本發(fā)明涉及通信技術領域，尤其涉及一種通信特性參數(shù)動態(tài)匹配的通信裝置及方法。

背景技術：

在各種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，主節(jié)點設備與各個設備之間進行數(shù)據(jù)通信時，一般采用一種通信方式，較少采用多種通信，即使在不同設備有不同通信方式需求時，也都鋪設多條總線的方法來實現(xiàn)不同設備之間的通信需求，這種現(xiàn)場總線的設計方式只能夠適應各通信節(jié)點固定放置，且通信方式預先已明確的情況，如果在多種通信需求的情況下，多條不同種類的通信總線的不同節(jié)點互換，則不能實現(xiàn)節(jié)點之間的通信。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種通信特性參數(shù)動態(tài)匹配的通信裝置及方法，在保持主節(jié)點設備不變的情況下，通過解決通信特性參數(shù)動態(tài)匹配和自適應的問題，實現(xiàn)多種通信方式自適應的需求。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種通信特性參數(shù)動態(tài)匹配的通信裝置，包括：通信控制模塊、信線纜和通信終端；所述通信控制模塊內設總線控制模塊和總線動態(tài)匹配模塊，所述通信控制模塊通過所述總線控制模塊和所述總線動態(tài)匹配模塊完成通信控制處理功能，實現(xiàn)通信特性的動態(tài)匹配。

進一步地，所述通信終端是多個特性阻抗不同的通信終端；所述通信線纜采用雙絞屏蔽線，所述通信線纜的總線特性阻抗一致、穩(wěn)定。

進一步地，在所述通信控制模塊的指令控制下，所述總線控制模塊緩存通信數(shù)據(jù)并將所述數(shù)據(jù)提供給總線動態(tài)匹配模塊；所述總線動態(tài)匹配模塊根據(jù)通信終端的類型與通信電纜進行匹配后，輸出數(shù)據(jù)到相應的通信終端。

進一步地，所述總線控制模塊包括總線協(xié)議芯片、驅動芯片和電源模塊，所述總線協(xié)議芯片將通信數(shù)據(jù)按照總線協(xié)議規(guī)定和要求完成編碼，并在通信控制模塊的控制下輸出數(shù)字信號，所述驅動芯片將總線協(xié)議芯片輸出的數(shù)字信號轉化為差分信號，所述電源模塊為差分信號提供功率支撐。

進一步地，所述總線動態(tài)匹配模塊，包括矩陣開關1、矩陣開關2、輸出接口和多個匹配電路，所述多個匹配電路，即匹配電路1到n并行連接在所述矩陣開關1與所述矩陣開關2之間；所述矩陣開關1和所述矩陣開關2同步受到所述通信控制模塊輸出的控制信號的控制，將所述總線控制模塊輸出的差分信號切換至相應的匹配電路中，所述匹配電路1到n中每個匹配電路對應不同通信終端的電路匹配參數(shù)；所述矩陣開關2與所述輸出接口相連接，將匹配后的差分信號通過所述輸出接口輸出到所述通信線纜。

進一步地，在默認狀態(tài)下，所述總線控制模塊輸出的差分信號在所述總線動態(tài)匹配模塊中通過所述矩陣開關1和所述矩陣開關2直接與所述輸出接口連接，在需要進行總線動態(tài)匹配時，所述通信控制模塊給出控制信號到所述矩陣開關1和所述矩陣開關2，控制所述矩陣開關1和所述矩陣開關2進行匹配電路切換。

進一步地，所述n個匹配電路均包括終端匹配電阻rs、匹配電感l(wèi)和匹配電容c；根據(jù)終端匹配電阻rs、匹配電感l(wèi)和匹配電容c的不同實現(xiàn)與不同通信終端采用不同通信方式傳輸數(shù)據(jù)時通信特性的動態(tài)匹配；所述終端匹配電阻rs并聯(lián)在差分信號線的正負線之間，用來匹配通信控制模塊的輸出阻抗和傳輸線的特性阻抗，抑制信號反射，保證通信電纜傳輸差分信號的質量，與所述通信終端的特性阻抗rt相對應；所述匹配電感l(wèi)串聯(lián)在差分信號線的正信號線上，用來調節(jié)通信控制模塊與通信終端的特定通信方式特性阻抗中的感抗參數(shù)，所述匹配電容c并聯(lián)在差分信號線的正負線之間，用來調節(jié)特定通信方式特性阻抗中的容抗參數(shù)；

所述匹配電感采用公式l＝(zs-zl)²·c表示，式中zs特定通信方式的特性阻抗，所述zl為該通信方式下已知的通信線纜的特性阻抗；

將l＝(zs-zl)²·c，帶入公式通過計算得到所述匹配電容c值；

所述cl為該通信方式下通信線纜的等效電容，所述ll為通信線纜的等效電感，所述l0為通信傳輸損耗最大值，所述k為常數(shù)，所述r為通信電纜的直流電阻，所述g為通信線纜的電導率，所述以上參數(shù)在電路中均為已知；

將得到的所述匹配電容c的數(shù)值帶入到公式l＝(zs-zl)²·c中，即可求得所述匹配電感l(wèi)的具體數(shù)值。

進一步地，所述特定通信方式采用1553b總線、rs422或以太網(wǎng)實現(xiàn)。

進一步地，所述通信傳輸損耗最大值l0取值為-20db至-40db。

一種采用所述通信裝置實現(xiàn)的通信特性參數(shù)動態(tài)匹配方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、所述通信控制模塊根據(jù)保存的通信方式識別碼，確定通信終端，并選通使能對應的總線控制模塊并完成其初始配置，同時禁用掉剩余的總線控制模塊；

步驟二、所述通信控制模塊將通信數(shù)據(jù)緩存到所確定的通信終端對應通信方式的內存空間，通過數(shù)據(jù)線和地址線將數(shù)據(jù)提供給總線控制模塊，然后經過總線驅動后將數(shù)字信號變成差分信號，發(fā)送至所述總線動態(tài)匹配模塊；

步驟三、所述通信控制模塊發(fā)出控制信號，控制所述總線動態(tài)匹配模塊中的所述矩陣開關1和所述矩陣開關2進行通信線路切換，選定與該通信終端通信方式對應的匹配電路，匹配輸出差分信號到所述通信電纜，進而傳輸至相應的通信終端。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明可以在多種通信需求的情況下，能夠實現(xiàn)同一個設備在不進行軟件和硬件改變的情況下，通過總線特性參數(shù)的動態(tài)匹配，達到適應不同通信終端通信需求的目的。在實際應用過程中，能夠有效地減少通信電纜的布置。避免由于通信方式的變化，帶來的通信控制模塊的重新研制，通信線路的重新布置。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1為通信特性參數(shù)動態(tài)匹配的通信裝置組成連接圖

圖2為總線控制模塊原理圖

圖3為總線動態(tài)匹配模塊原理圖

圖4為總線動態(tài)匹配模塊中匹配電路的原理圖

具體實施方式

下面結合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

如圖1所示，一種通信特性參數(shù)動態(tài)匹配的通信裝置包括：通信控制模塊、通信線纜和通信終端。

所述通信終端可以是特性阻抗不同的已有通信終端，其數(shù)量可以是一個，也可以是多個，不受限制；

所述通信線纜采用雙絞屏蔽線，所述電纜的總線特性阻抗要求一致、穩(wěn)定，總線特性阻抗可以任意選擇；

所述通信控制模塊內設總線控制模塊和總線動態(tài)匹配模塊，所述通信控制模塊通過所述總線控制模塊和所述總線動態(tài)匹配模塊完成通信控制處理功能；所述總線控制模塊與所述總線動態(tài)匹配模塊相連接，在所述通信控制模塊的指令控制下，所述總線控制模塊緩存通信數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)提供給總線動態(tài)匹配模塊；所述總線動態(tài)匹配模塊根據(jù)不同類型的通信終端與通信電纜進行匹配后，輸出數(shù)據(jù)到通信終端。

如圖2所示，總線控制模塊包括總線協(xié)議芯片、驅動芯片和電源模塊組成，所述總線協(xié)議芯片將通信數(shù)據(jù)按照協(xié)議規(guī)定和要求完成編碼，并在通信控制模塊的控制下輸出數(shù)字信號。所述驅動芯片將總線協(xié)議芯片輸出的數(shù)字信號轉化為差分信號。所述電源模塊為差分信號提供功率支撐。

如圖3所示，所述總線動態(tài)匹配模塊，包括矩陣開關1、矩陣開關2、輸出接口和多個匹配電路，所述多個匹配電路，即匹配電路1到n并行連接在所述矩陣開關1與所述矩陣開關2之間；所述矩陣開關1和所述矩陣開關2同步受到所述通信控制模塊輸出的控制信號的控制，將所述總線控制模塊輸出的差分信號切換至相應的匹配電路中，所述匹配電路1到n中每個匹配電路對應不同通信終端的電路匹配參數(shù)；所述矩陣開關2與所述輸出接口相連接，將匹配后的差分信號通過所述輸出接口輸出到所述通信線纜。

在默認狀態(tài)下，所述總線控制模塊輸出的差分信號在所述總線動態(tài)匹配模塊中通過所述矩陣開關1和所述矩陣開關2直接與輸出接口連接，如果需要進行總線動態(tài)匹配的情況下，通信控制模塊給出控制信號到所述矩陣開關1和所述矩陣開關2，控制所述矩陣開關1和所述矩陣開關2進行匹配電路的切換，可以切換到匹配電路1、匹配電路2、匹配電路3或匹配電路n中任意的一路。

如圖4所示，所述n個匹配電路均包括終端匹配電阻rs、匹配電感l(wèi)和匹配電容c；根據(jù)終端匹配電阻rs、匹配電感l(wèi)和匹配電容c的不同實現(xiàn)與不同通信終端采用不同通信方式傳輸數(shù)據(jù)時通信特性的動態(tài)匹配；所述終端匹配電阻rs并聯(lián)在差分信號線的正負線之間，用來匹配通信終端的特性阻抗，保證通信電纜傳輸差分信號的質量，與所述通信終端的匹配電阻rt相對應；所述匹配電感l(wèi)串聯(lián)在差分信號線的正信號線上，用來調節(jié)通信控制模塊與通信終端的特定通信方式(1553b總線或rs422或以太網(wǎng))特性阻抗中的感抗參數(shù)，使匹配后的特性阻抗與通信終端選定的通信方式所需的線纜特性阻抗相匹配；所述匹配電容c并聯(lián)在差分信號線的正負線之間，用來調節(jié)特定通信方式(1553b總線或rs422或以太網(wǎng))特性阻抗中的容抗參數(shù)，使匹配后的特性阻抗與通信終端選定的通信方式所需的線纜特性阻抗相匹配；

所述匹配電感l(wèi)可用公式l＝(zs-zl)²·c表示，式中zs特定通信方式的特性阻抗，所述zl為已知的通信線纜的特性阻抗；

將所述匹配電感l(wèi)的表達式為l＝(zs-zl)²·c，帶入公式通過計算可得到所述匹配電容c值；

所述cl為通信線纜的等效電容，所述ll為通信線纜的等效電感，所述l0為通信傳輸損耗最大值(一般取值為-20db至-40db)，所述k為常數(shù)，取值-0.3，所述r為通信電纜的直流電阻，所述g為通信線纜的電導率，所述以上參數(shù)在電路中均為已知；

將得到的所述匹配電路電容的數(shù)值帶入到公式l＝(zs-zl)²·c中，即可求得所述匹配電路電感l(wèi)的具體數(shù)值。

通過調整所述匹配電路的參數(shù)，使不同的匹配電路與通信線纜和不同的通信終端的特性阻抗動態(tài)匹配，使所述總線動態(tài)匹配模塊能夠在不更換通信線纜的情況下，可以與不同的通信終端進行通信。

一種應用于以上通信裝置的通信特性參數(shù)動態(tài)匹配的方法，包括如下步驟：

步驟一、所述通信控制模塊根據(jù)保存的通信方式識別碼，確定通信終端，并選通使能對應的總線控制模塊并完成其初始配置，同時禁用掉剩余的總線控制模塊；

步驟二、所述通信控制模塊將通信數(shù)據(jù)緩存到所確定的通信終端對應通信方式的內存空間，通過數(shù)據(jù)線和地址線將數(shù)據(jù)提供給總線控制模塊，然后經過總線驅動后將數(shù)字信號變成差分信號，發(fā)送至所述總線動態(tài)匹配模塊；

步驟三、所述通信控制模塊發(fā)出控制信號，控制所述總線動態(tài)匹配模塊中的所述矩陣開關1和所述矩陣開關2進行通信線路切換，選定與該通信終端通信方式對應的匹配電路，匹配輸出差分信號到所述通信電纜，進而傳輸至相應的通信終端。

通過這種方式所述通信控制模塊可以和任意特性阻抗的通信終端相連接，進行數(shù)據(jù)通信。

以下是本實施例的應用，在某通信系統(tǒng)中，包含以下三種通信終端：

通信終端1通信時需要通信線纜的特性阻抗為80ω；

通信終端2通信時需要通信線纜的特性阻抗為120ω；

通信終端3通信時需要通信線纜的特性阻抗為100ω；

通信系統(tǒng)所使用通信線纜的總線特性阻抗為100ω；

由于通信終端1與通信電纜的特性阻抗并不匹配，因此，將匹配電路中匹配電路1按照匹配電路的參數(shù)調整方法，進行l(wèi)、c的參數(shù)選擇和設計，將總線特性等效阻抗由100ω調整為80ω；

由于通信終端2與通信電纜的特性阻抗并不匹配，因此，將匹配電路中匹配電路2按照匹配電路的參數(shù)調整方法，進行l(wèi)、c的參數(shù)選擇和設計，將總線特性等效阻抗由100ω調整為120ω；

由于通信終端3與通信電纜的特性阻抗匹配，因此，不需要調整總線特性阻抗。

在通信過程中，當通信控制模塊通過通信線纜與通信終端1連接時，通信控制模塊通過指令控制總線動態(tài)匹配模塊的矩陣開關1和矩陣開關2，將通信線路切換到匹配電路1，再連接到輸出接口，完成通信線纜和通信終端的阻抗匹配；

當通信控制模塊通過通信線纜與通信終端2連接時，通信控制模塊通過指令控制總線動態(tài)匹配模塊的矩陣開關1和矩陣開關2，將通信線路切換到匹配電路2，再連接到輸出接口，完成通信線纜和通信終端的特性阻抗匹配；

通信控制模塊通過通信線纜與通信終端3連接時，通信控制模塊通過指令控制總線動態(tài)匹配模塊不進行總線特性阻抗的匹配，控制矩陣開關1和矩陣開關2選擇默認連接模式，直接將通信信號輸出到輸出接口。

綜上所述，本發(fā)明實施例可以在多種通信需求的情況下，實現(xiàn)同一個設備在不進行軟件和硬件改變的情況下，通過總線特性參數(shù)的動態(tài)匹配，達到適應不同通信終端通信需求的目的。在實際應用過程中，能夠有效地減少通信電纜的布置。避免由于通信方式的變化，帶來的通信控制模塊的重新研制，通信線路的重新布置。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。