一种增强抗干扰能力的I2C总线的制作方法

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种增强抗干扰能力的I²C总线。

背景技术：

I²C总线是一种简单、双向二线制同步串行总线。目前I²C多用于板内的通讯，而设备间的较长距离通讯，特别是在强电磁环境下，会引起通讯的不稳定甚至损坏器件，从而使其应用范围受到了较大限制。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提出一种增强抗干扰能力的I²C总线，旨在解决现有技术中恶劣电磁环境下I²C总线信号的长距离传输可靠性差的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种增强抗干扰能力的I²C总线，包括：连接于主机与从机之间的通讯线缆，所述通讯线缆包括：串行数据线、串行时钟线、第一地线、第二地线，所述第一地线与所述第二地线共地，所述串行数据线与所述第一地线分别由绝缘层包覆相互扭绞成第一双绞线，所述串行时钟线与所述第二地线分别由绝缘层包覆相互扭绞成第二双绞线。

可选的，所述总线还包括电源线和第三地线，所述第三地线与所述第一地线共地，所述电源线与所述第三地线分别由绝缘层包覆相互扭绞成第三双绞线。

可选的，在所述通讯线缆与所述主机的接口处以及所述通讯线缆与所述从机的接口处，所述电源线与所述第三地线之间分别设置有退耦电容。

可选的，所述总线还包括控制线和第四地线，所述第四地线与所述第一地线共地，所述控制线与所述第四地线分别由绝缘层包覆相互扭绞成第四双绞线。

可选的，所述通讯线缆外部设置有金属屏蔽层。

可选的，所述金属屏蔽层包括铝箔层和金属编织网层。

可选的，所述通讯线缆通过金属RJ45连接器与所述主机、所述从机分别相连，所述金属屏蔽层与所述金属RJ45连接器的金属外壳相连。

可选的，所述通讯线缆为以太网线。

可选的，所述通讯线缆与所述主机的连接处以及所述通讯线缆与所述从机的连接处分别设置有低通滤波电路。

可选的，所述通讯线缆与所述主机的连接处以及所述通讯线缆与所述从机的连接处分别设置有钳位保护电路。

本实用新型的实施例提供的增强抗干扰能力的I²C总线，在主机与从机之间的通讯线缆中，串行数据线与串行时钟线分别与一条地线相互缠绕形成双绞线，由于每组双绞线中的两条线紧密缠绕，即使外界环境存在一定电磁干扰，该电磁干扰对这两条线造成的影响也基本相同，可以利用差分原理将相同的电磁干扰抵消掉，从而使串行数据线及串行时钟线的传输信号更为准确可靠。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的增强抗干扰能力的I²C总线的一种结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的增强抗干扰能力的I²C总线的另一种结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的增强抗干扰能力的I²C总线的又一种结构示意图。

图4为本实用新型实施例提供的增强抗干扰能力的I²C总线的一种电路原理图。

图5为本实用新型实施例提供的增强抗干扰能力的I²C总线的一种应用示意图。

附图标记：

1～主机；2～从机；3～通讯线缆；31～串行数据线；32～串行时钟线；33～第一地线；34第二地线；35～电源线；36第三地线；37～控制线；38～第四地线；4～低通滤波电路。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型的实施例提供一种增强抗干扰能力的I²C总线，包括：

连接于主机1与从机2之间的通讯线缆3。通讯线缆3包括串行数据线31、串行时钟线32、第一地线33和第二地线34，第一地线33与第二地线34共地。

串行数据线31与第一地线33分别由绝缘层包覆相互扭绞成第一双绞线。串行时钟线32与第二地线34分别由绝缘层包覆相互扭绞成第二双绞线。

本实用新型的实施例提供的增强抗干扰能力的I²C总线，在主机1与从机2之间的通讯线缆中，串行数据线31与串行时钟线32分别与一条地线相互缠绕形成双绞线，由于每组双绞线中的两条线紧密缠绕，即使外界环境存在一定电磁干扰，该电磁干扰对这两条线造成的影响也基本相同，可以利用差分原理将相同的电磁干扰抵消掉，从而使串行数据线31及串行时钟线32的传输信号更为准确可靠。

进一步的，在增强抗干扰能力的I²C总线中，除了通过串行数据线31传输数据、通过串行时钟线32传输时钟信号之外，在本实用新型的一种实施方式中，主机1与从机2之间还可以传递电源信号，即，通讯线缆3中还可以包括电源线35。为了降低外界电磁干扰对I²C总线传输信号的影响，除了对串行数据线31、串行时钟线32这些信号传递线路进行双绞处理之外，还可以对电源线35进行双绞处理。

举例说明，如图2所示，可以在主机1上的地引脚引出另一条地线，即第三地线36，与从机2上的地引脚相连。第一地线33、第二地线34、第三地线35三者共地。电源线35与第三地线36可以分别由绝缘层包覆相互扭绞成第三双绞线，由于每组双绞线中的两条线紧密缠绕，即使外界环境存在一定电磁干扰，该电磁干扰对这两条线造成的影响也基本相同，可以利用差分原理将相同的电磁干扰抵消掉。

可选的，为了消除电源线35与第三地线36之间的耦合电容效应，在通讯线缆3与主机1的接口处以及通讯线缆3与从机2的接口处，电源线35与第三地线36之间分别设置有退耦电容。

进一步的，如图3所示，在本实用新型的另一个实施例中，主机1与从机2之间的传输信号还可包括控制信号，该控制信号可以通过主机1与从机2之间专门的控制线37传输。为了减小电磁干扰对控制信号的影响，可以在主机的地引脚处再引出一条地线，即第四地线38，第四地线38与第一地线33共地；控制线37与第四地线38分别由绝缘层包覆相互扭绞成第四双绞线。第四双绞线与第一双绞线、第二双绞线、第三双绞线一起作为通讯线缆。这样，主机1与从机2之间传输的数据、时钟、电源以及控制信号都可以通过双绞线的形式来降低外界干扰的影响。因为当把两根绝缘的导线互相绞在一起时，干扰信号作用在这两根相互绞缠在一起的导线上是一致的，是一种共模信号，而接收信号时较容易对共模干扰进行抑制，从而提高信号识别准确率，增强抗干扰能力。

为了进一步降低外界电磁干扰对I²C总线传输信号的影响，通讯线缆外部还可设置有金属屏蔽层。可选的，该金属屏蔽层可包括铝箔层和/或金属编织网层。其中，金属编织网层可以屏蔽掉外界低频电磁干扰，铝箔层可以屏蔽掉外界高频电磁干扰，用户可以根据实际情况选用合适的屏蔽层。

为了使屏蔽层实现更好的屏蔽效果，在本实用新型的一个实施例中，通讯线缆可以通过金属RJ45连接器与主机1、从机2分别相连；金属屏蔽层与金属RJ45连接器的金属外壳相连，从而通过该金属外壳接地。

可选的，本实用新型的实施例中，通讯线缆既可以按照具体需求利用多条电线分别两两扭转形成多组双绞线，在该多组双绞线外部再统一设置金属屏蔽层和绝缘层，也可以利用现成的线缆。例如，该通讯线缆可以为以太网线。以太网线中存在四组双绞线，正好可以作为串行数据线31与第一地线33、串行时钟线32与第二地线34、电源线35与第三地线36、控制线37与第四地线38使用。

以上主要从线缆的设置方面降低外界电磁干扰对I²C总线信号的影响，但本实用新型的实施例不限于此。在本实用新型的其他实施例中，还可以通过合适的电路设计进一步降低电磁干扰，提高I²C总线的信号传输质量。

具体而言，如图4所示，在本实用新型的一个实施例中，通讯线缆3与主机1的连接处以及通讯线缆3与从机2的连接处分别设置有低通滤波电路4。电阻R1与电容C1形成一阶低通滤波电路，使频率较低的正常通信信号通过，同时将外界的高频干扰信号和尖峰脉冲等滤除，低通滤波电路具体的截至频率可以根据实际需要进行设置，本实用新型的实施例对此不做限定。当然，在本实用新型的其他实施例中，也可以使用其他形式的滤波器，如二阶低通滤波电路等，只要能够实现对外界电磁干扰的滤除即可。

由于电磁干扰引起的尖峰脉冲会使电路瞬间电压急剧升高，从而影响信号准确性甚至对元器件造成损害，为了抑制这些尖峰脉冲，在本实用新型的一个实施例中，通讯线缆与主机1的连接处以及通讯线缆与从机2的连接处分别设置有钳位保护电路(D1、D2、D3、D4)。当电路中的电压高于电源电压或者低于地电压时，可以使相应的二极管导通，将电路电压限制在地电压到电源电压VCC之间，有效提高了信号准确性，也避免了对元器件造成损害。

下面通过具体实施例对本实用新型提供的增强抗干扰能力的I²C总线进行详细说明。

如图5所示，在对环境进行温度和湿度监测的设备中，温湿度传感器与环境控制器都安装在大功率电控柜内，电磁环境十分恶劣。温湿度传感器与环境控制器之间连接有本实用新型提供的增强抗干扰能力的I²C总线。传感器与控制器之间最长距离为4米。

具体而言，温湿度传感器HRTM-320作为从机(从设备)，它的接口是I²C总线形式，接口信号包括串行时钟SCL、串行时钟SDA、传感器控制CTRL、电源VCC、地GND。控制器OEC3200作为主机(主设备)，除提供I²C总线信号外，还需要向传感器提供电源VCC和控制信号CTRL。

为了达到在恶劣电磁环境下I²C总线长距离可靠通讯，可以采用如下电路结构：

主机、从机上的SCL与SDA信号采用图4所示的电路，具有低通滤波电路和钳位保护电路；

主机、从机上的CTRL信号均采用二极管钳位保护；

主机、从机上接口处的VCC与GND之间均放置较大的退藕电容；

主机、从机上接口处的VCC与GND之间均放置功率合适的TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态二极管)；

主机、从机信号接口使用标准金属外壳RJ45连接器，外壳接保护地；

通讯线缆使用标准的带屏蔽层的以太网线，内部4对双绞线。信号分配上采用信号与GND双绞的方式，即：SCL与GND、SDA与GND、CTRL与GND、VCC与GND分别使用一对双绞线。

采用该项技术后，通讯稳定性明显改善，有效改善了传感器与控制器的通信质量，避免了通讯中断或数据错误的出现。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。