用于钳位收发器的共模电压的模块及方法与流程

本发明涉及一种用于钳位差分信号收发器的共模电压的模块及方法。更具体地，本发明的模块及方法可用于钳位接收器的分别耦接至总线的第一和第二信号线的第一和第二输入端之间的共模电压。例如，本发明提出的模块和方法可用于can接收器。

背景技术：

1、总线系统是各种电子设备中用于传输数据和控制信号的通信系统。它通常包括一组并行或串行线路，用于连接各个设备，以实现各个设备之间的通信和协调工作。总线典型地采用差分传输的信号传输技术，因为它具有抗干扰能力强、传输距离远、传输速度快等优点。差分传输是指在两根信号线上都传输信号，这两个信号的振幅相同、相位相反。通常将在这两根信号线上传输的信号称作差分信号。在差分信号中，一个信号线携带正向信号，另一个信号线携带反向信号，它们的差值构成了传输的有效信号，即差模电压。而这两个信号线上的电压的平均值是共模电压。共模电压通常是由于干扰或信号线不平衡等原因所产生，它可能会对信号传输造成干扰或损坏。因此，在差分信号传输中，通常会对共模电压进行抑制或屏蔽，以确保信号传输的可靠性和稳定性。

2、总线系统通常可采用各种通信协议，以在各个节点之间传输信号。例如，控制器局域网(can，controller area network)总线是一种常见的用于实时应用的串行通讯协议总线，且现在广泛应用于汽车、工业控制等领域，以在各种设备和传感器之间进行数据通信。在can的基础上，还提出了can fd(can with flexible data rate的缩写)。在下文中统称为can，而并不进行区分。

3、为了发送和接收总线信号，在总线系统中对于各种设备和传感器通常需要使用收发器。例如，当前典型的can收发器芯片需要满足标准iso 11898-2:2016。收发器大体包括接收器(或接收电路)和发送器(或发送电路)，一方面，发送器可以接收来自微控制器单元(mcu)的高速串行数字信号，将该数字信号转换成差分信号，输出到总线；另一方面，接收器能接收到来自总线的差分信号，将其转化成数字信号，输出给mcu。例如，can收发器的主要信号引脚包括：分别与总线耦接的canh引脚与canl引脚；用于接收数字信号的txd引脚以及用于发送数字信号的rxd引脚。

4、对于收发器，接收器接收由总线传来的差分信号。该差分信号包括共模电压(vcm)与差模电压(vodiff)。接收器的主要功能包括抵抗由于共模电压的变化所引起的干扰，识别出差模电压，并且正确地输出该差模电压。如果来自总线的信号的共模电压在很大范围内变化，则要求接收器能够处理共模电压在很大范围内变化的差分信号。但又由于接收器需要同时兼顾高速、高精度的要求，由此给接收器的设计带来极大挑战。甚至在总线信号的共模电压非常高或非常低的情况下，接收器无法正确处理差分信号而导致通信出错。

技术实现思路

1、本发明的目的之一至少在于解决或缓解以上技术问题。

2、本发明提出了一种用于钳位差分信号收发器的共模电压的模块及方法，可以对接收到的总线信号进行处理，将收发器的共模电压钳在一定的电压范围内，而差模电压不受明显影响。借助于本发明，可以使传输至接收器的信号的共模电压被钳位在设定范围内，从而降低了接收器的设计难度，并且保证了通信质量。本发明还允许以简单且成本有效的方式实现对共模电压的钳位。同时，对于收发器整体而言，能够处理共模电压在更大范围内变化的总线信号。借助于本发明，总线的两条信号线之间的共模电压也不受明显影响。

3、根据本发明的第一方面，提供了一种用于钳位差分信号收发器的共模电压的模块，差分信号收发器包括用于接收和处理来自总线的差分信号的接收器，该接收器包括耦接至总线的第一信号线的第一输入端和耦接至总线的第二信号线的第二输入端。根据本发明的模块包括：采集电路，该采集电路被配置为采集差分信号的共模电压，并基于差分信号的共模电压生成感测电压信号；反馈控制电路，反馈控制电路的输入与采集电路耦接以接收感测电压信号，反馈控制电路接收参考电压阈值，反馈控制电路的输出分别与接收器的第一输入端和第二输入端耦接。反馈控制电路还被配置为，基于感测电压信号与参考电压阈值，控制第一输入端和第二输入端处的电压，将感测电压信号钳位至参考电压阈值。

4、根据本公开的示例性方面，差分信号收发器包括can收发器，总线包括can总线，第一信号线包括第一can信号线，第二信号线包括第二can信号线。

5、根据本公开的示例性方面，参考电压阈值包括第一参考电压。当感测电压信号小于第一参考电压时，反馈控制电路将感测电压信号钳位至第一参考电压。

6、根据本公开的示例性方面，参考电压阈值包括第二参考电压。当感测电压信号大于第二参考电压时，反馈控制电路将感测电压信号钳位至第二参考电压。

7、根据本公开的示例性方面，采集电路被配置为采集差分信号的共模电压并对差分信号的差模电压进行衰减以生成感测电压信号。

8、根据本公开的示例性方面，收发器包括用于与第一信号线和第二信号线耦接的电阻器阵列。电阻器阵列与第一输入端和第二输入端耦接。

9、根据本公开的示例性方面，采集电路包括一组电阻器。一组电阻器包括第一电阻器第二电阻器。第一电阻器的第一端耦接至第一输入端，第一电阻器的第二端与第二电阻器的第二端耦接于采集节点。第二电阻器的第一端与第二输入端耦接。采集电路在采集节点采集共模电压并输出感测电压信号。

10、根据本公开的示例性方面，电阻器阵列包括第一分压电阻器，第一分压电阻器的第一端耦接第一信号线。电阻器阵列包括第二分压电阻器，第一分压电阻器的第二端与第二分压电阻器的第一端耦接于第一输入端。电阻器阵列包括第三分压电阻器，第二分压电阻器的第二端与第三分压电阻器的第一端耦接。电阻器阵列包括第四分压电阻器，第三分压电阻器的第二端与第四分压电阻器的第一端耦接于第二输入端。第四分压电阻器的第二端耦接于第二信号线。

11、根据本公开的示例性方面，第一分压电阻器与第四分压电阻器的电阻值相等。根据本公开的示例性方面，第二分压电阻器与第三分压电阻器的电阻值相等；

12、根据本公开的示例性方面，第一电阻器的电阻值等于第二电阻器的电阻值。在一些实施例中，第一电阻器和第二电阻器的电阻值大于第一分压电阻器的电阻值。在一些实施例中，第一电阻器和第二电阻器的电阻值大于第二分压电阻器的电阻值。

13、在优选实施例中，第一电阻器和第二电阻器的电阻值远大于第一分压电阻器的电阻值。在一些实施例中，第一电阻器和第二电阻器的电阻值远大于第二分压电阻器的电阻值。更优选地，第一电阻器和第二电阻器的电阻值至少是第一分压电阻器的电阻值的10倍。更优选地，第一电阻器和第二电阻器的电阻值至少是第二分压电阻器的电阻值的10倍。

14、根据本公开的示例性方面，反馈控制电路包括第一运算放大器。第一运算放大器接收感测电压信号和第一参考电压作为输入，且第一运算放大器被配置为当感测电压信号小于第一参考电压时输出第一电压信号。

15、根据本公开的示例性方面，反馈控制电路包括第一mos管和第二mos管。第一mos管和第二mos管的控制端均与第一运算放大器的输出端耦接，第一端均与电源电压耦接。第一mos管的第二端与接收器的第二输入端耦接，第二mos管的第二端与接收器的第一输入端耦接。

16、根据本公开的示例性方面，反馈控制电路包括第二运算放大器，第二运算放大器接收感测电压信号和第二参考电压作为输入，且第二运算放大器被配置为当感测电压信号大于第二参考电压时输出第二电压信号。

17、根据本公开的示例性方面，反馈控制电路包括第三mos管和第四mos管。第三mos管和第四mos管的控制端与第二运算放大器的输出端耦接。第三mos管和第四mos管的第一端均与基准电位耦接。第三mos管的第二端与接收器的第二输入端耦接。第四mos管的第二端与接收器的第一输入端耦接。

18、根据本公开的示例性方面，反馈控制电路包括模拟数字转换器和电流阵列。模拟数字转换器包括n-bit adc。电流阵列包括n-bit电流源和n-bit开关。n-bit adc将采集的感测电压信号转换为n-bit数字值，n-bit数字值控制电流阵列中的n-bit开关的断开与闭合并控制n-bit电流源的电流，以控制第一输入端和第二输入端处的电压，使得将感测电压信号钳位至参考电压阈值。

19、根据本公开的示例性方面，反馈控制电路包括分别耦接至第一输入端和第二输入端的第一组开关。反馈控制电路包括分别耦接至第一组开关的第一组电流源。在一些实施例中，反馈控制电路还包括第一比较器。第一比较器被配置为比较感测电压信号和第一参考电压，当感测电压信号小于第一参考电压时，第一比较器使第一组开关闭合，第一组电流源控制第一输入端和第二输入端处的电压，将感测电压信号钳位至第一参考电压。

20、根据本公开的示例性方面，反馈控制电路包括分别耦接至第一输入端和第二输入端的第二组开关。反馈控制电路包括分别耦接至第二组开关的第二组电流源。在一些实施例中，反馈控制电路还包括第二比较器。第二比较器被配置为比较感测电压信号和第二参考电压，当感测电压信号大于第二参考电压时，第二比较器使第二组开关闭合，第二组电流源控制第一输入端和第二输入端处的电压，使得将感测电压信号钳位至第二参考电压。

21、根据本发明的另外方面，提供了一种用于钳位差分信号收发器的共模电压的方法，差分信号收发器包括用于接收和处理来自总线的差分信号的接收器，接收器包括分别耦接至总线的第一信号线的第一输入端和耦接至总线的第二信号线的第二输入端。该方法包括：采集差分信号的共模电压并对差分信号的差模电压进行衰减以生成感测电压信号。根据本发明的方法还包括：基于感测电压信号与参考电压阈值，控制第一输入端和第二输入端处的电压。该方法进一步包括将感测电压信号钳位至参考电压阈值。在一些实施例中，采用如上所述的模块来实施方法。

22、在一些实施例中，根据本发明的方法可用于钳位can接收器接收的共模电压。

23、根据本发明的该方法提供了与前面关于用于钳位差分信号收发器的共模电压的模块所提及的相同的优点。

24、本发明的其它可能的实施方案也包括之前或接下来关于实施例所描述的特征或实施方式的未明确提到的组合。在此，本领域普通技术人员也可以添加单个方面作为对本发明的相应基本形式的改进或补充。