CN104471859A - 用于对总线进行偏置的***和方法 - Google Patents

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Abstract

双向差分总线接口，其包括具有非反相端和反相端的差动发送器和具有非反相端和反相端的差动接收器，和电耦合到所述差动发送器的所述非反相端和所述差动发送器的所述反相端的偏置电路。所述偏置电路被配置为响应于所述偏置电路的控制输入端上接收的控制信号的断言来产生在所述差动发送器的非反相端和所述差动发送器的反相端之间的大约200mV或更大的电压。

Description

用于对总线进行偏置的***和方法
发明背景
发明领域
本发明的实施方案通常涉及用于偏置总线的***和方法，并且特别涉及用于偏置双向差分总线的***和方法。
相关技术讨论
推荐的标准485(RS-485)和相关电信工业协会/电子工业协会标准485(TIA/EIA-485)由于即使在相对长的电缆长度上的它们的相对较低的成本，高噪声抑制和快速的数据速率已成为用于多点、双向、差分数据传输的行业标准的串行通信接口。RS/TIA/EIA-485接口用于实现用于以包括ModbusTM和ProfibusTM的不同的标准和专有自动化协议数据传输的物理层。
图1示出了使用RS/TIA/EIA-485总线的通信网络的典型实现。如图所示，所述通信网络或总线100包括与一对导线130A、130B互连的多个节点110a、110b、110c、110d(节点1-N)是。每个节点包括至少一个相关联的处理器(未示出)，其能够与所述网络或总线100上的其它节点进行通信。所述节点110A-D可以是能够通过所述网络或总线100进行通信的任何设备，诸如计算机***，控制***，智能UPS，冷却设备，各种类型的工厂自动化设备等。在典型的实施中，所述电线130A、130B被扭转(即，双绞线的)，以提高抗噪声能力。节点110ad中的每个节点具有RS/TIA/EIA-485接口，其包括具有差动发送器122A-D和差动接收器126a-d的RS/TIA/EIA-485收发器120a、120b、120c、120d。应当理解的是，不是使用收发器(例如，包括差动发送器和差动接收器两者的集成电路)，而是可以使用单独的差动发送器和单独的差动接收器。
每个差动发送器122a-122d包括非反相端123a-d和反相端124a-d，并且同样，每个差动接收器126a-d包括非反相端127a-d和反相端128a-d。通过每个差动发送器122a-d发送的数据作为所述各自的差动发送器122a-d的非反相端123a-d和反向端124a-d之间的电压电平中的差。同样地，通过每个差动接收器126a-d接收的数据，基于所述各自的差动接收器126a-d的非反相端127a-d和反向端128a-d之间的电压电平中的差由所述接收器进行解读。其中，在所述各自的差动接收器126a-d的非反相端127ad和反向端128a-d之间的电压差大于约200mV，标记(即，逻辑1)被接收，并且其中所述各自的差动接收器126a-d的非反相端127a-d和反向端128a-d之间的电压差小于约-200mV，空格(也就是逻辑0)被接收。在收发器(即专门设计用于半双工通信进行)中，所述差动发送器的非反相端可电连接到所述差动接收器的非反相端，并且所述差动发送器的反相端电连接到所述差动接收器的反相端，如图1中所示。在这样的收发器中，提供了一对输出管脚，其中管脚A(称为‘非反相管脚’)对应于Tx+/RX+并且其中管脚B(称为‘反相管脚’)对应于TX-/RX-。应该注意的是，电压电平表示标记或空格并且其中管脚表示A或B的该描述符合行业标准使用。在实际的RS/TIA/EIA-485标准中，管脚A被表示为‘反相管脚’并对应于TX-/RX-，管脚B被表示为'非反相管脚'并对应于Tx+/RX+，当所述电压差B-A大于约200mV时标记被接收，并且当电压差B-A小于约-200mV时，空格被接收。对于本文件的其余部分，所述行业标准用法适用。
尽管在图1中所示的网络拓扑结构用于半双工通信，但是RS/TIA/EIA-485也可以用于全双工通信。在这样的全双工通信网络中，每个节点将使用两个双绞线进行互连，一个双绞线用于Tx+和TX-，并且另一个双绞线用于Rx+和RX-。
在典型的RS/TIA/EIA-485通信网络中，并且如图1中所示，所述网络或总线100的末端被用连接在所述双绞线的每根导线130a、130b之间电阻器140、142终结。每个终端电阻器140、142的值是基于该对的导线130a，130b的所述的特性阻抗，并且用于标准双绞线布线的典型值是大约120欧姆。在网络的末端的终端电阻器140、142的存在减少了可以由快速驱动器边缘引起的反射，并且还由于较低的阻抗减少了噪声灵敏度。
如本领域技术人员所熟知的，在其中所述通信网络或总线100是空闲的时间段期间(即，当没有节点通过RS/TIA/EIA-485总线主动地传输数据时)，所述总线可能逐渐进入不确定的状态，其中差动接收器的所述A管脚和B管脚之间的电压差降到低于规定的200mV范围。其中出现这种情况时，所述总线上的差动接收器可以传递假流量到它们所连接的设备，并可能饱和所述总线。为了防止这种情况，很常见的是，对在所述总线(通常是主节点)上的节点中的一个节点进行故障保护以偏置所述总线到不存在任何节点主动驱动总线的已知的状态。如图1中所示，这通常通过经由上拉电阻器150把电线130a中的一个电线电连接到电源电压(例如，5伏)并经由下拉电阻器152把另一个电线130b连接到地面来完成的。上拉电阻器的值和下拉电阻器的值可以根据所述网络或总线上的节点的数量变化，但是关于所述上拉电阻器和下拉电阻器的典型值范围从约680欧姆到约750欧姆。
许多设备制造商了解在所述网络末端使用终端电阻器的重要性以及在所述网络上的设备中的一个设备使用上拉电阻器和下拉电阻器进行故障保护偏置的重要性。但是，由于设备制造商不是必须知道哪里可以使用他们的设备，有多少其它装置可以进行互连(RS/TIA/EIA-485总线可以支持多达64个节点或更多)，并且这些设备中的哪些设备中可能已经被配置了上拉电阻器和下拉电阻器，所以依然在其中总线被不当偏置的领域中存在大量的实例。已经采取各种方法以处理这个问题，包括什么都不做和简单接受一定量的总线噪声，在每个设备上提供跳线或DIP开关以允许使用者施加适当的偏置，在每个设备中提供一点偏置，希望的是，当与可以每个提供一点偏置的其它设备互连时提供适当的偏置等。
发明概述
按照本发明的方面，提供了双向差分总线接口。所述双向总线接口包括具有非反相端和反相端的差动发送器，具有非反相端和反相端的差动接收器，以及电耦合到所述差动发送器的非反相端和所述差动发送器的反相端的偏置电路。所述偏置电路被配置以响应于在所述偏置电路的控制输入处上接收的控制信号的断言而在所述差动发送器的非反相端和所述差动发送器的反相端之间产生电压(至少大约200mV)。
按照一个实施方案，所述差动发送器是第一差动发送器并且所述偏置电路包括：第一偏置电阻器，第二偏置电阻器，并且第二差动发送器具有通过第一偏置电阻器电耦合到第一差动发送器的非反相端的非反相端和通过第二偏置电阻器电耦合到第一差动发送器的反相端的反相端。在根据本实施方案的方面，所述第二差动发送器具有使能端并且所述第二差动发送器的所述使能端被配置为接收所述控制信号。根据一个实施方案，所述第一差动发送器具有被配置为接收使能信号的使能端，并且控制信号是所述使能信号的逻辑逆。根据另一个实施方案，所述双向差分总线接口与处理器相关，所述处理器被配置成响应于偏置双向差分总线接口的指令来断言控制信号。按照又一个实施方案，所述双向差分总线接口与处理器相关，处理器被配置为响应于偏置双向差分总线接口的指令来断言偏置使能信号，所述第一差动发送器具有被配置成接收使能信号的使能端，并且基于所述偏置使能信号的断言和所述使能信号的逻辑逆来断言控制信号。
根据替代实施方案，偏置电路包括：第一开关和第二开关，所述第一开关与第一电阻器串联耦合，所述第二开与第二电阻器串联耦合。所述第一开关和所述第一电阻器在电压提供端和所述差动发送器的非反相端之间串联耦合，并且所述第一开关具有控制端，所述控制端被配置为响应于控制信号的断言将差动发送器的非反相端通过第一电阻器电耦合到电压提供端。所述第二开关和所述第二电阻器在所述参考电压端和所述差动发送器的反相端之间串联耦合，并且所述第二开关具有控制端，所述控制端被配置为响应于控制信号的断言将所述差动发送器的反相端通过第二电阻器电耦合到参考电压端。
根据本实施方案的一个方面，所述双向差分总线接口与处理器相关，所述处理器被配置为响应于偏置差分总线接口的指令来断言控制信号。根据本实施方案的另一个方面，所述双向差分总线接口与处理器相关，所述处理器被配置为响应于偏置双向差分总线接口的指令来断言偏置使能信号，所述差动发送器具有被配置成接收使能信号的使能端，并且基于偏置使能信号的断言和使能信号的逻辑逆来断言控制信号。
根据上述方面和实施方案中的任何，所述差动发送器和差动接收器被布置在单个集成电路收发器中，所述差动发送器的非反相端电连接到差动接收器的非反相端，并且所述差动发送器的反相端电连到所述差动接收器的反相端。
根据另一个实施方案，所述双向差分总线接口是全双工双向差分总线接口，并且所述双向差分总线接口还包括第三偏置电阻器、第四偏置电阻器、和第三差动发送器，第三差动发送器具有通过所述第三偏置电阻器电耦合到所述差动接收器的非反相端的非反相端、通过所述第四偏置电阻器电耦合到所述差动接收器的反相端的反相端和使能端以接收所述控制信号。根据本实施方案，所述第三差动发送器被配置为响应于所述控制信号的断言在所述差动接收器的非反相端和所述差动接收器的反相端之间生成电压(至少200mV)。
按照本发明的另一个方面，提供了用于包括具有非反相端和反相段的差分发送器和具有非反相端和反相端的差分接收器的双向差分总线接口的对双向差分总线接口进行偏置的方法。所述方法包括以下动作：接收偏置所述双向总线接口到确定的状态的指令，响应于所述指令的接收来断言控制信号，并且响应于所述控制信号的断言在电耦合到所述差动发送器的非反相端和所述差动发送器的反相端的偏置电路中、在所述差动发送器的非反相端和所述差动发送器的反相端之间生成至少大约200mV的电压。
根据一个实施方案，所述差动发送器包括使能输入端以接收在通过差动发送器发送数据期间被断言的使能信号，并且所述生成的动作仅仅在其中使能信号不被断言的时间段期间被执行。
根据另一个实施方案，所述方法还可以包括以下动作：接收停止将双向差分总线接口偏置到确定的状态的第二指令，响应于所述第二指令的接收将控制信号解除断言，并且响应于控制信号的解除断言而停止生成所述电压差。按照本发明一个实施方案，其中所述差动发送器是第一差动发送器，所述产生的动作可以包括使用第二差动发送器产生所述电压，第二差动发送器具有通过第一电阻器电耦合到所述第一差动发送器的非反相端的非反相端和通过第二电阻器电耦合到所述第一差动发送器的反相端的反相端。根据本发明的替代的实施方案，所述产生的动作也可以替代地包括通过第一电阻器可切换地将所述差动发送器的非反相端连接到电压提供端，和通过第二电阻器将所述差动发送器的反相端可切换地连接到参考电压端。
按照本发明的另一个方面，提供了双向差分总线接口，其包括具有非反相端和反相端的差动发送器、具有非反相端和反相端的差动接收器、和装置，所述装置电耦合至所述差动发送器的非反相端和所述差动发送器的反相端用于响应于控制信号的断言在所述差动发送器的非反相端和所述差动发送器的反相端之间产生至少大约200mV的电压。
根据一个实施方案，所述差动发送器是第一差动发送器，并且用于产生电压差的装置包括第一偏置电阻器，第二偏置电阻器，和第二差动发送器，第二差动发送器具有通过所述第一偏置电阻器电耦合到所述第一差动发送器非反相端的非反相端和通过所述第二偏置电阻器电耦合到所述第一差动发送器的反相端的反相端。
根据替代实施方案，用于产生所述电压差的装置包括与第一电阻器串联电耦合的第一开关和与第二电阻器串联电耦合的第二开关。第一开关和第一电阻器在电压提供端与差动发送器的非反相端之间串联电耦合，其中第一开关具有控制端，控制端被配置为响应于控制信号的断言通过第一电阻器将差动发送器的非反相端电耦合到电压提供端。第二开关和第二电阻器在参考电压端和差动发送器的反相端之间串联电耦合，其中第二开关具有控制端，控制端被配置为响应于控制信号的断言通过第二电阻器将差动发送器的反相端电耦合到参考电压端。
根据上述替代实施例中的任何一个的另外的方面，双向差分总线接口与处理器相关，处理器被配置为响应于偏置双向差分总线接口的指令对偏置使能信号进行断言，第一差动发送器具有被配置为接收使能信号的使能端，并且基于偏置使能信号的断言和使能信号的逻辑逆对控制信号进行断言。
附图简述
附图不旨在按比例进行绘制。在附图示出的每个相同的或几乎相同的部件由相同的附图标记进行表示。为清楚起见，不是每个组件在每个附图中被标记。在附图中：
图1示出了RS/TIA/EIA-485通信网络的常规实现；
图2是根据本发明的实施方案的包括差分总线偏置电路的差分总线接口的示意图；
图3是根据本发明的另一个实施方案的包括差分总线偏置电路的差分总线接口的示意图；以及
图4是可以被与根据本发明的实施方案的总线偏置电路相关的处理器执行以将总线偏置到确定的状态的总线偏置例程。
详细描述
本发明的实施方案不限于在以下描述中阐述的或在附图中示出的部件的结构和布置的细节。能够以各种方式实施或执行本发明的实施方案。此外，在本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被视为限制。“包括(including)”，“包含(comprising)”或“具有(having)”，“含有(containing)”，“包括(involving)”及其变体在本文的使用意在包括随后列出的项目和其等同物以及附加的项目。
图2是包括根据本发明的实施方案的差分总线偏置电路的差分总线接口的示意图。如图所示，所述差分总线接口200包括差动收发器220，例如RS/TIA/EIA-485收发器，其类似于上面结合图1所述的收发机120a-d。类似于上述关于图1所描述的所述差动收发器，所述差动收发器220包括具有非反相端223和反相端224的差动发送器222和具有非反相端227和反相端228的差动接收器226。虽然不是通过参考图1中的附图标记进行指定，差动发送器222和接收器226中的每个包括使能端221、229以接收使能信号(E或/E)来启动所述发送器或接收器。如图2中所示，所述使能信号E的逻辑真(例如，1)状态启动所述发送器222并禁用所述接收器226而逻辑假(例如，0)状态禁用所述发送器222并启动所述接收器226。所述使能信号/E是所述使能信号E的逻辑逆。接口200与总线的端节点相关的地方，可以存在例如终端电阻器240的终端电阻器。
根据本发明的一个实施方案，所述差分总线偏置电路201包括用于将所述差分总线偏置到确定的状态的第二收发器220’。通常，当没有发送器主动驱动总线时，成对的电线230a、230b之间的必要的电压差是大约200mV或更多以保持这样的确定的状态，。因为所述总线的第一过渡表示字符(例如，起始位)的开始，期望的是，对总线进行偏置使得非反相管脚A和反相管脚B之间的电压差是大约200mV或更多。
在如图2所示的所述差分总线偏置电路201中，所述第二收发器220'的差动接收器226'不被使用并且所述接收数据信号线可以被断开连接，如图所示。为降低功耗和/或噪声，所述接收器226’的使能输入229'可以被连接到高电压(如所述电源电压)以有效地停用所述接收器226'。所述差动发送器222’的非反相端223’通过第一偏置电阻器261被电连接到所述非反相’管脚A，并且所述差动发送器222’的反相端224'通过第二偏置电阻器262被电连接到所述反相管脚B。如关于下面的表1进一步讨论，所述偏置电阻器261、262的电阻值被选择来限制总线在总线的每个末端的终端电阻器(即，图1中的终端电阻器140和142)将看到的偏置电流，但是也能产生跨所述终端电阻的足够的电流来创建大约200mV或更高的电压降。根据一个实施方式，所述偏置电阻器261、262可以各自具有475欧姆的电阻值，尽管也可使用其他的电阻值。
所述差动发送器222’的发送数据输入端电连接到高电压(如所述电源电压端Vcc)以确保当所述差动发送器222’被启动时，非所述反相管脚A被拉高并且所述反向管脚B被拉低(即输出标记信号)。按照本发明的方面，所述差动发送器222'的使能输入端221'可以以多种方式被连接以偏置所述总线到适当的电平。在一个实施方案中，所述差动发送器222'的使能输入端221'被连接到高电压(例如，+5V(例如所述电源电压端子Vcc)使得每当所述收发器220’上电时所述总线由所述差动发送器222'偏置。在另一个实施方案中，所述差动发送器222’的使能输入端221’被连接以接收提供给所述差动发送器222的所述使能信号E的逆(即/E)。在本实施方案中，所述差动发送器222’将在其中所述差动发送器222是不活跃的(即，当使能信号E为低和/E为高时)的时间段期间将所述总线偏置到适当的电平。在又一个实施方案中，所述差动发送器222’的使能输入端221’被连接以接收可以在相关联的处理器(例，与所述总线接口200相关联的装置上的处理器)的编程控制下进行断言的偏置使能(BE)信号。在另外的实施方案中，所述差动发送器222’的使能输入端221’被连接到逻辑门(例如，与门)，其接收可以在相关联的处理器的编程控制下j进行断言的偏置使能信号(BE)，并且所述使能信号E的逆(即/E)被提供到所述差动发送器222。在这种实施方案里，所述差动发送器222’仅当由所述相关联的处理器指示以这样做时(即，当偏置使能信号BE是激活的)，并且在其中所述差动发送器222是不不活跃的(即，当使能信号E为低并且/E为高时)的时间段期间将偏置所述总线到适当的电平。
下面的表1示出了所述方式，其中RS/TIA/EIA-485总线或通信网络的电性能可以根据选择的关于所述偏置电阻器261、262的电阻值、所述终端电阻器的电阻值、和所述总线上的节点的数目进行变化。在一般情况下，所述偏置电阻器261、262的电阻应该足够大小，使得它们产生跨所述端接电阻器140、141(参照图1)的足够的电流来创建的约200mV或更大的IR下降，但没有大到产生将抗衡所述其他节点的驱动器的偏置电流。在表1中，假设所述差动发送器222’(在此也称为为“共同驱动器”)将名义上驱动0和5V输出电平。还假定的是，终端接电阻器140、141中的每个终端电阻器的电阻值是120欧姆，仅仅存在两个终端电阻器被布置在总线的每个最末端，并且每个“单元负荷”收发器的输入阻抗Z是大约12K欧姆，使得所述总线的所述负载随着每个附加的节点增加。在下面的表1中，“N-主”用于表示所述总线上的非主节点的数目，“Rdrv”表示基于所述总线上的节点的数目(例如，每个节点的收发器的组合阻抗)的所述总线的阻抗，“Rterm”表示在所述总线的每个末端的终端电阻器的电阻(或其中一个以上的节点存在时，每一个具有120欧姆电阻的两个终端电阻器的并联的等效电阻)，“Rload“是Rdrv和Rterm的并联等效电阻，”RB“是每个偏置电阻器261、262的示例性的电阻值，“Va”是当所述共同驱动器222’是积极驱动标记的状态时，非反相管脚A的标称电压，“Vb”是当所述共同驱动器222’正在积极驱动标记状态时，反相管脚B的标称电压，并且Vab是当共同驱动器222’积极地驱动给定其他参数的所述标记状态时，所述非反相管脚A和所述反相管脚B之间的差分电压。如从表1可以看出，大约525欧姆的电阻值足以提供大于约200mV的电压差，其中所述总线上的从节点的数目在1和63(即，在2到64总节点之间)之间变化。虽然525欧姆的值可以进一步优化，以考虑其它电路的负载，表1表明，附加的收发器可被用于将所述总线偏置到确定的状态。
N-主 V Rdrv Rterm Rload RB Va Vb Vab
5 12000 120 525
1 6000 60 59 2.634 2.366 0.268
2 4000 60 59 2.633 2.367 0.266
4 2400 60 59 2.632 2.368 0.264
6 1714 60 58 2.631 2.369 0.262
8 1333 60 57 2.630 2.370 0.259
10 1091 60 57 2.628 2.372 0.257
15 750 60 56 2.626 2.374 0.251
20 571 60 54 2.623 2.377 0.246
25 462 60 53 2.620 2.380 0.241
30 387 60 52 2.618 2.382 0.236
35 333 60 51 2.615 2.385 0.231
40 293 60 50 2.613 2.387 0.226
45 261 60 49 2.611 2.389 0.222
50 235 60 48 2.609 2.391 0.218
55 214 60 47 2.607 2.393 0.214
60 197 60 46 2.605 2.395 0.210
63 188 60 45 2.604 2.396 0.207
表1
下面的表2示出了所述方式，其中RS/TIA/EIA-485总线或通信网络的电性能可以根据选择的关于所述偏置电阻器261、262的电阻值进行变化，其中所述总线上的节点的数量局限于两个节点。表2的前提是关于表1做出的相同的假设，(即，所述差动发送器222’或共同驱动器将名义上驱动0和5V输出电平，两个终端电阻器140、141中的每个终端电阻器的电阻值是120欧姆，并且每个“单元负荷”收发器的所述输入阻抗Z为大约12K欧姆)，并在表2中的标题与表1相关的描述具有相同的含义。基于表1和2中所示的信息，针对大多数应用，关于所述偏置电阻器的值通常在200欧姆和1000欧姆之间，例如750欧姆。
N-主 V Rdrv Rterm Rload RB Va Vb Vab
5 12000 120
1 6000 60 59 70000 2.501 2.499 0.002
1 6000 60 59 35000 2.502 2.498 0.004
1 6000 60 59 17500 2.504 2.496 0.008
1 6000 60 59 8750 2.508 2.492 0.017
1 6000 60 59 4375 2.517 2.483 0.034
1 6000 60 59 2188 2.533 2.467 0.067
1 6000 60 59 1094 2.566 2.434 0.132
1 6000 60 59 547 2.629 2.371 0.258
1 6000 60 59 273 2.745 2.255 0.490
1 6000 60 59 137 2.946 2.054 0.892
1 6000 60 59 68 3.257 1.743 1.514
表2
图3是包括根据本发明另一个实施方案的差分总线偏置电路的差分总线接口的示意图。如图所示，所述差分总线接口300包括差分收发器320，例如RS/TIA/EIA-485收发器，其是类似于上述关于图2中描述的所述收发器220和220’，以及上所述关于图1中描述的所述收发器120a-d。类似于上面所描述的收发器，所述差分收发器320包括具有非反相端323和反相端324的差动发送器322，和具有非反相端327和反相端328的差动接收器326。差动发送器322和接收器326中的每个包括使能端321、329，以接收使能信号(E或/E)，以启动发送器或接收器。如图3所示，所述使能信号E的逻辑真(例如，1)状态启动所述发送器322并且禁用所述接收器326，而所述逻辑假(例如，0)状态禁用所述发送器322和启动所述接收机326。如先前所讨论的，所述使能信号/E为所述使能信号E的逻辑逆。在所述接口300与所述总线的端节点相关联的地方，可以存在例如终端电阻器340的终端电阻器。
按照本发明的一个方面，所述差分总线偏置电路301包括一对继电器或开关380、381，其用于将所述总线偏置到确定的状态。一般地，当没有发送器正在主动驱动所述总线时，所述成对的导线330a，330b之间电压差有必要是约200mV或更大以保持这样的确定的状态。如在先前实施方案中，因为所述总线的第一过度表示字符(例如，起始位)的状态，期望的是，偏置所述总线使得非反相端管脚A和反相端管脚B之间的电压差为大约+200mV或更大。
图3中所示的所述差分总线偏置电路301中，所述差动发送器322的非反相管脚(管脚A)可通过第一开关或继电器380、穿过上拉电阻器370(即，第一电阻器)电连接到高电压电平(如所述电压供给Vcc)，第一开关或继电器380与上拉电阻器370串联电耦合。在图3中所示的实施方案中，所述第一开关或继电器380的激活，闭合所述开关并且通过所述上拉电阻器370将所述非反相端管脚A电耦合到所述电压供给。所述差动发送器322的反相管脚(管脚B)可通过第二开关或继电器381，穿过下拉电阻器371(即，第二电阻器)电连接到接地参考电压，第二开关或继电器381与所述下拉电阻器371串联电耦合。在图3中所示的实施方案中，第二开关或继电器381的激活，闭合开关并通过所述下拉电阻371其将所述反相管脚B电耦合到接地参考电压。优选地，开关或继电器380、381中的每个是由相同的激活信号控制，这样使得开关或继电器380、381两者在基本相同的时间都被打开和关闭。在一个实施方案中，所述开关或继电器中的每个可以是一个单刀单掷(SPST)固态开关，例如通常可从如德州仪器公司的公司购买的型号3167固态开关，，虽然可以使用其它类型的继电器或开关。
用于所述上拉电阻器和下拉电阻器370、371的电阻值可能根据所述网络上的节点的预期数量和用于所述终端电阻器的值进行变化，，但通常被选择为确保所述非反相管脚A和所述反相管脚B之间的电压差为大约200mV或更大。根据一个实施方案，所述上拉电阻器和下拉电阻器可各自具有475欧姆的电阻值，尽管也可使用其他的电阻值。如本领域技术人员可以理解，所述开关或继电器380、381和所述上拉电阻器和下拉电阻器370、371的位置可以变化，这样使得所述上拉电阻器和下拉电阻器370、371可以替代地分别直接连接到非反相管脚A和所述反相管脚B，，并且所述开关380、381用于将所述上拉电阻器和下拉电阻器370、371可切换地连接至Vcc和地面。
按照本发明的一个方面，所述开关或继电器380、381中的每个可以被以多种方式中的一种方式控制来将所述总线偏置到适当的电平。在一个实施方案中，所述开关或继电器380，381中的每个的控制输入端380c、381c被连接以接收合适的值的控制信号，如提供到所述差动发送器322的使能信号E的逆(即/E)，或者基于此信号(例如，其中开关或继电器不同于TTL逻辑信号的信号激活)的信号。在本实施方案中，在其中所述差动发送器322是不活跃的(即，当使能信号E为低和/E为高时)，并且每个开关或继电器380，381被关闭的时间段期间，所述上拉电阻器和下拉电阻器370、371将偏置所述总线到适当的电平。在替代实施方案中，所述开关或继电器380、381中的每个的所述控制输入端380c、381c可被连接以接收偏置使能(BE)信号，其可以被在相关的处理器(例如，在与总线接口300相关联的设备的处理器)的编程控制下进行断言。在又一个实施方案中，所述开关或继电器380、381中的每个的控制输入端380c、381c被连接到逻辑门(例如，与门)，其接收可以在相关的处理器的编程控制下进行断言的偏置使能信号(BE)，并且所述使能信号E的逆(即/E)被提供到所述差动发送器322。在这样的实施方案中，只有当所述相关处理器指示这么做时(即，当偏置使能信号BE被激活时)和在其中所述差动发送器322是不活跃的(即，当使能信号E为低和/E为高时)的时间段期间，所述上拉电阻器和下拉电阻器370、371将偏置所述总线到适当的电平。在所述开关或继电器380、381本身不是TTL兼容的地方，附加的控制电路(未示出)可以被提供以激活(即，闭合)所述开关或继电器。
应当理解的是，不使用上述图2和3中的收发器，也可以替代使用单独的差动发送器和接收器。此外，应当理解，上述关于图2和3描述的所述总线接口可以适于在一个全双工通信网络中使用。例如，返回参照图2和3，在全双工差分总线接口里，所述发送线和接收线(即，TX+/RX+和TX-/RX-)是彼此分开，并且因此，所述差动发送器222(322)的非反相端223(323)没有电连接到所述差动接收器226(326)的非反相端227(327)并且所述差动发送器222(322)的反相端224(324)没有电连接到所述差动接收器226(326)的反相端228(328)。在这样全双工差分总线接口中，图2和3中的所述差分总线偏置电路201和301中的每个可以适用于以类似于关于图2和3的先前所述的方式将所述全双工差分总线偏置到确定的状态。
例如，图2的所述差分总线偏置电路与全双工差分总线一起使用的地方，所述差动发送器或共同驱动器222’的非反相端223’可以电连接到所述差动发送器222的非反转端223，并且所述差动发送器或共同驱动器222’的反相端224’可电连接到所述差动发送器222的反相端224。这将随后对连接到所述发送器222的所述TX+线和TX-线进行偏置，使得连接到其上的任何接收器(例如，在其它设备中的接收器)将被以先前所描述的方式适当地偏置。还应当期望的是，偏置所述差动接收器226的非反相端227和反相端228，可以提供附加的共同驱动器，其中其非反相端通过第三偏置电阻器被连接到差动接收器226的非反相端227，并且其中其反相端通过第四偏置电阻被连接到所述差动接收器226的反相端228。所述共同驱动器中的每个可以以先前关于图2描述的方式来进行控制，(例如，其中所述共同驱动器的使能端连接到高电压，或其中所述共同驱动器的使能端被连接来接收所述使能信号E的逆(即/E)、偏置使能(BE)信号，或所述使能信号的逆和所述偏置使能信号的逻辑组合)。其中，所述差动接收器226对于空闲总线条件是不失灵的，针对差动接收器226，可以省略附加的共同驱动器。
其中图3的所述差分总线偏置电路与全双工差分总线一起使用，所述第一开关或继电器380和所述第一或上拉电阻器370可以在所述差动变送器322的非反相端323和所述高电压电平之间串联电耦合，并且第二开关或继电器381和第二或下拉电阻器371可以在所述差动发送器322的反相端324和所述接地参考电压之间串联电耦合。这然后将偏置连接到所述发送器322的所述TX+线和TX-线，使得连接到其(例如，在其它的设备)的任何接收器将被以前面描述的方式来适当地偏置。还应当期望的是，偏置所述差动接收器326的非反相端327和反相端328，可提供附加的一对开关或继电器和上拉电阻器和下拉电阻器，并且被以关于图3的先前所描述的方式进行控制(例如，其中所述附加对的开关或继电器中的每个的控制输入端被连接用于接收所述使能信号E的逆(即，/E)、偏置使能(BE)信号、或所述使能信号的逆和所述偏置使能信号的逻辑组合)。其中，所述差动接收器326对于空闲总线条件是不失灵的，可以省略附加对的所述附加开关以及上拉电阻器和下拉电阻器。
图4示出了可以被处理器(诸如位于所述节点110a-d中的一个节点上的并且通信地耦合到总线接口(例如图2的所述差分总线接口200，或图3的所述差分总线接口300)的处理器)执行的总线偏置例程。所述总线偏置例程通常由处理器来执行，处理器与已被指定为在所述总线上的主节点以将所述RS/TIA/EIA-485总线偏置到确定的状态的节点相关联。应当理解的是，RS/TIA/EIA-485总线可具有许多不同的设备或节点，其可能潜在地是所述总线上的主节点，但通常只有一个设备或节点将在任何给定时间是所述主节点。通过仅使所述指定主节点将所述总线偏置到所述确定的状态，这确保了所述总线被适当地偏置，并且不会过度偏置，其中，这样的过偏置可能影响在总线上其他驱动器的操作。在大多数这样的RS/TIA/EIA-485的通信网络里，可以存在辅助网络或总线(例如CAN总线TM)，所述设备或节点通过其可与在更高层次上的设备或节点彼此通信，以确定哪个设备被指定为在RS/TIA/EIA-485总线上的主节点的状态。按照本发明的方面，并入例如关于上面图2和3所描述的总线接口的任何节点在其相关联的处理器的控制下可潜在地充当主节点并将所述RS/TIA/EIA-485总线偏置到确定的状态。因此，现有主节点失效，或采取停止服务，另一个主节点可以替代该现有主节点，并将所述总线适当地偏置。
在动作410中，所述总线偏置例程对关于它是否已收到指令来将所述RS-TIA/EIA-485总线偏置到确定的状态做出断言。此指令通过所述RS/TIA/EIA-485总线从RS/TIA/EIA-485总线上另一个设备或节点接收，或通过与所述RS/TIA/EIA-485总线不同的通信信道接收。仍然可选地，可以通过外部接口来接收此指令，例如从通信地耦合到与所述差分总线接口200或300相关联的设备的处理器的键盘或其他类型的输入设备。其中所述总线偏置例程在动作410中确定其没有接收到任何指令以将总线进行偏置，其简单地等待直到这样的指令被接收。可替代地，其中总线偏置例程在动作410中做出确定，即它已经接收到指令以将RS/TIA/EIA-485总线进行偏置，其前进到动作420。
在动作420中，所述总线偏置例程断言在处理器的可编程的输出管脚上的偏置使能信号(BE)，所述处理器可操作地耦合到所述总线接口200(图2)的共同驱动器222’的使能输入端221’，或耦合到所述总线接口300(图3)的所述开关或继电器380、381中的每个的控制输入端。如前面所指出的，这种偏置使能信号BE可以直接提供给所述总线接口200的所述差动发送器222的使能输入端221’，或提供给所述总线接口300的开关或继电器380，381中的每个的控制输入端，或者可以可替代地被间接提供(例如通过接收提供给所述差动发送器222或322的所述偏置使能信号BE和所述使能信号E的逆(即/E)的与门)。其中所述偏置使能信号BE被直接提供给所述总线接口200的差分发送器222的使能输入端221’，或提供给总线接口300的所述开关或继电器380、381中的每个的的控制输入端，只要偏置使能够信号BE被断言，则所述RS/TIA/EIA-485总线将被偏置。可替代地，其中所述偏置使能信号BE被间接提供给所述总线接口200的差动发送器222的使能输入221’，或被间接提供到所述总线接口300的开关或继电器380、381中的每个的的控制输入端，如通过接收所述偏置使能信号BE和使能信号的逆(/E)的与门的输出端，所述RS/TIA/EIA-485总线将只在其中所述偏置使能信号BE被断言并且所述差动发送器222、322没有主动驱动总线的时间段期间被偏置。
在动作430中，所述总线偏置例程作出关于它是否已收到任何指令以停止将总线进行偏置的确定。这样的指令可以作为所述总线上的另一个设备或节点已被指定为主节点或其中做出所述主节点发生失效或者停止服务的确定的通信指示的结果。其中在动作430中确定的是，没有收到以停止对总线进行偏置的这样的指令，所述总线偏置例程返回到动作420并继续断言所述偏置使能信号BE。可替代地，在动作430中确定的是，已经收到指令以停止对总线进行偏置，所述例程进行至动作440，其中所述偏置使能信号BE被解除断言。响应于解除断言所述偏置使能信号BE，所述总线偏置例程可以前进回到动作410，并等待指令以对所述总线进行偏置。
至此描述了本发明至少一个实施方案的若干方面，但应理解的是，本领域技术人员将很容易想到各种改变，修改和改进。这样的改变，修改和改进旨在是本公开的一部分，且旨在本发明的范围之内。因此，前面的描述和附图仅通过示例的方式。

Claims (20)

1.一种双向差分总线接口，包括：
差动发送器，所述差动发送器具有非反相端和反相端；
差动接收器，所述差动接收器具有非反相端和反相端；和
偏置电路，其电耦合到所述差动发送器的所述非反相端和所述差动发送器的所述反相端，所述偏置电路被配置为响应于所述偏置电路的控制输入端上接收到的控制信号的断言来产生在所述差动发送器的所述非反相端和所述差动发送器的所述反相端之间的至少大约200mV的电压差。
2.根据权利要求1所述的双向差分总线接口，其中所述差动发送器是第一差动发送器，并且其中所述偏置电路包括：
第一偏置电阻器；
第二偏置电阻器；和
第二差动发送器，其具有通过所述第一偏置电阻器电耦合到所述第一差动发送器的所述非反相端的非反相端和通过所述第二电阻器电耦合到所述第一差动发送器的所述反相端的反相端。
3.根据权利要求2所述的双向差分总线接口，其中所述第二差动发送器具有使能端，并且其中所述第二差动发送器的所述使能端被配置为接收所述控制信号。
4.根据权利要求3所述的双向差分总线接口，其中所述第一差动发送器具有被配置成接收使能信号的使能端，并且其中所述控制信号是所述使能信号的逻辑逆。
5.根据权利要求3所述的双向差分总线接口，其中所述双向差分总线接口与处理器相关联，所述处理器被配置成响应于偏置所述双向差分总线接口的指令来断言所述控制信号。
6.根据权利要求3所述的双向差分总线接口,其中所述双向差分总线接口与处理器相关联，所述处理器被配置成响应于偏置所述双向差分总线接口的指令来断言偏置使能信号，其中所述第一差动发送器具有被配置为接收使能信号的使能端，并且其中基于所述偏置使能信号的断言和所述使能信号的逻辑逆来断言所述控制信号。
7.根据权利要求2所述的双向差分总线接口，其中所述双向差分总线接口是全双工双向差分总线接口，所述双向差分总线接口还包括：
第三偏置电阻器；
第四偏置电阻器；和
第三差动发送器，其具有通过所述第三偏置电阻器被电耦合到所述差动接收器的所述非反相端的非反相端，通过所述第四偏置电阻器电耦合到所述差动接收器的所述反相端的反相端，和接收所述控制信号的使能端，并且所述第三差动发送器被配置成响应于所述控制信号的断言而产生在所述差动接收器的所述非反相端和所述差动接收器的所述反相端之间的至少200mV的电压。
8.根据权利要求1所述的双向差分总线接口，其中所述偏置电路包括：
第一开关，所述第一开关与第一电阻器串联电耦合，所述第一开关和所述第一电阻器在电压供给端和所述差动发送器的非反相端之间串联耦合，所述第一开关具有控制端，所述控制端被配置为响应于所述控制信号的断言而通过所述第一电阻器将所述差动发送器的所述非反相端电耦合到所述电压供给端；和
第二开关，所述第二开关与第二电阻器串联电耦合，所述第二开关和所述第二电阻器在参考电压端和所述差动发送器的所述反相端之间串联耦合，所述第二开关具有控制端，所述第二开关的控制端被配置为响应于所述控制信号的断言而通过所述第二电阻器将所述差动发送器的所述反相端电耦合到所述电压参考端。
9.根据权利要求8所述的双向差分总线接口，其中所述双向差分总线接口与处理器相关联，所述处理器被配置成响应于偏置所述双向差分总线接口的指令来断言所述控制信号。
10.根据权利要求8所述的双向差分总线接口，其中所述双向差分总线接口与处理器相关联，所述处理器被配置成响应于偏置所述双向差分总线接口的指令来断言偏置使能信号，其中所述差动发送器具有被配置为接收使能信号的使能端，并且其中基于所述偏置使能信号的断言和所述使能信号的逻辑逆来断言所述控制信号。
11.根据权利要求1-6或8-10中的任一项所述的双向差分总线接口，其中所述差动发送器和所述差动接收器被布置在单个集成电路收发器中，所述差动发送器的所述非反相端被电连接到所述差动接收器的所述非反相端，并且所述差动发送器的所述反相端被电连接到所述差动接收器的所述反相端。
12.一种对双向差分总线接口进行偏置的方法，所述双向差分总线接口包括具有非反相端和反相端的差动发送器，和具有非反相端和反相端的差动接收器，所述方法包括以下动作：
接收将所述双向总线接口偏置到确定的状态的指令；
响应于所述指令的接收来断言控制信号；并且
响应于所述控制信号的所述断言而在电耦合到所述差动发送器的所述非反相端和所述差动发送器的所述反相端的偏置电路中产生在所述差动发送器的所述非反相端和所述差动发送器的所述反相端之间的至少大约200mV的电压。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述差动发送器包括接收使能信号的使能输入端，所述使能信号在由所述差动发送器发送数据期间被断言，并且其中，仅在其中所述使能信号没有被断言的时间段期间执行所述产生的动作。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括以下动作：
接收停止将所述双向差分总线接口偏置到所述确定的状态的第二指令；
响应于所述第二指令的接收，使所述控制信号解除断言；和
响应于所述控制信号的所述解除断言而停止产生所述电压。
15.根据权利要求12-14中的任一项所述的方法，其中所述差动发送器是第一差动发送器，并且其中所述产生的动作包括：
利用第二差动发送器产生所述电压差，所述第二差动发送器具有通过第一电阻器被电耦合到所述第一差动发送器的所述非反相端的非反相端和通过第二电阻器电耦合到所述第一差动发送器的所述反相端的反相端。
16.根据权利要求12-14中的任一项所述的方法，其中所述产生的动作包括：
通过第一电阻器将所述差动发送器的所述非反相端可切换地连接到电压供给端；和
通过第二电阻器将所述差动发送器的所述反相端可切换地连接到电压参考端。
17.一种双向差分总线接口，包括：
差动发送器，所述差动发送器具有非反相端和反相端；
差动接收器，所述差动接收器具有非反相端和反相端；和
用于产生电压差的装置，其电耦合至所述差动发送器的所述非反相端和所述差动发送器的所述反相端，用于响应于控制信号的断言而产生在所述差动发送器的所述非反相端和所述差动发送器的所述反相端之间的至少大约200mV的电压，。
18.根据权利要求17所述的双向差分总线接口，其中所述差动发送器是第一差动发送器，并且其中所述用于产生电压差的装置包括：
第一偏置电阻器；
第二偏置电阻器；和
第二差动发送器，其具有通过所述第一偏置电阻器电耦合到所述第一差动发送器的所述非反相端的非反相端和通过所述第二偏置电阻器电耦合到所述第一差动发送器的所述反相端的反相端。
19.根据权利要求17所述的双向差分总线接口，其中所述用于产生电压差的装置包括：
第一开关，所述第一开关与第一电阻器串联电耦合，所述第一开关和所述第一电阻器在电压供给端和所述差动发送器的所述非反相端之间串联电耦合，所述第一开关具有控制端，所述控制端被配置为响应于所述控制信号的断言而通过所述第一电阻器将所述差动发送器的所述非反相端电耦合到所述电压供给端；和
第二开关，所述第二开关与第二电阻器串联电耦合，所述第二开关和所述第二电阻器在参考电压端和所述差动发送器的所述反相端之间串联电耦合，所述第二开关具有控制端，所述第二开关的控制端被配置为响应于所述控制信号的断言而通过所述第二电阻器将所述差动发送器的所述反相端电耦合到所述参考电压端。
20.根据权利要求18或权利要求19所述的双向差分总线接口，其中所述双向差分总线接口与处理器相关联，所述处理器被配置成响应于偏置所述双向差分总线接口的指令来断言偏置使能信号，其中所述第一差动发送器具有被配置成接收使能信号的使能端，并且其中基于所述偏置使能信号的断言和所述使能信号的逻辑逆来断言所述控制信号。
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