數據總線接口裝置的製作方法
2023-07-30 04:18:26
專利名稱：數據總線接口裝置的製作方法
廣義地說，本發明涉及一種數據總線驅動器，更具體地來說，是涉及用於無線電話中的高速度低幅值數字數據總線的自偏置數據總線驅動電路。
目前，在無線電話領域中採用著一個在轉發器和一架無線電話的手機(handset)之間傳送話音或者數據的技術。這種技術需要包括二根獨立的總線，第一根包含著數據信號，第二根則包含著音頻或者聲音信號。這樣就允許採用不具有電磁幹擾(EMI)或者射頻幹擾(RFI)問題的較低速數據信號總線。
現在以及將來，在以微處理器為基礎的系統中，微處理器間的通訊越來越快，無線電話能夠把數字音頻信號和數據信號結合到一根總線上。這根總線能夠在把話音信號和數據信號送至轉發器之前不使它們分離的前提下允許使用無線電話技術的新發展成果，如在總線上增加自動回答器，傳真機和數據機。這將減少使外設與轉發器互連所需的連線的數量，並允許使用公共接口技術。然而，這種數據總線必須能以最小的RFI和EMI輻射實現高速數據傳送，而且對來自總線電話周圍的其他子系統的幹擾具有很高的耐受度。汽車中的環境是必須考慮和其他子系統的幹擾的一個重要例子，其原因是與其他子系統如引擎控制模塊和電氣控制的止動系統(suspension system)相距很近。
減少RFI和EMI輻射量的一個方法是把數據總線上的信號電平的幅度由5伏峰峰值(Vpp)減至0.5Vpp。這種幅度的減少將極大地減少輻射量，但也產生多個其他問題第一，系統將對EMI和RFI幹擾相當敏感，第二，系統將對周圍地參考電位的電勢的差異也相當敏感。在設計高速數據總線時的其他複雜問題還在於轉發器和手機或其他外圍設備間的距離、轉發器和外圍設備之間的環境差異、轉發器和外圍設備的分離的電源線能有幾英尺，並且可能有分離的電源。首先，轉發器和外部設備間的距離使得總線必須伸展至這個距離。這個距離增加了總線引入其它子系統的噪聲以及地電位發生變化的機會。其次，外設可能處於不同的環境狀態下，比方說，轉發器可能處於(車尾)行李箱中，而手機則可能位於乘員艙內，溫度上的差異將嚴重影響一些元件的工作狀態及其電壓電平。最後，不同的設備用不同的電源也增加了地電壓電位漂移的機會。
因此，我們需要這些一種高速數字數據總線驅動電路，即它能發送幅度低於0.5伏的信號，並且不受環境特性、電源、地電位和信號電平的差異的影響。
本發明的目的是提供一個能給多個外圍單元中的一個和一根數據總線之間提供接口的數據總線接口驅動器。該數據總線接口驅動器能夠接收具有不同幅值的數據信號，並且不受引入的噪聲和不同的環境條件引起的地電位差異的影響。這種數據總線接口驅動器能以超過1MHz的速率傳送數據，並且具有低的EMI和RFI輻射。
圖1是一個射頻數據通信系統的方框圖。
圖2是根據本發明的總線驅動電路的示意圖。
圖3是本發明的總線驅動電路的示意圖。
圖1是一個具有固定地址轉發器101和一個移動式或者可攜式轉發器103的射頻(RF)數據通信系統。移動式或者可攜式轉發器103從固定點轉發器101接收RF信號並向它送到RF信號。這些RF信號被耦合至天線105，並被轉發器107解調並轉換成數據信號。轉發器107可以通過一根串行數字數據總線109把數據信號送至外圍設備，或者通過這根總線從外圍設備接收數據信號。本例中外設是一個手機111和一個傳真機113，但不能排除其它外部設備。
圖2是轉發器107和外設手機111之間的數字數據總線的元件分解圖。雖然圖2中只示出了轉發器107和手機111，這樣的數據總線也可以用於多外設結構中。數字數據總線109被表示為上行連成211和下行連成203。這些連成能使手機111和轉發器107之間進行數據傳輸。對所有的外部設備來說，這個數據總線驅動電路243是一樣的，它用作二個主要目的該數據總線驅動電路243為數據總線上行連成211建立一個單一的電壓偏置電平，並通過把上行連成211上的數據總線信號中的這個直流電壓電平送入數據總線驅動電路243中消除了數據總線上來自各個外圍設備中不同基準電平。第二，它把總線接口晶片(BIC)207輸出的數據信號的電壓電平分壓至數據總線109上使用的數據信號的幅度。對於本發明而言，該晶片輸出的電壓的幅度為5Vpp，它被分壓至為0.5Vpp，其它可以相比較的分壓方案這裡也可以使用。
由於數據總線109使用的是小幅度信號，因此它必須在相同的參考電位點上被驅動，從而確保對數據總線109進行正確的極性控制。實現對數據總線109的控制的首要途徑由外圍設備來實現，就是使最低的Q2基板電位迫使所有其他外設中的Q2的基板-發射極結被反偏，從而防止其他外設驅動該總線。所有外設的公共偏置點通過電晶體Q1 227和Q2 213的反饋來實現。本電路包括電阻231、電容229以及電晶體Q1 227，去除掉了總線211上的數據信號的交流成份。在Q1的發射極，具有總線上行連線211的公共偏置電壓。這個公共偏置電壓接下來用來偏置電晶體Q2。由於這個反饋的作用，對於總線上行連線211來說，信號中的成份、地電位或者電源電位的變化都已被消除，從總線接口晶片207輸出的數據的電壓信號電平的變化也已消除。
信號線233上的從總線接口晶片207輸出的數據信號具有的幅度隨外設的不同而不同。本例中，從外設中輸出的數據信號的幅度在0-5伏之間。電阻217和223構成了一個分壓網絡，把上述幅度降至Q1 227的發射極上的偏置電壓上下0.5Vpp。電容221和219構成了一個濾波機制，用於去除電路中的噪聲。電感215已起濾波的作用。
一旦外設將233降至其低狀態並維持一個預定時間時從而獲得對總線的控制時，它就使電晶體Q2 213導通，數據被從上行連線211送出，送至轉發器107。外設225的電源可能與轉發器237的電源不同。不管它們如何不同，數據總線仍應具有一個公共偏置電壓。原始的偏置電位因轉發器電源237和電阻器239產生。當外設最初工作時，通/斷開關201以及下行連線203也被切換至導通狀態。這將使下行總線接地，進而通知轉發器107一個新的外圍設備111已與串行總線107相連，下行連線用來從轉發器107向所有的外圍設備送出一個公共的時鐘源。從外設111送出的所有數據信號必須具有約50%的有效佔空比。有效佔空比50%被定義成數據信號的平均值等於峰峰值電壓的1/2。這能使偏置點穩定在轉換電平的中點，從而使轉發器能正確地恢復出數據。如果輸出信號線233在一段足夠長的時間內保持高狀態或者低狀態，那麼Q1 227的發射路上的DC偏置電平將最終被調整到數據被保持住的電壓電平，這將引起數據傳輸錯誤。這個潛在的問題由送出能確保數據信號的轉換的曼徹斯特縮碼數據來實現。
圖3是圖2中的實施例的一種管型。本實施例中所作的主要改進在於主機或者轉發器107決定Q1 315的發射路輸出端上的偏置電平，在決定該偏置電平時參考了來自主轉發器107的下行連線303以外的偏置電平。其餘電路與圖2中的完全相同。
在本實施例中有二個關鍵部分。第一，使用了數據總線中的直流電壓電平來偏置外圍設備輸出的數位訊號。這樣的偏值消除了來自數據信號的環境特性、電源、地電位、和各個外圍設備的信號電平的差異。第二，把各個外圍設備輸出的信號的幅值調整成一個公共的低幅度信號。通過調整這個幅度，就能發現一個既實現總線存取又能實現低EMI和RFI輻射的電壓。
權利要求
1.一種數據通訊系統，包括一根包含至少一條導電通路並且具有一個公共偏置電壓的串行總線，至少第一和第二外圍單元，至少上述的第一外圍單元還包括用來耦合至上述串行總線的裝置，用來要求使用上述串行總線的裝置，用來把數據信號轉送至上述串行總線上的裝置，以及用來產生具有約50%的有效佔空比、不超過0.5V的輻度以及最高達5MH2的轉變率的上述數據信號的裝置。
2.根據權利要求1的數據通信系統，其中上述的第一外圍單元還包括用來從至少二個電源中的一個取得電功率的裝置。
3.根據權利要求1的數據通信系統，其中上述的串行總線還包括一個第二導電通路。
4.根據權利要求3的數據通信系統，其中至少上述的第一外圍單元還包括用於從上述的串行總線接收數據信號的裝置。
5.一種無線電話，包括一個轉發器，一個用來傳送數據信號的數據總線和至少一個外圍設備，上述的數據信號具有約50%的有效佔空比，上述數據總線還包括用於在上述的轉發器和上述的至少一個外圍設備至少傳送數據的裝置，上述的轉發器具有第一地電位，上述的外圍設備具有第二地電位，用來產生幅度小於0.5V，轉換率大於1MH2的數據的裝置，用於接受上述的至少一個外圍設備中的第一外圍設備的第一輸入信號電壓電平和接受上述的至少一個外圍設備中的第二外圍設備的第二輸入信號電壓電平的裝置。
6.根據權利要求5的無線電話，其中數據總線還包括用於通知上述的轉發器上述的至少一個外圍設備的存在情況的裝置。
7.一種總線接口裝置，具有一個第一端和一個第二端，上述的第一端與一根數據總線相連，上述的第二端與至少一個輸入端和一個第一外圍設備的至少一個輸出端相連，上述的數據總線接受幅度不超過0.5V的第一數據信號，上述的至少一個輸出端產生一個第二信號，上述的至少一個輸入端與數據總線相連，該總線接口裝置包括用來偏置與數據總線相耦合的第二信號的裝置，用來把第二信號的幅度調整到一個與一個濾波裝置有關的預定電平的裝置，以及用來響應於上述的第二信號，用來訪問與上述的調整裝置相連的上述數據總線並與之相連的裝置。
8.根據權利要求7的總線接口裝置，其中上述的偏置裝置還包括一個具有一個基板、一個發射極和一個集電極的第一電晶體，上述的集電極與一個第一電壓電平相連，而上述的發射極與一個第二電壓電平相連;一個具有一個第一端和一個第二端的第二電容，上述的第二端與上述的第二電壓電平相連;一個具有一個第一端和一個第二端的電阻器，上述的第一端與該數據總線相連，上述的第二端與上第第二電容的第一端和上述第一電晶體的基極相連。
9.根據權利要求7的總線接口裝置，其中上述的調整裝置還包括一個具有一個第一端和一個第二端的第三電阻，上述的第一端與上述的濾波裝置相連，一個具有一個第一端和一個第二端的第四電阻，上述的第一端與上述的第三電阻的第二端相連，上述的第二端與上述外圍設備的至少一個輸出端相連。
10.根據權利要求7的總線接口裝置，其中上述的訪問裝置還包括一個具有一個基板、一個集電極和一個發射極的第二電晶體，上述的基板與上述的調整裝置的第一端相連，上述的集電極與一個第二電壓電平相連，上述的發射極與上述數據總線相連。
全文摘要
本發明為一種總線接口裝置，該裝置在多個外圈設備(111)中的一個與一根數據總線之間提供接口。數據總線接口驅動電路(243)能夠把數據偏置到數據總線(109)的電壓電平，接收具有不同幅度的數據信號(233)。並且不受由於感應的噪聲、不同的環境條件造成的地電壓的差異的影響。數據總線接口驅動電路(243)能傳送超過1MHz轉換率的數據，並具有較低的EMI和RFI輻射。
文檔編號H04M11/00GK1067541SQ9210137
公開日1992年12月30日 申請日期1992年3月3日 優先權日1991年3月4日
發明者傑耶什·M·帕特爾, 傑弗裡·W·特裡普, 伯納德·L·尼奇 申請人:莫託羅拉公司