一種高性能的寄生供電方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高性能的寄生供電方法及其結(jié)構(gòu)，包括受控上拉模塊和寄生供電模塊；受控上拉模塊由單穩(wěn)態(tài)電路、強(qiáng)上拉開關(guān)管及弱上拉電阻構(gòu)成；寄生供電模塊由整流開關(guān)管和儲能電容構(gòu)成；利用主從設(shè)備之間的通訊數(shù)據(jù)線對從設(shè)備進(jìn)行供電；受控上拉模塊受通信數(shù)據(jù)線電平控制自動(dòng)調(diào)整強(qiáng)弱上拉狀態(tài)，為寄生供電模塊中的儲能電容充電。本發(fā)明可以通過數(shù)據(jù)線為從設(shè)備供電，簡化系統(tǒng)，降低系統(tǒng)成本；只需在主、從設(shè)備的雙方分別連接受控上拉模塊和寄生供電模塊兩個(gè)部分即可，無需對通信雙方的軟件和硬件進(jìn)行任何的修改和調(diào)整。
【專利說明】一種高性能的寄生供電方法及其結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及寄生供電領(lǐng)域，尤其是一種利用主從設(shè)備之間的通訊數(shù)據(jù)線對從設(shè)備進(jìn)行供電的高性能寄生供電方法及其結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]寄生供電是一種通過主從設(shè)備之間的通訊數(shù)據(jù)線對從設(shè)備進(jìn)行供電的方式，即在一條導(dǎo)線上，進(jìn)行數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)耐瑫r(shí)還進(jìn)行電源的傳輸，它常出現(xiàn)在串行通信中。當(dāng)系統(tǒng)采用寄生供電時(shí)，從設(shè)備直接從數(shù)據(jù)線獲取電源，因此從設(shè)備無需額外的本地電源配置，減少了從設(shè)備外圍器件，從而降低了系統(tǒng)成本。通常的寄生供電方法供電能力有限，僅僅能提供uA量級的負(fù)載電流，如1-WIRE協(xié)議中規(guī)定為每個(gè)通過寄生供電方式工作的從設(shè)備提供5uA的電流，而專利號為“201220682365.3”提出的改進(jìn)方法又存在寄生供電時(shí)無法進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的缺陷，因此，在實(shí)時(shí)監(jiān)控及信號采集等方面，寄生供電未得到廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提出一種結(jié)構(gòu)簡單，無需額外的本地電源配置就可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號的采集及供電的高性能寄生供電方法及其結(jié)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種高性能的寄生供電方法，包括以下步驟:
[0005]I)在主設(shè)備收發(fā)器與從設(shè)備收發(fā)器之間連接通訊數(shù)據(jù)線；
[0006]2)在主設(shè)備收發(fā)器端連接受控上拉模塊，在從設(shè)備收發(fā)器端連接寄生供電模塊；
[0007]3)受控上拉模塊通過通訊數(shù)據(jù)線上的信號電平控制自動(dòng)選擇強(qiáng)上拉或弱上拉電阻，對寄生供電模塊的儲能電容充電進(jìn)而對從設(shè)備進(jìn)行供電。
[0008]具體的說，本發(fā)明所述的步驟2)中的受控上拉模塊包括單穩(wěn)態(tài)電路、強(qiáng)上拉開關(guān)管以及弱上拉電阻；所述的單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端與通訊數(shù)據(jù)線相連，單穩(wěn)態(tài)電路的輸出端與強(qiáng)上拉開關(guān)管的控制極相連，強(qiáng)上拉開關(guān)管的另外兩端與弱上拉電阻的兩端并聯(lián)，并聯(lián)后的一端與主設(shè)備的電源相連，另一端連接通信數(shù)據(jù)線；所述的寄生供電模塊包括整流開關(guān)管以及儲能電容；所述的整流開關(guān)管的控制極連接通信數(shù)據(jù)線，整流開關(guān)管的另外兩端中的一端接至通訊數(shù)據(jù)線，另外一端與儲能電容的一端相連并從此端引出寄生電源；儲能電容的另一端接地。
[0009]本發(fā)明所述的步驟3)中通過通訊數(shù)據(jù)線對從設(shè)備供電的方法為:
[0010]當(dāng)通信數(shù)據(jù)線為空閑高電平時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路輸出低電平，關(guān)閉強(qiáng)上拉開關(guān)管，受控上拉模塊選擇弱上拉電阻，通過弱上拉電阻和寄生供電模塊中的整流開關(guān)管為儲能電容充電，儲能電容產(chǎn)生的寄生電源為從設(shè)備提供基本的供電；
[0011]當(dāng)通信數(shù)據(jù)線上的信號從低電平變化到高電平時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路將輸出暫態(tài)，在其輸出暫態(tài)的期間，強(qiáng)上拉開關(guān)管將導(dǎo)通，通訊數(shù)據(jù)線將與主電源接通并為從設(shè)備供電；
[0012]當(dāng)通訊數(shù)據(jù)線輸出高電平狀態(tài)時(shí)，將控制寄生供電模塊中的整流開關(guān)管導(dǎo)通，為儲能電容迅速充電；儲能電容產(chǎn)生的寄生電源為從設(shè)備供電。[0013]為了避免因電路長時(shí)間處于強(qiáng)上拉狀態(tài)導(dǎo)致主從設(shè)備的發(fā)送器無法拉低總線電平引起通訊數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，本發(fā)明所述的單穩(wěn)態(tài)電路由通訊數(shù)據(jù)線上的上升邊沿觸發(fā)自動(dòng)控制電路的強(qiáng)上拉狀態(tài)并將強(qiáng)上拉狀態(tài)限制在一定時(shí)間內(nèi)，既實(shí)現(xiàn)了寄生供電又不影響雙方的通信數(shù)據(jù)。
[0014]為保證通信數(shù)據(jù)可靠，本發(fā)明所述的單穩(wěn)態(tài)電路輸出的暫態(tài)時(shí)間小于主、從設(shè)備之間傳送最短的數(shù)據(jù)脈沖寬度；所述的脈沖寬度取決于雙方通信的數(shù)據(jù)比特率。設(shè)雙方通信的數(shù)據(jù)比特率為S，單穩(wěn)態(tài)電路輸出的暫態(tài)時(shí)間為tp，考慮到雙方通訊波特率存在誤差以及單穩(wěn)態(tài)電路中RC參數(shù)存在離散性，tp應(yīng)滿足以下關(guān)系式:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種高性能的寄生供電方法，其特征在于包括以下步驟: 1)在主設(shè)備收發(fā)器與從設(shè)備收發(fā)器之間連接通訊數(shù)據(jù)線； 2)在主設(shè)備收發(fā)器端連接受控上拉模塊，在從設(shè)備收發(fā)器端連接寄生供電模塊； 3)受控上拉模塊通過通訊數(shù)據(jù)線上的信號電平控制自動(dòng)選擇強(qiáng)上拉或弱上拉電阻，對寄生供電模塊的儲能電容充電進(jìn)而對從設(shè)備進(jìn)行供電。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高性能的寄生供電方法，其特征在于:所述的步驟2)中的受控上拉模塊包括單穩(wěn)態(tài)電路、強(qiáng)上拉開關(guān)管以及弱上拉電阻；所述的單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端與通訊數(shù)據(jù)線相連，單穩(wěn)態(tài)電路的輸出端與強(qiáng)上拉開關(guān)管的控制極相連，強(qiáng)上拉開關(guān)管的另外兩端與弱上拉電阻的兩端并聯(lián)，并聯(lián)后的一端與主設(shè)備的電源相連，另一端連接通信數(shù)據(jù)線；所述的寄生供電模塊包括整流開關(guān)管以及儲能電容；所述的整流開關(guān)管的控制極連接通信數(shù)據(jù)線，整流開關(guān)管的另外兩端中的一端接至通訊數(shù)據(jù)線，另外一端與儲能電容的一端相連并從此端引出寄生電源；儲能電容的另一端接地。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高性能的寄生供電方法，其特征在于:所述的步驟3)中通過通訊數(shù)據(jù)線對從設(shè)備供電的方法為: 當(dāng)通信數(shù)據(jù)線為空閑高電平時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路輸出低電平，關(guān)閉強(qiáng)上拉開關(guān)管，受控上拉模塊選擇弱上拉電阻，通過弱上拉電阻和寄生供電模塊中的整流開關(guān)管為儲能電容充電，儲能電容產(chǎn)生的寄生電源為從設(shè)備提供基本的供電； 當(dāng)通信數(shù)據(jù)線上的信號從低電平變化到高電平時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路將輸出暫態(tài)，在其輸出暫態(tài)的期間，強(qiáng)上拉開關(guān)管將導(dǎo)通，通訊數(shù)據(jù)線將與主電源接通并為從設(shè)備供電； 當(dāng)通訊數(shù)據(jù)線輸出高電平狀態(tài)時(shí)，將控制寄生供電模塊中的整流開關(guān)管導(dǎo)通，為儲能電容迅速充電；儲能電容產(chǎn)生的寄生電源為從設(shè)備供電。
4.如權(quán)利要求2所述的一種高性能的寄生供電方法，其特征在于:所述的單穩(wěn)態(tài)電路由通訊數(shù)據(jù)線上的上升邊沿觸發(fā)自動(dòng)控制電路的強(qiáng)上拉狀態(tài)并將強(qiáng)上拉狀態(tài)限制在一定時(shí)間內(nèi)；所述的時(shí)間取決單穩(wěn)態(tài)輸出的暫態(tài)時(shí)間。
5.如權(quán)利要求3所述的一種高性能的寄生供電方法，其特征在于:所述的單穩(wěn)態(tài)電路輸出的暫態(tài)時(shí)間小于主、從設(shè)備之間傳送最短的數(shù)據(jù)脈沖寬度；所述的脈沖寬度取決于雙方通信的數(shù)據(jù)比特率S ;所述的單穩(wěn)態(tài)電路輸出的暫態(tài)時(shí)間tp為:0.8/S ^tp< 1/S。
6.一種高性能的寄生供電結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括主、從設(shè)備收發(fā)器以及連接主、從設(shè)備收發(fā)器的通訊數(shù)據(jù)線；所述的主設(shè)備收發(fā)器端設(shè)置受控上拉模塊以及主電源；所述的從設(shè)備收發(fā)器端設(shè)置寄生供電模塊；所述的受控上拉模塊通過通訊數(shù)據(jù)線上的信號電平控制自動(dòng)選擇強(qiáng)上拉或弱上拉電阻，對寄生供電模塊的儲能電容充電進(jìn)而對從設(shè)備進(jìn)行供電。
7.如權(quán)利要求6所述的一種高性能的寄生供電結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的受控上拉模塊包括單穩(wěn)態(tài)電路、強(qiáng)上拉開關(guān)管以及弱上拉電阻；所述的單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端與通訊數(shù)據(jù)線相連，單穩(wěn)態(tài)電路的輸出端與強(qiáng)上拉開關(guān)管的控制極相連，強(qiáng)上拉開關(guān)管的另外兩端與弱上拉電阻的兩端并聯(lián)，并聯(lián)后的一端與主設(shè)備的電源相連，另一端連接通信數(shù)據(jù)線；所述的寄生供電模塊包括整流 開關(guān)管以及儲能電容；所述的整流開關(guān)管的控制極連接通信數(shù)據(jù)線，整流開關(guān)管的另外兩端中的一端接至通訊數(shù)據(jù)線，另外一端與儲能電容的一端相連并從此端引出寄生電源；儲能電容的另一端接地。
8.如權(quán)利要求7所述的一種高性能的寄生供電結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的單穩(wěn)態(tài)電路為微分型單 穩(wěn)態(tài)電路。
【文檔編號】H02J7/00GK103904743SQ201410123946
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】房慧龍, 房淼森 申請人:常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院