一種低功耗的單總線電路的製作方法
2023-07-26 19:30:26
本發明涉及電子領域，特別涉及的是一種低功耗的單總線電路。
背景技術：
單總線技術是指採用單根信號線，既傳輸時鐘，又傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的，它具有節省輸入輸出口線資源、結構簡單、成本低廉、便於總線擴展和維護等諸多優點。
但是，現有的單總線通常為三線制，即接地線、電源線以及數據線，由於電源線和數據線分置設計，這樣整個單總線電路的功耗比較大。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種低功耗的單總線電路，實現了降低單總線電路功耗的目的。
為解決上述問題，本發明提出一種低功耗的單總線電路，包括主機設備和從機設備，所述從機設備還包括用於和所述主機設備數據交換的數據傳輸模塊以及用於為所述從機設備提供電能的電源轉換模塊，所述電源轉換模塊和所述數據傳輸模塊通過單總線與所述主機設備連接。
根據本發明的一個實施例，所述主機設備包括主控晶片u1以及電阻rswi；所述主控晶片u1包括電源端vcc以及接口端swi，所述主控晶片u1的電源端vcc通過電阻rswi與接口端swi連接。
根據本發明的一個實施例，所述主機設備包括電阻r4，所述電阻r4一端連接於電阻rswi與接口端swi連接處，另一端與所述從機設備連接。
根據本發明的一個實施例，所述電源轉換模塊包括穩壓器u2，所述穩壓器u2包括輸入端vin；
所述電阻r4的另一端通過所述穩壓器u2的輸入端vin連接與所述從機設備連接。
根據本發明的一個實施例，所述電源轉換模塊包括電阻r1、電阻r2、二極體d1以及電容c1；
所述穩壓器u2包括輸出端vout、使能端en以及接地端gnd；
所述二極體d1的正極與輸出端vout連接，負極與所述電容c1的一端連接，所述電容c1的另一端與數據傳輸模塊連接；
所述電阻r1的一端連接於所述輸入端vin與所述使能端en的連接處，另一端通過所述電阻r2接地。
根據本發明的一個實施例，所述穩壓器u2為低壓差穩壓器。
根據本發明的一個實施例，所述數據傳輸模塊包括控制晶片u3、場效應管m1以及電阻r3；
所述場效應管m1的漏極連接於電阻r4與所述穩壓器u2的輸入端vin的連接處，源極接地，柵極通過電阻r3與控制晶片u3連接。
根據本發明的一個實施例，所述數據傳輸模塊包括控制晶片u3，所述控制晶片u3包括接口端io、電壓參考端vref、電源端vcc以及接地端gnd以及內置的比較器comp；
所述比較器comp包括差分信號端dp以及差分信號端dm，所述差分信號端dp連接於電阻r1和電阻r2的連接處，差分信號端dm與電壓參考端vref相連接；
所述場效應管m1的柵極通過電阻r3與控制晶片u3的接口端io連接；
所述電源端vcc連接於電容c1與二極體d1的連接處，電容c1的另一端與接地端gnd並聯接地。
根據本發明的一個實施例，所述比較器comp包括用於向控制晶片u3輸入比較結果信號的輸出端rcv，所述控制晶片u3根據所述比較結果信號控制所述場效應管m1的工作狀態。
根據本發明的一個實施例，所述主控晶片u1為嵌入式晶片。
採用上述技術方案後，本發明相比現有技術具有以下有益效果：
本發明一種低功耗的單總線電路通過用於從機設備和主機設備數據交換的數據傳輸模塊以及用於為從機設備提供電能的電源轉換模塊，實現了在單總線既能提供電能又能傳輸數據，降低了單總線電路功耗，具有較佳的節能效果。
本發明一種低功耗的單總線電路通過控制晶片u3內置的比較器comp以及場效應管m1的設置，將電源線和數據線按照不同的位標識合併在了一起，避免了現有技術中電源線和數據線的分置，在一定程度上節省了線材，方便了安裝。
附圖說明
圖1為本發明一實施例的一種低功耗的單總線電路的模塊結構示意圖；
圖2為本發明一實施例的一種低功耗的單總線電路的位編解碼示意圖。
圖中標號說明：
100、主機設備；200、從機設備；201、電源轉換模塊；203、數據傳輸模塊。
具體實施方式
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。
請參閱圖1，本發明實施例提供一種低功耗的單總線電路，其中，單總線適用於單個主機系統，能夠控制一個或多個從機設備。當只有一個從機設備位於單總線上時，主機系統可按照單節點系統操作；而當多個從機設備位於單總線上時，則主機系統按照多節點系統操作。該低功耗的單行線電路主要應用於單節點系統操作。
圖1示出了本發明實施例一種低功耗的單總線電路的模塊結構示意圖，如圖1所示，本發明實施例一種低功耗的單總線電路包括主機設備100和從機設備200，其中，主機設備100通過單總線與從機設備200相連接。
主機設備100包括主控晶片u1、電阻r4、電阻r5以及電阻rswi，其中，主控晶片u1優選為嵌入式晶片。該主控晶片u1包括電源端vcc、接口端swi以及接地端gnd，其中，接口端swi為rsio總線的信號名，rsio總線只需要單根線即可實現主機設備100與從機設備200之間的雙向通訊；電源端vcc通過電阻rswi與接口端swi連接；電阻r4一端連接於電阻rswi與接口端swi連接處，另一端與從機設備200連接；接地端gnd通過電阻r5與地連接。
從機設備200包括用於和主機設備100數據交換的數據傳輸模塊203以及用於為從機設備200提供電能的電源轉換模塊201，其中，電源轉換模塊201和數據傳輸模塊203通過單總線與主機設備100連接。
具體地，電源轉換模塊201包括穩壓器u2、電阻r1、電阻r2、二極體d1、以及電容c1，其中，穩壓器u2包括輸入端vin、輸出端vout、使能端en以及接地端gnd；輸入端vin通過電阻r4與主機設備100的主控晶片u1的接口端swi連接；二極體d1的正極與輸出端vout連接，負極與電容c1的一端連接，電容c1的另一端與數據傳輸模塊203連接；電阻r1的一端連接於輸入端vin與使能端en的連接處，另一端通過電阻r2接地；接地端gnd則直接接地。
優選地，穩壓器u2為低壓差穩壓器。
數據傳輸模塊203包括控制晶片u3、場效應管m1以及電阻r3，其中，場效應管m1的漏極連接於電阻r4與穩壓器u2的輸入端vin的連接處，源極接地，柵極通過電阻r3與控制晶片u3連接。
控制晶片u3包括接口端io、電壓參考端vref、電源端vcc以及接地端gnd以及內置的比較器comp，其中，比較器comp包括差分信號端dp、差分信號端dm以及輸出端rcv，差分信號端dp連接於電阻r1和電阻r2的連接處，差分信號端dm與電壓參考端vref相連接，輸出端rcv，用於向控制晶片u3輸入比較結果信號，控制晶片u3根據比較結果信號控制場效應管m1的工作狀態；場效應管m1的柵極通過電阻r3與控制晶片u3的接口端io連接；電源端vcc連接於電容c1與二極體d1的連接處，電容c1的另一端與接地端gnd並聯接地。
請參閱圖2，為便於理解本發明實施例一種低功耗的單總線電路，本發明實施例一種低功耗的單總線電路的工作原理如下：
對於電源轉換模塊201，其通過穩壓器u2對主機設備100通過接口端swi輸出的單總線信號進行轉換，再通過串聯的二極體d1和電容c1的分壓以及旁路使得控制晶片u3的電源端vcc能夠獲取穩定的工作電源。
對於數據傳輸模塊203，通過電阻r1和電阻r2組成的分壓電路以及比較器comp，使得控制晶片u3能夠正常識別信號波形進而進行位同步信號的檢測，從而進行相應的編碼、解碼以及數據的接收、發送。
為了便於理解，本發明實施例以基於脈衝位置調製的變形米勒編碼為例進行數據傳輸模塊203具體工作細節的理解，其中，變形米勒編碼是將米勒編碼的正/負脈衝跳變使用負脈衝來代替，在半個位周期內的負跳變表示『1』，不發生跳變表示『0』，正脈衝跳變則作為位周期同步信號。
如圖2所示，假設主機設備100的接口端swi提供佔空比為75％、峰峰值為vl至vh、頻率100khz的載波信號，主機設備100、從機設備200的信息傳輸均在該載波信號上完成調製解調，其具體工作如下：
從機設備200的接收階段：通過比較器comp在t0/t0′處正確識別到位同步信號後，在二分之一載波周期內(t1-t2/t1′-t2′)檢測是否有下降沿變化，以識別當前傳輸位的『0』或『1』狀態。
從機設備200的發送階段：通過電阻r1以及數據傳輸模塊203的場效應管m1、控制晶片u3的接口端io完成對待發送數據的編碼與調製，在發送時，從機設備200通過比較器comp檢測到位同步信號(t0/t0′)後，在二分之一載波周期位置完成對當前傳輸位的『0』或『1』的io驅動。
進一步地，對於解碼過程，根據變形米勒編碼規則，數據位『1』傳輸時，電平在二分之一周期位置處產生一個下降沿變化，數據位『0』傳輸時，電平在二分之一周期位置處無變化。通過比較器comp檢測到位同步信號後，比較器comp輸出端rcv的比較結果信號被控制晶片u3檢測到。在後續的二分之一周期內，電平的負脈衝跳變表示『1』，電平無跳變表示『0』，控制晶片u3可以按照此規則進行位解碼，得到主機設備100傳輸的二進位數據，然後將二進位數據轉換成十六進位，完成整個單總線數據解碼過程。
與現有技術相比，本發明實施例一種低功耗的單總線電路具有如下有益效果：
本發明一種低功耗的單總線電路通過用於從機設備200和主機設備100數據交換的數據傳輸模塊203以及用於為從機設備200提供電能的電源轉換模塊201，實現了在單總線既能提供電能又能傳輸數據，降低了單總線電路功耗，具有較佳的節能效果。
本發明一種低功耗的單總線電路通過控制晶片u3內置的比較器comp以及場效應管m1的設置，將電源線和數據線按照不同的位信息合併在了一起，避免了現有技術中電源線和數據線的分置，在一定程度上節省了線材，方便了安裝。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定權利要求，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。