低之前，低阻抗总线和每个总线从控设备节点添加到总线的小容性负载通常支持更大数量的总线从控设备节点。在一个示例中，梯形电阻器中的每个电阻具有约300到360欧姆并且总线支持10kbps (千比特/秒)数据速率的串行通信。
[0025]仍然参考图4，在总线主控设备204内采用差分放大器Al，以从双向总线的两条导线402、404接收差分电压。应当明白，术语“导线”可以与术语“引线”互换。差分放大器Al经调谐将第一规定差分电压范围识别为逻辑O，以及将第二规定差分电压范围识别为逻辑1，并且在差分放大器Al的Rx端子上输出这些逻辑值。各种类型的已知差分放大器能够用于本文所述的实施例。对于总线主控设备204，差分放大器