用于在信号传输网络中提供全面故障安全能力的系统和方法.pdf

1、10申请公布号CN104113495A43申请公布日20141022CN104113495A21申请号201410245393222申请日2010092961/250,48720091009US12/847,07120100730US201010505800020100929H04L25/02200601H04B1/1620060171申请人英特赛尔美国股份有限公司地址美国加利福尼亚州72发明人CK戴维斯JD莱斯74专利代理机构上海专利商标事务所有限公司31100代理人何焜54发明名称用于在信号传输网络中提供全面故障安全能力的系统和方法57摘要本申请公开了用于在信号传输网络中提供全面故障安全能

2、力的系统和方法。例如，用于在信号传输网络中提供全面故障安全能力的系统包括发送和接收信号或数据的至少一个第一电子电路、耦合到所述至少一个第一电子电路的至少一个驱动器单元、以及耦合到所述至少一个第一电子电路和所述至少一个驱动器单元的至少一个接收机单元。所述至少一个接收机单元包括至少一个偏置信号生成单元、信号比较单元、以及将来自所述至少一个偏置信号生成单元的偏置信号耦合到信号比较单元的输入的切换单元。30优先权数据62分案原申请数据51INTCL权利要求书2页说明书6页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图5页10申请公布号CN104113495ACN1

3、04113495A1/2页21一种即使输入至信号传输网络的多个数据输入连接被反转也能在所述信号传输网络中提供全面故障安全功能的方法，所述方法包括在所述信号传输网络中的所述多个数据输入连接上接收多个数字差分信号；接收控制信号，所述控制信号指示所述多个数据输入连接是否适当地连接至所述信号传输网络；将所述多个数据输入连接中的第一输入连接至第一偏置信号生成单元和第二偏置信号生成单元；如果所述控制信号指示所述数字差分信号的第一极性，则选择所述第一偏置信号生成单元，并藉此将第一偏置信号增加到在所述第一输入处接收的所述多个数字差分信号；如果所述控制信号指示所述数字差分信号的第二极性，则选择所述第二偏置信号生

4、成单元，并藉此将第二偏置信号增加到在所述第一输入处接收的所述多个数字差分信号，其中所述第一偏置信号和所述第二偏置信号是具有相反极性的电压；以及如果所述多个数据输入连接是断开或浮动的、一起被短路或用终端电阻器短路，并且所述控制信号指示第一极性或第二极性，则输出表示第一状态的逻辑信号，并且藉此在所述信号传输网络中获得全面故障安全功能。2如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一极性是反相极性，并且所述第一偏置信号是正电压。3如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一极性是非反相极性，并且所述第一偏置信号是负电压。4如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个数字差分信号包括根据RS485或RS

5、422数据传输协议接收的多个数字差分信号。5如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收所述多个数字差分信号进一步包括如果所述多个数字差分信号的极性是反相极性，则在比较器的至少一个输入上接收包含负的偏置信号的所述多个数字差分信号。6如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收所述多个数字差分信号进一步包括如果所述多个数字差分信号的极性是反相极性，则在比较器的至少一个输入上接收包含正的偏置信号的所述多个数字差分信号。7如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如果所述控制信号指示所述第一极性或所述第二极性，并且处于空闲状态的接收机的多个数字差分输入是断开或浮动的、一起被短路或用终端电阻器短路，则处于空闲

6、状态的所述接收机输出逻辑高信号，由此在所述接收机中获得全面故障安全功能。8一种即使输入至根据数据传输协议操作的接收机的多个差分连接被反转也能在所述接收机中提供全面故障安全能力的方法，所述方法包括在接收机电路的两个差分输入上接收多个数字差分信号；接收控制信号，所述控制信号指示所述接收机电路的所述两个差分输入是否适当地连接至传输网络；将所述两个差分输入中的第一输入耦合至多个偏置信号生成单元；如果所述控制信号指示所述数字差分信号的第一极性，则选择所述多个偏置信号生成单元中的第一偏置信号生成单元，并藉此将第一偏置信号增加到在所述第一输入处接收的权利要求书CN104113495A2/2页3所述多个数字差

7、分信号；如果所述控制信号指示所述数字差分信号的第二极性，则选择所述多个偏置信号生成单元中的第二偏置信号生成单元，并藉此将第二偏置信号增加到在所述第一输入处接收的所述多个数字差分信号，其中所述第一偏置信号和所述第二偏置信号是具有相反极性的电压；以及如果所述两个输入是断开或浮动的、一起被短路或用终端电阻器短路，并且所述控制信号表示第一状态或第二状态，则输出表示空闲状态的逻辑信号，并且藉此在所述接收机电路中获得全面故障安全能力。9如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一极性是反相极性，并且所述第一偏置信号是正电压。10如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二极性是非反相极性，并且所述第二偏置

8、信号是负电压。11如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括在集成电路IC中执行所述接收操作和增加操作。权利要求书CN104113495A1/6页4用于在信号传输网络中提供全面故障安全能力的系统和方法0001本发明专利申请是2010年9月29日提交的申请号为2010105058000，名称为“用于在信号传输网络中提供全面故障安全能力的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。0002相关申请的交叉引用0003本申请涉及于2009年10月9日提交的并通过引用并入本文的序列号为61/250,487律师签号SE2729AN的标题为“RS485RECEIVERWITHAFULLFAILSAFEPOLARI

9、TYINVERSIONFUNCTION”的美国临时专利申请。本申请由此要求序列号为61/250,487的美国临时专利申请的利益。附图说明0004理解了附图仅描绘示例性实施方式且因此不被认为在范围上是限制性的之后，示例性的实施方式将通过附图的使用以额外的特征和细节被描述，在附图中0005图1是示出了可用于实现本发明的一个实施方式的系统的块图；0006图2是可用于实现本发明的一个实施方式的接收机电路的示意性块图；以及0007图3是代表来自正常极性状态和反相极性状态的接收机电路的输出信号的多个信号波形的示意图；0008图4是可用于在信号传输网络中实现偏置信号生成的第二接收机电路的示意性块图；0009

10、图5是可用于在信号传输网络中实现偏置信号生成的第三接收机电路的示意性块图；0010图6是可用于在信号传输网络中实现偏置信号生成的第四接收机电路的示意性块图；0011图7是可用于在信号传输网络中实现偏置信号生成的第五接收机电路的示意性块图。0012根据一般实践，所描述的各种特征并非按比例绘制，而是被绘制为强调与示例性实施方式相关的具体特征。0013详细描述0014在以下的详细描述中，参考形成其一部分的附图，且其中作为例子示出了具体的说明性实施方式。但是，应理解，可利用其他的实施方式，且可进行逻辑的、机械的和电的改变。另外，附图和说明书中提出的方法不应被解释为限制各个行动可被执行的顺序。以下的详细

11、描述因此不应在限制的意义上被解释。0015图1是示出了系统100的块图，系统100可被用于实现本发明的一个实施方式。例如，系统100可以是信号传输网络，例如通过信号通信线将模拟或数字信号传送到一个或多个接收机的一个或多个发射机的网络。作为另一个例子，系统100可以是连接在总线配置中的信号驱动器例如，发射机和接收机的网络。作为又一个例子，系统100可以是根据RS485或RS422数据传输标准或协议操作的差分数据传输网络。说明书CN104113495A2/6页50016参考图1，系统100包括耦合到第一收发机102的第一电子电路101、耦合到第二收发机104的第二电子电路103、耦合到第三收发机1

12、06的第三电子电路105，以及耦合到第四收发机108的第四电子电路107。例如，在一个实施方式中，每个电子电路101、103、105、107是生成并接收通过相应的收发机102、104、106、108传送到不同的收发机102、104、106、108的信号或数据的电路。这样的电路的一个例子是连接到收发机102、104、106或108以向控制器提供信号信息或数据的传感器电路，该控制器连接到所涉及的网络中的不同的收发机。而且，例如，在一个实施方式中，每个收发机102、104、106、108发送和接收差分信号。注意到，虽然示出了四个电子电路和收发机，可用在这样的网络中的电子电路和收发机的数量仅是设计限制

13、。因此，系统100可包括多于或少于所示出的四个电子电路和收发机。例如，系统100可包括两个电子电路和收发机，例如第一和第二电子电路101、103以及第一和第二收发机102、104。0017每个收发机102、104、106和108包括信号发送/接收对。例如，第一收发机102包括第一驱动器例如，发射机单元110和第一接收机单元112，第二收发机104包括第二驱动器单元114和第二接收机单元116，第三收发机106包括第三驱动器单元118和第三接收机单元120，以及第四收发机108包括第四驱动器单元122和第四接收机单元124。每个驱动器单元110、114、118、122的输入DI连接到相应的电子电

14、路101、103、105、107的输出，且每个接收机单元112、116、120、124的输出RO连接到相应的电子电路的输入。而且，每个驱动器单元通过信号通信线126、128耦合到不同的收发机中的接收机。例如，在一个实施方式中，信号通信线126、128可以是将差分信号从“主”收发机例如收发机102的驱动器单元传送到“从”收发机例如，收发机104、106或108的接收机单元的网络总线。0018图2是接收机电路200的示意性块图，接收机电路200可用于实现本发明的一个实施方式。例如，接收机电路200可用于实现图1中示出的系统100的至少一个接收机单元112、116、120、124的全面故障安全功能。

15、因此，接收机电路200可被实现为每个接收机单元112、116、120、124、整个接收机单元112、116、120或124的组成部分，或者来自每个接收机单元112、116、120、124的组成部分的单独的电路。在任何情况下，如果所接收的信号的极性被电反转例如，而不是对不恰当地接线的传输线连接重新接线，则接收机电路200防止网络接收机输出错误信号。例如，在一个实施方式中，差分信号传输网络包括网络接收机的有全面故障安全能力的接收机电路200，如果反转极性逻辑控制功能用于通过将接收机的输出反转来电反转所接收的信号的极性以获得期望的逻辑意义，则接收机电路200防止接收机输出错误开始位例如，最始从逻辑“

16、1”过渡到逻辑“0”状态的输出，接收机的输入从总线故障安全断开断开，或接收机的输入使接近零伏的差分信号被应用故障安全是短路的或空闲的或终止的。0019参考图2，接收机电路200包括切换单元202、第一信号比较单元204以及第二信号比较单元206。例如，在一个实施方式中，切换单元202可利用模拟晶体管开关例如，MOS场效应晶体管或MOSFET来实现，第一信号比较单元204可利用比较器来实现，且第二信号比较单元可利用异或XOR逻辑门来实现。在这方面，例如，接收机电路200可利用双极和/或互补MOSFETCMOSFET制造技术来制造。在第二个实施方式中，例如，第一信号比较单元204可利用电路或设备来

17、实现，该电路或设备代数地减去两个例如，差分输入信号，并且如果这两个输入信号的代数差为正或大于零则输出正信号例如，输出为“高”或逻辑说明书CN104113495A3/6页6“1”，而如果这两个输入信号的代数差为负或小于零则输出负信号例如，输出为“低”或逻辑“0”。而且，第二信号比较单元206可利用多路复用器和倒相器来实现。例如，第二信号比较单元206可作为多状态信号比较单元起作用，其接收两个输入信号，并且如果这两个输入信号中的一个为正或“高”则输出正信号例如，输出为“高”或逻辑“1”，或如果这两个输入信号相等则输出负信号例如，逻辑“0”。0020接收机电路200还包括第一输入连接208和第二输入

18、连接210。例如，第一输入连接208可连接到图1中的信号通信线128，且第二输入连接210可连接到信号通信线126。在这方面，在信号通信线126、128上传送的例如，差分信号可在第一和第二输入连接208、210处被接收。第一输入连接208还通过切换单元202连接到第一信号比较单元204的第一输入212。例如，第一输入连接208可通过第一偏置信号例如，OS生成单元224、第一开关触点202A和第二开关触点202C连接到第一输入212。在一个实施方式中，第一偏置信号生成单元224产生负的偏置电压。可选地，例如，第一输入连接208可通过第二偏置信号例如，OS生成单元226、第三开关触点202B和第二

19、开关触点202C连接到第一输入212。在一个实施方式中，第二偏置信号生成单元226产生正的偏置电压。切换单元202的位置由在线222上输入的预定的控制信号控制。例如，控制信号可被网络设计者或用户直接或间接地输入。第二输入连接210连接到第一信号比较单元204的第二输入214。0021第一信号比较单元204的输出通过线216连接到第二信号比较单元206的第一输入217，且第二线218连接到第二信号比较单元206的第二输入219。预定的控制信号在第二线218上输入。例如，如果正常的信号极性状态存在例如，所接收的信号的极性没有被电反转，逻辑“0”可在线218上被输入到第二信号比较单元206。可选地，

20、例如，如果反转的信号极性状态存在例如，所接收的信号的极性被电反转，逻辑“1”可在线218上被输入到第二信号比较单元206。在一个实施方式中，线218上输入的控制信号还在线222上被输入。在第二个实施方式中，不同的控制信号在线218和222上被输入。在任何情况下，来自第二信号比较单元206和接收机电路200的输出信号在线220上被传送例如，被传送到图1中示出的电子电路101、103、105、107的输入连接。例如，来自第二信号比较单元206的输出信号可以是信号RO，其是图1中示出的任何接收机单元112、116、120、124的输出信号。0022图3是多个信号波形的示意图300，这些信号波形代表来

21、自正常极性状态和反相例如，反转极性状态的接收机电路200的输出信号例如，RO。在操作中，参考图2和3，如果正常信号极性状态存在例如，所接收的信号的极性不被电反转，那么在线222上输入的控制信号例如，逻辑“0”使切换单元202将第一输入连接208通过第二信号偏置生成单元226发送到第一输入212。这个配置将正的偏置信号例如，OS增加到在第一输入连接208上接收的信号。而且，逻辑“0”信号在线218上被输入。因此，正的偏置信号应用到第一输入212，第一信号比较单元204的输出为高例如，逻辑“1”。在线218上的逻辑“0”信号使第二信号比较单元206作为非反相单元起作用，且第二信号比较单元206的输

22、出因此为高。如由正常极性波形300A所示出的，当第一输入信号VA减去第二输入信号VB等于零时，输出信号RO为高。这个结果指示在缺少输入信号例如，输入连接是断开或浮动的，但由内部基准限定，输入在一起被短路，或输入被终端电阻器短路时，输出信号保持在逻辑“1”状态，且故障安全功能被接收机电路200提供以用于正常极性状态。说明书CN104113495A4/6页70023如果反相信号极性状态存在例如，所接收的信号的极性被电反转，在线222上输入的控制信号例如，逻辑“1”使切换单元202将第一输入连接208通过第一偏置信号生成单元224连接到第一输入212。这个配置将负的偏置信号例如，OS增加到在第一输入

23、连接208上接收的信号。而且，逻辑“1”信号在线218上被输入，这使第二信号比较单元206作为信号反相单元起作用。因此，由于负的偏置信号应用到第一输入212，第一信号比较单元204的输出为低例如，逻辑“0”，且第二信号比较单元206的输出为高例如，逻辑“1”。如由反相的极性波形300B所示出的，当第一输入信号VA减去第二输入信号VB等于零时输出信号RO为高。这个结果指示在缺少输入信号例如，输入连接是断开或浮动的、一起被短路或被终端电阻器短路时，输出信号保持在逻辑“1”状态中，且故障安全功能也被接收机电路200提供以用于反相的或反转的极性状态。因此，通过为正常和反相极性状态提供故障安全能力，接收

24、机电路200为所涉及的信号传输网络提供全面故障安全功能。如果信号传输网络是差分信号传输网络，接收机电路200提供在整个接收共模电压范围内的全面故障安全功能。0024图4是接收机电路400的示意性块图，接收机电路400可用于实现本发明的一个实施方式。例如，接收机电路400可用于实现图2中示出的接收机电路200的可选输入部分。参考图4，接收机电路400包括切换单元402、正偏置信号生成单元404和第一信号比较单元406。接收机电路400还包括第一输入连接408和第二输入连接410。例如，第一输入连接408可连接到图1中的信号通信线128，且第二输入连接410可连接到信号通信线126。在这方面，在信

25、号通信线126、128上传送的例如，差分信号可在第一和第二输入连接408、410上被接收。第一输入连接408还通过切换单元402连接到第一信号比较单元406的第一输入412。对于这个示例性实现方式，第一输入连接408通过偏置信号例如，OS生成单元404、第一开关触点402A、第二开关触点402C、第三开关触点403D和第四开关触点402E连接到第一输入412。而且，第二输入连接410通过第五开关触点402F、第六开关触点402G、第七开关触点402H和第八开关触点402I连接到第一信号比较单元406的第二输入414。在这个实现方式中，正的偏置信号可被增加到在第一输入连接408或第二输入连接41

26、0上接收的信号。0025图5是接收机电路500的示意性块图，接收机电路500可用于实现本发明的一个实施方式。例如，接收机电路500可用于实现图2中示出的接收机电路200的第二可选输入部分。参考图5，接收机电路500包括切换单元502、正偏置信号生成单元504、负偏置信号生成单元506以及第一信号比较单元508。接收机电路500还包括第一输入连接510和第二输入连接512。例如，第一输入连接510可连接到图1中的信号通信线128，且第二输入连接512可连接到信号通信线126。在这方面，在信号通信线126、128上传送的例如，差分信号可在第一和第二输入连接510、512处被接收。第一输入连接510

27、还通过切换单元502连接到第一信号比较单元508的第一输入514。对于这个示例性实现方式，第一输入连接510通过第一偏置信号例如，OS生成单元504、第一开关触点502A和第二开关触点502B连接到第一输入514。而且，第二输入连接512连接到第一信号比较单元508的第二输入516。可选地，根据切换单元502的被转换的位置，第一输入连接510也通过第二偏置信号例如，OS生成单元506、第三开关触点502C和第二开关触点502B连接到第一信号比较单元508的第一输入514。在这个实现方式中，正的偏置信号或负的偏置信号可被增说明书CN104113495A5/6页8加到在第一输入连接510上接收的信

28、号。0026图6是接收机电路600的示意性块图，接收机电路600可用于实现本发明的一个实施方式。例如，接收机电路600可用于实现图2中示出的接收机电路200的第三可选输入部分。参考图6，接收机电路600包括切换单元602、负偏置信号生成单元604、正偏置信号生成单元606和第一信号比较单元608。接收机电路600还包括第一输入连接610和第二输入连接612。例如，第一输入连接610可连接到图1中的信号通信线128，且第二输入连接612可连接到信号通信线126。在这方面，在信号通信线126、128上传送的例如，差分信号可在第一和第二输入连接610、612处被接收。第一输入连接610连接到第一信号

29、比较单元608的第一输入614。第二输入连接612通过切换单元602连接到第一信号比较单元608的第二输入616。对于这个示例性实现方式，第二输入连接612通过第一偏置信号例如，OS生成单元604、第一开关触点602A和第二开关触点602B连接到第二输入616。可选地，根据切换单元602的被转换的位置，第二输入连接612还可通过第二偏置信号例如，OS生成单元606、第三开关触点602C、第二开关触点602B连接到第一信号比较单元608的第二输入616。在这个实现方式中，正的偏置信号或负的偏置信号可被增加到在第二输入连接612上接收的信号。0027图7是接收机电路700的示意块图，接收机电路70

30、0可用于实现本发明的一个实施方式。例如，接收机电路700可用于实现图2中示出的接收机电路200的第四可选输入部分。参考图7，接收机电路700包括切换单元702、第一位置偏置信号生成单元704、第二位置偏置信号生成单元706和第一信号比较单元708。接收机电路700还包括第一输入连接710和第二输入连接712。例如，第一输入连接710可连接到图1中的信号通信线128，且第二输入连接712可连接到信号通信线126。在这方面，在信号通信线126、128上传送的例如，差分信号可在第一和第二输入连接710、712处被接收。第一输入连接710连接到第一信号比较单元708的第一输入714。第二输入连接712

31、也通过切换单元702连接到第一信号比较单元708的第二输入716。对于这个示例性实现方式，第一输入连接710通过第一偏置信号例如，OS生成单元704、第一开关触点702A和第二开关触点702B连接到第一输入714。而且，第二输入连接712通过第三开关触点702D和第四开关触点702E连接到第二输入716。可选地，根据切换单元702的被转换的位置，第一输入连接710还可通过第五开关触点702C和第二开关触点702B连接到第一信号比较单元708的第一输入714。而且，第二输入连接712可通过第二偏置信号例如，OS生成单元706、第六开关触点702F和第四开关触点702E连接到第一信号比较单元708

32、的第二输入716。在这个实现方式中，正的偏置信号可被增加到在第一输入连接710或第二输入连接712上接收的信号。0028在又一个实施方式中，如果反相的信号极性状态存在例如，如以上直接描述的，接收机电路200中的不同的第一切换单元可用于在电反转的信号达到偏置信号生成单元部分时再次反转这些电反转的信号。在这个实施方式中，单个偏置信号生成单元足以实现全面故障安全能力，且不需要第二信号比较单元。0029在另外一点，接收机电路200通过产生内部负的或正的偏置信号或电压来提供全面故障安全功能的可编程接收阈值。因此，接收机电路200使用户能够通过选择适当的负的和正的偏置信号来改变全面故障安全功能的接收机阈值

33、以用于特定的信号传输网络设计。在这方面，这样的正的或负的偏置信号或电压可以用多种方式产生。例如，偏置信号或说明书CN104113495A6/6页9电压可通过利用偏置电压例如通过使电流通过一个或多个电阻器而产生的电压来产生。而且，例如，在差分信号网络中，偏置电压可通过使信号比较器如果使用信号比较器的输入差分状态失配来产生。0030虽然本文中示出和描述了具体的实施方式，本领域中普通技术人员应认识到，被考虑来实现相同目的的任何布置都可代替所示出的具体实施方式。因此，意图是本发明仅由权利要求及其等效形式限制。说明书CN104113495A1/5页10图1说明书附图CN104113495A102/5页11图2说明书附图CN104113495A113/5页12图3图4说明书附图CN104113495A124/5页13图5图6说明书附图CN104113495A135/5页14图7说明书附图CN104113495A14