CN2828730Y - 一种用于电子***的直流载波通信接口 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于火工品制造技术,涉及对电子***用直流载波通信接口的技术改进。它由一对连接输入导线Line+和Line-的连接端子、串联二极管对401、整流桥402、二极管420、DC/DC变换器403、电容404、数据发送电路、管理电路450和数据接收电路组成,其特征在于,所说的数据接收电路由电阻431和稳压二极管432的串联支路构成。本实用新型简化了电路结构,降低了集成芯片的成本;消除了数据接收对储能电容的依赖关系,延长了供电线路出现故障时电路的工作时间,提高了电子***控制芯片的工作可靠性;减少了通信接口的数据输入方向的切换环节,提高了通信接口的工作可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于火工品制造技术,涉及对电子***用直流载波通信接口电路的技术改进。
背景技术
20世纪80年代,工业***技术特别是大规模***对***延期时间的精确性、可靠性提出了要求。传统***依靠延期药的稳定燃烧实现***的延期功能,但化学延期方式由于受制作工艺、化学组分的稳定性和均匀性、使用和生产环境条件等多方面的影响,其延期秒量存在较大的偏差,而且缺乏稳定性,无法满足现代***技术提出的新要求。
20世纪90年代初,以日本旭化成化学工业公司和德国DynamitNobel公司为代表的公司推出了PDD(Precision Delay Detonator)***,以纯粹的电子延期方式替代了延期药,延期时间在工厂预先编程,然后封装在***管壳内。使***的精确性大为提高,满足了工程***的起爆精确性要求。但该***没有通信接口,不能实现信息的交换,电子组件的状态无法测知,无法满足通过***的可测性提高***可靠性的要求。而且电子组件隔离了关键起爆元件和外界的连接,使***生产完成后,无法测试其点火相关部件的连接情况,使***的起爆可靠性受到了一定影响。
20世纪90年代中期又推出了具有专用通信接口的电子***,如1995年的USP5406890提到的电子***。这一时期的电子***均采用了多线制、独立于电源线的专用***通信接口。但由于***连接导线的增加,与传统***的双线制的接线方式不相吻合,加大了***工作的复杂性,极大增加了布设***网络操作的出错可能性,因此这种***最终没有形成市场。
电力线载波通信可以同时实现电源供给和数据传输两大功能,对解决困扰***的难题——既符合传统接线方式,又实现可测性起了重要的启迪作用,但***与电力线的供电方式存在本质的区分,而且***内部较小的体积空间和一次性使用的成本要求,排除了采用复杂技术的可能性,因此从20世纪中期开始,发达国家开始研究基于直流载波方式的电子***技术解决方案,20世纪末ORICA、AEL、Daveyfire等公司推出了基于载波技术的第二代电子***产品。
图1概略说明了第二代电子***的使用方式。多个电子***300借助其通信接口400,并行连接在***100的两根输出导线Line+和Line-之间,***100的通信接口200和电子***300的通信接口400连接,同时实现电能供给和数据传输。图2是USP5520114中给出的、实现图1中表达的电子***300的通信接口400的实现方式。其通信接口400包括以下几部分:
(1)抑制电流瞬变的二极管对401,该二极管对并接在一对输入导线Line+和Line-之间,用于解决外部杂散电流对电子***安全性能的影响,以及对电源输入端口进行过压保护。
(2)整流桥402。该整流桥的两个输入端(二极管D2A和D2B的连接点、D3A和D3B的连接点)并接在输入导线Line+和Line-之间,正输出端(D2B和D3B的连接点)连接到二极管420和数据发送电路419,负输出端(D2A和D3A的连接点)连接到内部信号的参考地。用于对从Line+和Line-之间的输入电压进行方向转换,使***的输入引脚没有极性区分,以适应传统***一对引脚无极性的要求,减小***接入***网络时,误操作的可能性。
(3)二极管420,其阳极同整流桥正极输出端连接,其阴极同DC/DC变换器403的输入端和储能电容器404的正极连接。使Line+、Line-提供的能量只能给储能电容404充电,储能电容404不能通过数据发送电路419反向放电。
(4)储存数字电路工作能量的电容404,其正极同二极管420的阴极和DC/DC变换器403的输入端相连接,负极连接到内部信号的参考地,电容404保证数字电路在***过程中,供电线路出现故障的情况下,仍能维持数字电路在一定时间内正常工作,完成***过程,提高***的起爆可靠性。
(5)把输入电压转换为内部数字电路工作电压VCC的DC/DC变换器403。DC/DC变换器403的输入连接到储能电容404的正极和二极管420的阴极,输出端连接到管理电路450的电源端。正常情况下,DC/DC变换器403的输入来源于供电线路Line+/Line-通过整流桥402、二极管420提供的能量;在供电线路出现故障时,DC/DC变换器的输入来源于储能电容404中储存的能量。
(6)用于把数据发送回***的数据发送电路419,它由NMOS管406、电阻R1、R2组成,NMOS管406的漏极串联电阻R1以后连接整流桥402的正极,其源极接信号地,其栅极为数据输入端。数据发送电路连接在整流桥402的两个输出端之间,其数据输入端连接到管理电路450的数据输出端TXD。
(7)数据接收电路418,它用于解调加载到电源供给线Line+/Line-上的数字信号,并把其转换为管理电路450能够识别的信号。它由4个NMOS管、一个PMOS管以及***电阻构成,共同构成两个并联的数据接收回路,其中电阻409、411、408和NMOS管410、412组成第一数据接收回路,电阻409的一端接LINE+,其另一端连接NMOS管410的漏极和NMOS管412的栅极,NMOS管410和412的源极接信号地,电阻411接在NMOS管410的栅极和信号地之间,电阻408接在电源VCC与NMOS管412的漏极之间,NMOS管410的栅极与管理电路450的COMMAND端口连接,NMOS管412的漏极与管理电路450的数据输入端RXD连接。第二数据接收回路由电阻407、416、408、PMOS管415和NMOS管413、414组成,电阻407的一端接LINE-,其另一端连接NMOS管414的漏极和NMOS管413的栅极,NMOS管413和414的源极接信号地,电阻416接在NMOS管414的栅极和信号地之间,电阻408接在电源VCC与NMOS管413的漏极之间,NMOS管414的栅极与PMOS管415的源极连接,PMOS管415的栅极与管理电路450的COMMAND端口连接,NMOS管414的漏极与管理电路450的数据输入端RXD连接。图2中的数据接收电路418的输入端连接到一对输入导线Line+和Line-上,输入信号的参考地连接到整流桥的负输出端;数据输出端连接到管理电路450的RXD端;数据输入端连接到管理电路的TXD;控制输入端连接到管理电路450的COMMAND端。
(8)管理电路450,用于对电子***接收的数据、指令进行分析和执行,对执行情况进行编码,并发送回起爆控制器进行分析处理。管理电路也包括相应的控制、检测、执行电路。
通常情况下,基于安全性的考虑,电子***的电源供给采取蓄电池等能够提供稳定电压输出的直流电源,即***100只能提供稳定的直流电压输出,***工作的电压取自电源供给线Line+和Line-,属于消耗***100能量的器件,无法把数字信号以电压的形式加载到电源供给线上,即改变***的输出电压,因此USP5520114采取电流环原理发送数据,控制NMOS管406的开/关状态,达到控制电子***的电流消耗,引起***输出电流发生变化,以消耗电流的变化表达发送的数据信息。当NMOS管406在栅极信号TXD的高/低电压控制下,分别处于导通/截止状态,使电阻405上的消耗电流出现变化,其电流变化幅度由电阻405调节,从而把加在NMOS管406栅极的数字信号TXD以电流的形式发送到***100,电阻417为下拉电阻使NMOS管在上电阶段处于截止状态。
数据接收电路418用于接收***100发送的数据,它连接在电源供给线Line+/Line-和内部信号参考地之间。数据接收接口418由控制数据输入方向的NMOS管410、414和PMOS管415,转换输入数据电平到内部数字电路(控制管理电路450)能够识别的电平信号的NMOS管412、413,以及用于提供上电MOS管初始状态的电阻411、416和保护限流性电阻407、408、409构成。由于输入线路Line+和Line-无极性区分,发送的数据信号有可能加载到两根线的任一根上,因此在USP5,520,114中设计了command控制信号,用来切换数据的输入方向:
当管理电路450输出的command信号为高电平时,NMOS管410处于导通状态,使NMOS管412的栅极始终为低,处于截止状态,即数据不能由Line+端输入,数据接收的第一回路处于停止工作状态;而此时,PMOS管415栅极电平为高,处于截止状态,因此NMOS管414的栅极电平由电阻416拉低,处于截止状态。NMOS管413的栅极通过电阻407连接到输入端线Line-上,使NMOS管413的导通/截止由Line-控制,数据接收第二回路处于允许数据接收工作状态。即command信号为高时,接收的数据由***100加载到***的输入导线Line-线上,经由电阻407、NMOS管413,到达管理电路450的数据输入端RXD;
当管理电路450输出的command信号为低电平时,PMOS管415导通,VCC电平把NMOS管414的栅极电平拉高,使其处于导通状态,因此NMOS管413的栅极电平通过导通的NMOS管414下拉为低电平,使NMOS管413处于截止状态,即数据接收的第二回路停止接收数据。而低电平的command信号使NMOS管410处于截止状态,使Line+信号通过电阻409连接到NMOS管412的栅极上,即NMOS管412的状态受输入导线Line+上的信号控制,第一数据接收回路处于数据接收允许状态。因此在command为低时,加载到Line+上的数据经由电阻409、NMOS管412到达管理电路450的数据输入端口RXD。
在数据接收时,NMOS管412/413和电阻408用于把加载在Line+/Line-上的数字信号的电平转换为管理电路450可以识别的电平信号:当NMOS管412和413均截止时,即电源供电线上为数字零(低电平)时,TXD被数字电路的供电VCC上拉为高电平,输入的数字信号转换为VCC电平的数字高信号;当Line+/Line-信号为高(高电平)时,NMOS管412和413其中一个导通,使TXD信号处于零电平,输出数字低信号。
在***工作时,电子***的引脚Line+和Line-随机连接在***100的两根输出导线上,***上电后,管理电路450检测TXD信号的输入,由于Line+和Line两根输入导线提供输入电源,而无数字信号输入时,相对于内部参考地总有一根输入导线处于高电平,即NMOS管412和413总有一个管子处于导通状态,即TXD信号的初始状态应为低电平。如果通信管理电路450初始化时,检测到TXD上的信号为高电平,则表明当前数据接收通路方向错误,管理电路450把command信号反相后输出,切换数据输入通道,进入数据的正常收发状态。
上述通信接口的设计虽然可以达到直流载波通信的目的,但存在以下缺点:
第一、在电路设计中出现两级方向变换:由整流桥402实现的电压方向的变换,以及由管理电路450输出信号控制COMMAND控制的通信数据来源的切换,两者间存在功能的重合,导致电路结构的复杂化。
第二、接收数据时有可能增加储存在电容404中的电能消耗。其原因如下:在利用NMOS管412、413和电阻408转换接收到的数据电平为数字电路可以识别的信号时,利用VCC通过电阻408的上拉得到信号高电平,而VCC取自DC/DC变换器403的输出,其能量来源于储存在电容404中的电能,***过程中在电源供给线Line+和Line-出现“故障”时,依靠电容404中储存的能量,维持完成延期起爆工作,因此对于电容404中的能量消耗越小越好,而上拉电阻408消耗电容404中的能量,因此从能量消耗角度来说,电阻408应尽可能取大。但由于NMOS管412、413的漏极和源极间存在一定的电容,限制了电阻408的增大,按USP5,520,114中电阻408的取值100K欧姆,当NMOS管412和413两者有一个导通时,按内部管理电路450的供电3.3V计算,其消耗电流为33uA,大致相当于整个数字电路的消耗,加大了对储能电容404的要求。特别是在***过程中,当电源供给线Line+/Line-出现故障而断开时,其线上的状态为随机状态,而NMOS管410和413中总有一个处于截止高阻状态,使NMOS管412、413中的一个的栅极电压随电源供给线上的干扰而变化,从而有可能使管子导通,加大了对储能电容的电流消耗。
发明内容
本实用新型的目的是:提供一种用于电子***的直流载波通信接口电路,它简化了电路结构,可降低集成芯片的最终成本,消除了数据接收电路和储能电容之间的依赖关系,减少了数字电路工作用储能电容的电流消耗,延长了数字电路在外部能源供给出现故障时的工作时间,提高了***工作的整体可靠性。
本实用新型的技术方案是:一种用于电子***的直流载波通信接口,它由以下电路组成:一对连接输入导线Line+和Line-的连接端子;一对连接在上述连接端子之间的串联保护二极管对401,保护二极管对的阳极接连接端子;一个整流桥402,其输入端即D2A和D2B、D3A和D3B的连接点,与连接端子连接,其负输出端即D2A和D3A的连接点,连接内部信号参考地,其正极输出端即D2B和D3B的连接点,连接二极管420的阳极;二极管420的阴极分别连接电容404的正极和DC/DC变换器403的电压输入端,电容404的负极接信号参考地;一个由NMOS管406、电阻R1、R2组成的数据发送电路440,NMOS管406的漏极串联电阻R1以后连接整流桥402的正输出端,其源极接信号地,其栅极为数据输入端;一个协调控制通信接口工作的管理电路450和一个数据接收电路430,管理电路450的数据输出端TXD与NMOS管406的栅极连接,其特征在于,所说的数据接收电路由电阻431和稳压二极管432的串联支路构成,稳压二极管432的阴极串联电阻431后与整流桥402的正输出端连接,其阳极接信号地,同时,稳压二极管432的阴极与管理电路450的数据输入端RXD连接。
本实用新型的优点是:
(1)本实用新型利用整流桥的方向转换功能,减少了电子***初始化时监测输入端连接方向及其切换数据输入方向的环节,提高了通信接口的工作可靠性;
(2)直接利用稳压二极管进行信号源的电平转换,转换到数字内核可识别的电平,简化了数据接收电路的复杂性,减少了电子***最终集成芯片中,承受需外部高压的器件数量,降低了控制芯片的集成成本,基于工程***中***用量的巨大性,这一点对于降低***成本,促进电子***的市场化是极为重要的;
(3)数据接收电路的电源供给直接取自电源线供给的能量,消除了数据接收电路和储能电容之间的依赖关系,从而减少了数字电路工作用储能电容的电流消耗,延长了数字电路在外部能源供给出现故障时的工作时间,提高了***工作的整体可靠性。
附图说明
图1是基于载波技术的第二代电子***通信示意图。
图2是美国专利USP5520114公开的电子***通信接口的电路原理图。
图3是本实用新型电子***用直流载波通信接口的电路原理图。
具体实施方式
下面对本实用新型做进一步详细说明。本实用新型由以下电路组成:一对连接输入导线Line+和Line-的连接端子;一对连接在上述连接端子之间的串联保护二极管对401,保护二极管对的阳极接连接端子;一个整流桥402,其输入端与连接端子连接,其负输出端接信号地,其正极输出端连接二极管420的阳极;二极管420的阴极分别连接电容404的正极和DC/DC变换器403的电压输入端,电容404的负极接信号地;一个由NMOS管442、电阻R1、R2组成的数据发送电路440,NMOS管442的漏极串联电阻R1以后连接整流桥402的正输出端,其源极接信号地,其栅极为数据输入端;一个协调控制通信接口工作的管理电路450和一个数据接收电路430,管理电路450的数据输出端TXD与NMOS管442的栅极连接,以上电路与图2基本相同。本实用新型的特征在于,所说的数据接收电路由电阻431和稳压二极管432的串联支路构成,稳压二极管432的阴极串联电阻431后与整流桥402的正输出端连接,其阳极接信号地,同时,稳压二极管432的阴极与管理电路450的数据输入端RXD连接。
本实用新型针对USP5,520,114电路设计中存在的欠缺加以改进,它保持了USP5,520,114中抑制电流瞬变的二极管对401、整流桥402、DC/DC变换器403、储能电容404、二极管420、数据发射电路418(在图3中标为440)的原有设计,主要针对图2中数据接收电路存在的上述缺点进行改进:取消了图2中管理电路450对数据接收电路418的数据接收方向控制信号command,简化了同数据管理电路450的连接,同时大大简化了数据接收电路的结构。
图3的数据接收接口430由电阻431和稳压二极管432构成。电阻431和稳压管432串联连接在整流桥402的两个输出端之间,电阻431和整流桥402的输出正端连接,稳压二极管的阳极同整流桥的负输出端连接,电阻431与稳压管432阴极的串联连接点和管理电路450的输入端RXD连接。
由于整流桥402已经对加载到Line+(或Line-)上的信号进行了方向变换,即无论Line+/Line-同***如何连接,***100加载到电源输出正上的数字信号经整流桥后,数字信号一定会在整流桥402的正端输出,因此连接在整流桥之后的数据接收电路430,可以不用考虑外部接线的连接情况,即管理电路450无需对数据接收电路430进行管理。数据接收电路430并接在整流桥402的输出端之间,由于CMOS器件对信号的高、低电平要求相对较低,可以用稳压二极管432把输入数字信号转换为管理电路450可以识别的信号,电阻431为限流电阻对稳压二极管432的输入进行保护,在可能的情况下可以适当增大电阻431的阻值,以减小数据接收电路440的功耗。数据接端口440连接在二极管420之前,使数字信号的获得完全依靠Line+/Line-上提供的能量,减小对储能电容404储存能量的消耗。
Claims (1)
1、一种用于电子***的直流载波通信接口,由以下电路组成:一对连接输入导线Line+和Line-的连接端子;一对连接在上述连接端子之间的串联过压保护二极管对[401],保护二极管对的阳极接连接端子;一个整流桥[402],其一对输入端与连接端子连接,其负极输出端接信号地,其正极输出端连接二极管[420]的阳极;二极管[420]的阴极分别连接电容[404]的正极和DC/DC变换器[403]的电压输入端,电容[404]的负极接信号地;一个由NMOS管[442]、电阻R1、R2组成的数据发送电路[440],NMOS管[406]的漏极串联电阻R1以后连接整流桥[402]的输出正极,其源极接信号参考地,其栅极为数据输入端;一个协调控制通信接口工作的管理电路[450]和一个数据接收电路[430],管理电路[450]的数据输出端TXD与NMOS管[406]的栅极连接,其特征在于,所说的数据接收电路[430]由电阻[431]和稳压二极管[432]的串联支路构成,稳压二极管[432]的阴极串联电阻[431]后与整流桥[402]的正极连接,其阳极接信号地,同时,稳压二极管[432]的阴极与管理电路[450]的数据输入端RXD连接。
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Legal Events
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