專利名稱：I2c/smbus階梯以及階梯使能的ic的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及總線結(jié)構(gòu)和方法的領(lǐng)域。
技術(shù)背景
1 是由飛利浦公司發(fā)明的多主設(shè)備串行計(jì)算機(jī)總線，其用于將低速外圍設(shè)備附 接到母板、嵌入式系統(tǒng)或蜂窩電話。該名稱代表內(nèi)置集成電路。
系統(tǒng)管理總線(縮寫為SMBus或SMB)是用于與母板上的低帶寬設(shè)備(尤其是與 功率有關(guān)的芯片，例如膝上型計(jì)算機(jī)的可充電蓄電池(battery)子系統(tǒng))進(jìn)行通信的簡(jiǎn)單 雙線總線。其他設(shè)備可能包括溫度傳感器和背光開關(guān)(lid switch) 0設(shè)備可以提供制造 商信息，指示其型號(hào)/零件號(hào)，對(duì)于暫停事件保存其狀態(tài)，報(bào)告不同類型的誤差，接受控制 參數(shù)以及返回狀態(tài)。SMBus通常不是用戶可配置或可訪問(wèn)的。該總線由因特爾公司在1995 年限定。該總線載送時(shí)鐘、數(shù)據(jù)和指令，并且基于飛利浦公司的1 串行總線協(xié)議。該總線 的時(shí)鐘頻率范圍是IOkHz到100kHz。該總線的電壓電平不同于I2C的電壓電平，但是屬于 兩個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備通常被成功地混合到相同總線上。SMBus具有被稱為ALERT#的額外可選信 號(hào)，該信號(hào)可以被從設(shè)備(slave)用來(lái)向控制器發(fā)送中斷請(qǐng)求。
這兩個(gè)總線是使用雙向時(shí)鐘線和雙向數(shù)據(jù)線的雙向總線，所述雙向時(shí)鐘線和雙向 數(shù)據(jù)線都由上拉電阻器拉到高位，除非由總線上的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備拉到低位。一般來(lái)說(shuō)， I2C總線和SMBus是兼容的，但是在這兩個(gè)之間存在一些細(xì)微的差異。然而，當(dāng)設(shè)備是堆棧 式時(shí)(例如可能是高壓蓄電池堆棧監(jiān)控器中所需的)，所需的支持電路是昂貴的并且大的， 從而需要許多光耦合器和微控制器來(lái)管理包間(pakc-to-pack)通信。
為了參考的目的，通過(guò)參考將2000年1月的I2C-總線規(guī)范版本2. 1和2000年8 月3日的系統(tǒng)管理總線(SMBus)規(guī)范版本2. 0結(jié)合于此。發(fā)明內(nèi)容
一種I2C/SMBus兼容設(shè)備，包括
集成電路，其具有
第一和第二功率輸入端子，所述第二功率輸入端子相比于第一功率輸入端子連接 到更高的電壓；
第一集成電路部分，其形成具有分別用于接收并發(fā)送數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)的SDAs數(shù)據(jù) 線和SCLs時(shí)鐘線的從設(shè)備部；
第二集成電路部分，其形成具有分別用于接收并發(fā)送數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)的SDAm數(shù)據(jù) 線和SCLm時(shí)鐘線的主設(shè)備部；
第一集成電路部分和第二集成電路部分由電平移位電路耦合以在主設(shè)備部和從 設(shè)備部之間傳遞時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)；
由此多個(gè)設(shè)備可以以菊花鏈的方式連接。


圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的菊花鏈接能力，所述設(shè)備可以被用來(lái)監(jiān)控電壓堆 棧，例如串行連接的蓄電池和蓄電池單元。
圖2圖示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)備獨(dú)有的某些細(xì)節(jié)。
圖3A到圖3C是圖示本發(fā)明的多個(gè)設(shè)備的菊花鏈連接的各種操作的時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的I2C/SMBUS階梯(ladder)是實(shí)現(xiàn)菊花鏈接的I2C/SMBus通信的通信系 統(tǒng)。這消除了許多應(yīng)用(尤其是通常在汽車或蓄電池備用系統(tǒng)中看到的高壓蓄電池堆棧) 中的昂貴光耦合器。一種新型鋰蓄電池實(shí)現(xiàn)高功率和高能量包，并且用于傳統(tǒng)I2C/SMBUS 通信設(shè)備的典型支持電路是昂貴的并且大的，從而需要許多光耦合器和微控制器來(lái)管理包 間通信。本發(fā)明還在例如在超級(jí)電容器、燃料電池和太陽(yáng)能電池中找到的其他電壓堆棧中 使用。
I2C/SMBus標(biāo)準(zhǔn)和用于在這些總線系統(tǒng)上進(jìn)行通信的公用設(shè)備是公知的(參見先 前標(biāo)識(shí)的并且通過(guò)參考結(jié)合于此的規(guī)范)，并且因此本公開將集中于本發(fā)明不同于普通現(xiàn) 有技術(shù)設(shè)備和它們的通信協(xié)議的方面。所傳達(dá)的信息當(dāng)然將取決于應(yīng)用，并且可以以與現(xiàn) 有技術(shù)相同的方式來(lái)收集、格式化等等。對(duì)于可充電電池的情況，該信息通常包括單獨(dú)的電 池電壓和溫度。
圖1圖示本發(fā)明的I2C/SMBUS階梯使能的IC的典型應(yīng)用。如在此處所示出的那 樣，在高壓蓄電池堆棧中IC可以是菊花鏈接。每個(gè)IC橋接更大蓄電池堆棧中的多個(gè)電池， 第一個(gè)IC被耦合到主機(jī)微控制器。如后續(xù)應(yīng)該看到的那樣，本發(fā)明的菊花鏈略微不同于傳 統(tǒng)的菊花鏈，在于每個(gè)設(shè)備重新計(jì)算值，例如PEC (分組誤差檢查)值和數(shù)據(jù)檢查字節(jié)，并且 將所接收的數(shù)據(jù)以及其具有新PEC值和數(shù)據(jù)檢查字節(jié)的數(shù)據(jù)電平移位并中繼到鏈中的下 一設(shè)備。特別地，PEC當(dāng)前用于SMBus系統(tǒng)中。然而，在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)上，在任何給定SMBus查 詢中，僅存在一個(gè)PEC，其通常在每個(gè)設(shè)備處被檢查，但是沒(méi)有被重新計(jì)算。但是在本發(fā)明的 SMBus階梯上，鏈中的每個(gè)設(shè)備處的PEC都不同，因?yàn)榍耙晃涣鲗?duì)于每級(jí)是不同的。例如，在 10設(shè)備全讀取命令中，設(shè)備#10從設(shè)備基于僅2字節(jié)數(shù)據(jù)來(lái)生成PEC。設(shè)備#09從設(shè)備檢 驗(yàn)其接收到的PEC值，并且基于4字節(jié)數(shù)據(jù)來(lái)生成完全不同的PEC。設(shè)備#08檢驗(yàn)其接收到 的PEC值，并且基于6字節(jié)數(shù)據(jù)來(lái)另外生成第三個(gè)PEC，等等，其中設(shè)備(總數(shù)-N)生成N*2 個(gè)字節(jié)以及相應(yīng)的PEC。PEC檢驗(yàn)單獨(dú)的鏈路，所以存在所生成的10個(gè)不同的PEC以及10 個(gè)不同的檢驗(yàn)。提供一種檢驗(yàn)每個(gè)鏈路對(duì)其結(jié)果滿意否則不傳遞數(shù)據(jù)的機(jī)制。
圖2是圖示在示例性應(yīng)用中本發(fā)明的I2C/SMBUS階梯使能的IC的示例性實(shí)施例 的圖。從相應(yīng)蓄電池堆棧分段的每個(gè)端(在本文中被標(biāo)為GNDm和GNDs)為電路供電。IC本 身包括被傳統(tǒng)的電平移位電路20分開的上部和下部。該下部被稱為從設(shè)備并且該上部被 稱為主設(shè)備，其中每個(gè)IC的下部分是該IC下面的IC的主設(shè)備部分的從設(shè)備，如果該IC是 堆棧中的第一個(gè)IC，則它是微控制器的從設(shè)備。
每個(gè)IC的主設(shè)備部分和從設(shè)備部分被分開供電。對(duì)于優(yōu)選實(shí)施例中的從設(shè)備部 分，接地端子是蓄電池堆棧分段的較低端GNDs，從設(shè)備部分的相對(duì)低電壓正功率VDDs從蓄 電池堆棧分段兩端的電壓得到。對(duì)于主設(shè)備部分來(lái)說(shuō)，接地端子是蓄電池堆棧分段的較低4端GNDM，從設(shè)備部分的相對(duì)低電壓正功率由電荷泵(通常由數(shù)字22指示)從從電源得到。 這樣，最大輸入電壓(GNDm-GNDs)將由在電平移位電路中使用的晶體管的擊穿電壓確定。
在圖2中，SDAs和SCLs分別是數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線。這些線在堆棧中的相鄰IC之間 電容耦合。還在圖2中，僅示出作為電路的剩余部分的接口電路，并且其功能可以是常規(guī)設(shè) 計(jì)，除了 IC的兩個(gè)部分之間的電平移位之外。對(duì)于向下沿著SDAm線上的階梯傳遞到所示IC 的信號(hào)，信號(hào)傳遞通過(guò)施密特觸發(fā)器和尖峰濾波器，通過(guò)電平移位，并且繼續(xù)向下沿著SDAs 線上的階梯傳遞。對(duì)于沿著階梯上升或下降的位的輸入和輸出之間的延遲是位時(shí)間的一小 部分(參見圖3C)。對(duì)于沿著階梯上升的外出信號(hào)，當(dāng)SDAm線要被拉為低時(shí)，接通晶體管Q1。 當(dāng)該線要被拉為高時(shí)，或門ORl接通晶體管Q2以將50K上拉電阻器耦合到該線。同時(shí)，或 門0R2觸發(fā)單觸發(fā)電路，該單觸發(fā)電路使晶體管Q3脈沖接通達(dá)250ns以將I上拉電阻器 耦合到該線達(dá)250ns。這提供了快得多的(較低的阻抗)瞬間上拉，其中50K電阻器在該線 上維持高狀態(tài)，除非被總線上的另一設(shè)備下拉。響應(yīng)于可以被施加于用于起源自該IC的數(shù) 據(jù)的SDAm線的寫入信號(hào)W來(lái)獲得相同的效果?？梢允驱R納二極管的鉗位電路僅僅限制在 SDAm線上擺動(dòng)(swing)的高電壓，低電壓擺動(dòng)由IC中的寄生二極管限制。當(dāng)蓄電池包被代 替時(shí)這提供了保護(hù)以免于在圖2的耦合電容器上出現(xiàn)電荷，或使圖2的耦合電容器上缺少 電荷，并且清除在確認(rèn)期間因?yàn)榭偩€連接而在電容器上產(chǎn)生的電荷累積。在一個(gè)實(shí)施例中 使用推挽式輸出端來(lái)簡(jiǎn)單地緩沖時(shí)鐘線SCLm輸出，但是還可以有利地使用漏極開路實(shí)施方 式，如下文所描述的那樣。
對(duì)于SDAs線的接口電路與對(duì)于SDAm線的接口電路相同，因?yàn)槿我粭l線可以發(fā)送并 接收各自線上的信息。然而，時(shí)鐘線SCLs具有保護(hù)鉗位電路，以限制在該線上的電壓擺動(dòng)， 從而保護(hù)施密特觸發(fā)器的輸入。應(yīng)該注意，在每個(gè)IC處，高效地重新生成信號(hào)，從而保持信 號(hào)和時(shí)鐘質(zhì)量，與信號(hào)方向無(wú)關(guān)的相對(duì)時(shí)序和持續(xù)時(shí)間。
本發(fā)明設(shè)備的階梯具有如下協(xié)議限定和模擬限定。
如在傳統(tǒng)SMBus中那樣，主時(shí)鐘可以是推/挽式CMOS或者漏極開路。如果時(shí)鐘是 漏極開路，則可以實(shí)施時(shí)鐘伸展，如在圖3B中針對(duì)ReadDevice命令所示的那樣。在時(shí)鐘伸 展中，尋址的從設(shè)備可以在接收到指示它沒(méi)有準(zhǔn)備好處理更多數(shù)據(jù)的位之后保持時(shí)鐘線為 低。與從設(shè)備進(jìn)行通信的主設(shè)備將試圖升高時(shí)鐘以發(fā)送出下一位，但是必須驗(yàn)證時(shí)鐘線實(shí) 際上被升高。如果從設(shè)備是時(shí)鐘伸展的，則時(shí)鐘線將仍為低，因?yàn)镮C可以比上拉電阻器所 能提供的更強(qiáng)地將電流灌入地。在沒(méi)有時(shí)鐘伸展的情況下，ReadDevice命令不被支持，并 且分別由ReadAll命令代替，下文中將描述這樣的命令。時(shí)鐘伸展允許在任何讀取命令期 間“縮小到合適”的時(shí)序，因?yàn)樯煺沟臅r(shí)鐘自動(dòng)管理級(jí)延遲(參見圖3B)。這等同于在上文 參考的SMBus規(guī)范的第22頁(yè)開始描述的章節(jié)4. 3. 3時(shí)鐘低擴(kuò)展，盡管在SMBus規(guī)范中這被 用來(lái)允許具有不同速度能力的設(shè)備之間的通信，但是在本發(fā)明中，它被用來(lái)適應(yīng)階梯鏈等 待時(shí)間。
本發(fā)明支持自動(dòng)尋址，其需要在使用菊花鏈系統(tǒng)的地址位中的變化。該變化仍與 總線上具有傳統(tǒng)I2C/SMBUS IC兼容，但是需要用于任何菊花鏈?zhǔn)皆O(shè)備的地址位中的反轉(zhuǎn)， 以允許IC到IC地址的連續(xù)增加，而不用等待全地址的接收。根據(jù)表1來(lái)管理地址字節(jié)。
地址字節(jié)
權(quán)利要求
1.一種I2C/SMBUS兼容設(shè)備，包括集成電路，其具有第一和第二功率輸入端子，所述第二功率輸入端子相比于第一功率輸入端子連接到更 高的電壓；第一集成電路部分，其形成具有分別用于接收并發(fā)送數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)的SDAs數(shù)據(jù)線和 SCLs時(shí)鐘線的從設(shè)備部；第二集成電路部分，其形成具有分別用于接收并發(fā)送數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)的SDAm數(shù)據(jù)線和 SCLm時(shí)鐘線的主設(shè)備部；第一集成電路部分和第二集成電路部分由電平移位電路耦合以在主設(shè)備部和從設(shè)備 部之間傳遞時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)；由此多個(gè)設(shè)備可以以菊花鏈的方式連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中當(dāng)多個(gè)設(shè)備以菊花鏈的方式連接時(shí)，每個(gè)設(shè)備被 配置成檢驗(yàn)其接收到的包誤差檢查(PEC)值并且為被中繼到菊花鏈中的下一個(gè)設(shè)備計(jì)算 新的PEC值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中從第一和第二功率輸入端子為第一集成電路部分 供電，第一功率輸入端子是第一集成電路部分的電路地，并且從為第一集成電路部分供電 的電壓所泵給的電壓電荷來(lái)為第二集成電路部分供電，第二功率輸入端子是第二集成電路 部分的電路地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中第一和第二集成電路部分中的每一個(gè)都保持信號(hào) 和時(shí)鐘質(zhì)量、與傳播通過(guò)設(shè)備的信號(hào)方向無(wú)關(guān)的相對(duì)時(shí)序和持續(xù)時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括SDAs數(shù)據(jù)線、SCLs時(shí)鐘線和SDAm數(shù)據(jù)線上的電 壓鉗位電路，由此當(dāng)多個(gè)設(shè)備在菊花鏈中電容耦合時(shí)，SDAs數(shù)據(jù)線、SCLs時(shí)鐘線和SDAm數(shù)據(jù) 線受到保護(hù)以免受電容耦合上的電荷聚集的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，還包括SCLm數(shù)據(jù)線上的電壓鉗位電路，由此當(dāng)多個(gè)設(shè) 備在菊花鏈中電容耦合時(shí)，SCLm時(shí)鐘線受到保護(hù)以免受電容耦合上的電荷聚集的影響。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該設(shè)備被配置成接收其他線上的附加數(shù)據(jù)輸入， 并且從設(shè)備部被配置成使用其從設(shè)備部分的SDAs數(shù)據(jù)線和SCLs時(shí)鐘線來(lái)傳送附加數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該設(shè)備具有自動(dòng)尋址能力，由此當(dāng)多個(gè)設(shè)備以菊 花鏈方式連接到控制器時(shí)，一旦從控制器接收到第一命令，每個(gè)設(shè)備將根據(jù)其在菊花鏈中 的位置來(lái)向其自己分配一系列地址中的一個(gè)地址，并且將其地址報(bào)告給控制器，菊花鏈中 的最后設(shè)備也報(bào)告它是菊花鏈中的最后設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該設(shè)備包括包誤差校正。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中響應(yīng)于第二命令，該設(shè)備接到在菊花鏈中該設(shè)備 之后有多少個(gè)設(shè)備的通知。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中SDAm數(shù)據(jù)線處于寫入模式或者SDAs線處于讀 取模式，各自的數(shù)據(jù)線具有主動(dòng)下拉，并且在處于上拉時(shí)，最初通過(guò)相對(duì)低的上拉電阻來(lái)驅(qū) 動(dòng)，并且在剩余的寫入階段期間，通過(guò)相對(duì)大的上拉電阻來(lái)驅(qū)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該設(shè)備包括在讀取操作期間時(shí)鐘伸展的能力以 在以菊花鏈連接多個(gè)設(shè)備時(shí)適應(yīng)階梯鏈等待時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及I2C/SMBUS階梯以及階梯使能的IC。I2C/SMBUS階梯以及階梯使能的IC(設(shè)備)實(shí)現(xiàn)菊花鏈?zhǔn)絀2C/SMBus通信。該設(shè)備在監(jiān)控和/或服務(wù)于高電壓蓄電池堆棧和其他電壓堆棧時(shí)尤其有用。由電壓堆棧中的各自電壓增量來(lái)為設(shè)備供電，并且該設(shè)備包括電平移位電路以使得可利用高達(dá)電平移位電路的擊穿電壓的輸入電壓來(lái)進(jìn)行操作。公開了各種特征，其包括但不限于獨(dú)特的數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)、在具有用于電路保護(hù)和電容耦合電荷擦除的線鉗位電路的、菊花鏈中的設(shè)備之間的電容耦合、以及適應(yīng)鏈等待時(shí)間的時(shí)鐘伸展。
文檔編號(hào)G06F13/38GK102033837SQ201010502478
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月6日
發(fā)明者J·A·沃爾薩姆, U·H·馬德, Y·謝 申請(qǐng)人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司