現場總線中繼器的製作方法
2023-07-24 04:01:51 1
專利名稱：現場總線中繼器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及基金會現場總線系統的信號長距離傳輸領域，具體說屬於具有信號傳輸中的再生、重發功能的控制信號機制。
背景技術：
目前現場總線系統其總線長度達到一定程度後，傳輸的總線信號會衰減和變形，使得現場設備不能識別，因此現有的現場總線採用中繼器將一個總線段的信號作為輸入接收下來，經過濾波、整形、再生等過程後，發送到下一個總線段，但基金會現場總線是串行雙向通信系統，數據信號是以數據包形式在一條信道上雙向傳輸，數據採用Manchester Biphase-1技術進行編碼，稱之同步串行信號，採用這種編碼的系統有很多，如乙太網、FF現場總線、PROFIBVS-PA等，此類系統設計的中繼器均採用解碼和編碼，它們將數據包接收下來後進行解碼成NRZ碼，然後對數據進行分析，再對分析後的數據進行編碼，最後發送出去，這樣便實現重發功能，因此採用這種方法設計的中繼器必須基於可編程邏輯器作，將以上步驟做到晶片中，否則採用分立元件實現上述功能，較複雜。
發則內容本實用新型目的是提供結構簡單，用硬體實現全收全發，不需編碼和解碼，同時更不需進行分析，響應快和成本低的一種現場總線中繼器。
為完成上述的目的所採取的技術方案整個結構由雙向對稱的二組接收部分、四組開關部分、二組控制部分、二組發送部分組成，其中四組開關部分為三態門電路，二組控制部分各由二個並接的比較器及一個信號選擇器構成，上述的三態門開關各互相聯動，上述的二組發送部分由三態門電路組成，耦合變壓器、二組接收部分由濾波器、比較器、電壓路通器組成。
本實用新型由於現場總線系統是串行雙向通信系統，設置中繼器實現信號再生放大，對於一個數據幀來說，用一個電路輸出一個對應的控制信號，可以控制該一幀數據的走向，這樣實現中繼功能就很容易，不必採用編碼和解碼的方法，很大程度上減少電路的複雜性，又不增加成本，因此用硬體電路實現全收全髮型的中繼器，它不對數據進行編碼和解碼，也不進行分析，電路簡單，響應快成本低。
圖1本實用新型雙向信號傳輸電路結構圖；圖2本實用新型從左向右傳輸時電路結構圖；圖3本實用新型從右向左傳輸時電路結構圖；圖4控制部件電路結構圖；圖5發送與接收部件電路結構圖；圖6為控制電部件的各點狀態圖。
圖6中的「0」代表低電壓，「1」代表高電壓。
具體實施方式
整機由雙向對稱的接收部分2和9、開關部分3、6、10、13、控制部分4和11、發送部分7和14四個部分組成，其中開關3、6、10、13為三態門電路，控制部分4和11由二個並接的比較器T1和T2以及74HC153信號選擇器構成，上述的三態門開關3、6、10、13中的開關3和13與開關6、10為兩對聯動開關，上述的發送部分如圖5所示，三態門電路D4A、D4B、D4C、D4D組成由總線經變壓器T1，上述的接收部分如圖5所示，濾波器D8B、由比較器D8A。
根據圖1所示，本實用新型由四個部分構成即雙向對稱，發送部分7和14、接收部分2和9，控制部分4和11、開關部分3、6、10、13，接收部分2、控制部分4、發送部分7、開關部分3、6共同構成了自左向右的信號通路，接收部分9，控制部分11，發關部分14，開關部分10和13共同構成了自右向左的信號通路，為了便於表達，實際電路中的三態門電路全部用圖中的開關3、6、10、13來描述，二者在實際功能上是相同的。如圖1所示。
由於現場總線傳輸的是串行雙向數據，為了防止數據在發送過程中又被電路接收回去而形成振蕩，在電路中設置了四個開關3、6、10、13，開關3和開關13開關、6和10為兩對聯動開關。當電路兩端1、8都沒有信號傳輸時，電路處於靜止態，控制部分4和控制部分11輸出點5、點12皆為低，常態開關3、10閉合即常閉，準備接收任一方向來的數據。
圖2中，當電路左端1處有數據到來時，經過接收部分2和開關部分3，到達控制部分4，控制部分4輸出點5變為高，推動聯動開關6和10，使6閉合，使10打開，數據經過6、發送部分7，發送到右端；同時，由於開關10打開，數據不能經接收部分9到達控制部分11，控制部分11的輸出點12不變，聯動開關3、13不動作，數據繼續經開關3向右傳。數據傳輸的整個過程中輸出點5的狀態保持高不變，數據從左向右傳輸，當數據結束時，控制部分4輸出點5回到低狀態，開關6打開，斷開發送通路，開關10閉合，準備接收數據。整個電路恢復為圖1中的靜止狀態。
圖3中，當電路右端8處有數據到來時，經過接收部分9、開關10，到達控制部分11，控制部分11輸出點12變為高，推動聯動開關3和13，使13閉合，使開關3打開，數據經過13、發送部分14，發送到左端；同時，由於開關3打開，數據不能經接收部分2到達控制部分4，控制4的輸出點5不變，聯動開關6和10不動作，數據繼續經10向左傳。數據傳輸的整個過程中輸出點12的狀態保持高不變，數據從右向左傳輸，當數據結束時，控制部分11輸出點12回到低狀態，開關13打開，斷開發送通路，開關3閉合，準備接收數據。整個電路恢復為圖1中的靜止狀態。
圖1中電路不管是在無信號時的靜止狀態，還是有信號時，都需要控制信號，因此控制部分4和控制部分11是整個電路的核心，如圖4，控制部分4和控制部分11的電路圖。
控制部分電路圖4所示，它由兩個比較器和一個信號選擇器構成，功能是當輸入點G有一個信號輸入時，不管信號中間是高還是低，在輸出點F會輸出一個對應寬度的恆定的高電壓，也就是控制信號，這個控制信號對應圖1、2、3中控制4的輸出5和控制11的輸出12的狀態，在輸出G沒有信號時，輸出F維持低電壓不變。
工作原理如圖6，當圖中G點無信號輸入時，A點電壓大於B點電壓大於C點電壓，兩個比較器輸出點D、E點的狀態均為低，D點使信號選擇器選擇I0A做為輸出，這樣輸出點F狀態就是低；當G點有信號輸入並且為高時，B點電壓大於A點大於C點，D點狀態為高，E點狀態為低，信號選擇器，選擇I1A，輸出點F的狀態就是高；同理，當G點有信號輸入並且為低時，A點電壓大於B點電壓，C點電壓大於B點電壓，D點狀態為低，E點狀態為高，信號選擇器選擇I0A，輸出點F的狀態還是高；這樣，在G點無信號輸入時，F點維持低電平，而當G點有信號輸入時，不管是高還是低，F點都輸出高電平。圖6是圖中各點在各種情況下的電平狀態。
權利要求1.一種由發送部分、接收部門以及控制部分組成的現場總線中繼器，其特徵在於整機由雙向對稱的接收部分(2、9)、開關部分(3、6、10、13)、控制部分(4、11)、發送部分(7、14)四個部分組成，共中開關(3、、6、10、13)為三態門，控制部分(4、11)由二個並接的比較器T1和T2以及74HC153信號選擇器構成。
2.根據權利要求1所述的現場總線中繼器其特徵在於三態門開關(3、6、10、13)中的開關(3)和開關(13)與開關(6)和開關10為兩對聯動開關。
專利摘要一種現場總線中繼器，其特在於整機由雙向對稱的接收部分、開關部分、控制部分、發送部分、其中開關為三態門電路組成，控制部分由二個並接的比較器及一個選擇器組成，中繼器能實現信號再生放大，對一個數據幀來說用一個電路輸出一個對應的控制信號，可控制該一幀數據的走向，不必採用編碼和解碼方法。
文檔編號H04L12/28GK2531583SQ02216209
公開日2003年1月15日 申請日期2002年3月18日 優先權日2002年3月18日
發明者張彥彬 申請人:上海自動化儀表股份有限公司