TWI692210B

TWI692210B - 通訊裝置

Info

Publication number: TWI692210B
Application number: TW108116811A
Authority: TW
Inventors: 劉宏裕; 余建輝; 黃啟峰; 李銘富; 黃信超
Original assignee: 盛群半導體股份有限公司
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2020-04-21
Also published as: CN112039550A; TW202044775A; CN112039550B

Abstract

本案提供一種通訊裝置，所述通訊裝置包含接收單元及發送單元。接收單元根據來自另一通訊裝置之第一通訊指令產生降壓後之通訊指令，且根據降壓後之通訊指令產生脈衝寬度調變訊號，並解碼脈衝寬度調變訊號以產生解碼訊號。發送單元包含運算放大器及開關電路。運算放大器根據一電壓訊號產生導通訊號。運算放大器包含正輸入端、負輸入端及耦接負輸入端之輸出端。開關電路耦接在運算放大器之負輸入端與輸出端之間，開關電路根據導通訊號導通且在導通時根據電壓訊號產生一電流訊號作為第二通訊指令輸出至另一通訊裝置。

Description

通訊裝置

本發明是關於一種通訊裝置，且特別是適於消防系統之通訊裝置。

傳統上，通訊裝置經常使用電容器來轉換電壓以解碼通訊裝置所接收之通訊指令，然而，利用電容器轉換電壓容易產生轉換後之電壓不穩定，導致解碼錯誤而造成通訊失敗的問題。再者，通訊裝置通常僅具有訊號收發訊號之功能而不具其他功能，其通訊裝置之功能單一，難以支援不同的產品應用。進一步，傳統之通訊裝置經常且使用較多的元件，造成及構件複雜，當通訊裝置故障時，維修之人員難以檢測其故障原因。

本發明提供一種通訊裝置，包含接收單元及發送單元。接收單元用以接收來自另一通訊裝置之一第一通訊指令並產生降壓後之第一通訊指令，且根據降壓後之第一通訊指令產生一脈衝寬度調變訊號，並根據脈衝寬度調變訊號於高位準之脈衝寬度及於低位準之脈衝寬度解碼脈衝寬度調變訊號以產生一解碼訊號。發送單元包含運算放大器及開關電路。運算放大器用以根據電壓訊號產生導通訊號。運算放大器包含正輸入端、負輸入端及耦接負輸入端之輸出端。正輸入端接收前述之電壓訊號，輸出端輸出前述之導通訊號。開關電路耦接在運算放大器之負輸入端與輸出端之間，開關電路根據導通訊號導通且在導通時根據電壓訊號產生一電流訊號作為一第二通訊指令輸出至另一通訊裝置。

本發明提供一種接收單元，包含分壓電路、數位類比轉換器、比較電路及計算電路。分壓電路用以接收來自通訊裝置之通訊指令，並對通訊指令進行分壓轉換以產生降壓後之通訊指令。數位類比轉換器用以根據一數位訊號產生一參考電壓。比較電路用以比較參考電壓與降壓後之通訊指令以產生一脈衝寬度調變訊號。計算電路用以計算脈衝寬度調變訊號於高位準之脈衝寬度及脈衝寬度調變訊號於低位準之脈衝寬度以產生解碼訊號。

本發明提供一種發送單元，包含數位類比轉換器、運算放大器及開關電路。數位類比轉換器用以根據一數位訊號產生一電壓訊號。運算放大器用以根據電壓訊號產生導通訊號。運算放大器包含正輸入端、負輸入端及輸出端。正輸入端接收前述之電壓訊號，輸出端耦接負輸入端，輸出端輸出前述之導通訊號。開關電路耦接在負輸入端與輸出端之間以形成一負回授線路，開關電路根據導通訊號導通且在導通時根據電壓訊號產生一電流訊號作為一通訊指令輸出至通訊裝置。

1:通訊裝置

11:接收單元

111:分壓電路

C:連接點

R1:第一電阻

R2:第二電阻

112:第一數位類比轉換器

113:比較電路

114:計算電路

12:發送單元

121:運算放大器

1211:正輸入端

1212:負輸入端

1213:輸出端

122:開關電路

G:閘極端

D:汲極端

S:源極端

123:第二數位類比轉換器

124:第一多工器

125:第二多工器

126:開關

127:負載

128:類比數位轉換器

13:輸出入線路

15:控制器

2:通訊裝置

3:電源線路

4:接地線路

C:連接點

C1:控制訊號

C2:控制訊號

C3:控制訊號

D1:第一數位訊號

D2:第二數位訊號

V1:電壓訊號

V2:參考電壓

S1:第一通訊指令

S2:第二通訊指令

S3:PWM訊號

S4:解碼訊號

S5:導通訊號

[圖1]為根據本案之通訊裝置之一實施例之方塊示意圖。

[圖2]為圖1之兩通訊裝置之一實施例之電路圖。

[圖3]為圖1之通訊裝置操作於第二操作模式時之訊號流向之示意圖。

[圖4]為圖1之通訊裝置之發送單元之一實施態樣之方塊示意圖。

[圖5]為圖1之兩通訊裝置應用在消防系統之一實施例之示意圖。

圖1為根據本案之通訊裝置1之一實施例之方塊示意圖，請參照圖1。通訊裝置1可雙向通訊於另一通訊裝置2。通訊裝置1可接收來自通訊裝置2之通訊指令S1(為方便描述，以下稱為第一通訊指令S1)並解碼第一通訊指令S1(以下稱為指令接收程序)，且通訊裝置1可產生另一通訊指令(以下稱為第二通訊指令S2)並發送至通訊裝置2(以下稱為指令發送程序)，以建立通訊裝置1與通訊裝置2之間之雙向溝通。在一實施例中，第一通訊指令S1為電壓調變訊號。

以通訊裝置1包含一組接收單元11及發送單元12為例，如圖1所示，通訊裝置1包含接收單元11、發送單元12及輸出入線路13。在指令接收程序中，輸出入線路13接收來自通訊裝置2之第一通訊指令S1，輸出入線路13傳遞第一通訊指令S1至接收單元11，接收單元11對第一通訊指令S1進行降壓處理以產生降壓後之第一通訊指令S1，接收單元11接著再根據降壓後之第一通訊指令S1產生脈衝寬度調變(pulse width modulation；PWM)訊號S3，接收單元11計算PWM訊號S3於高位準之脈衝寬度(以下稱為第一寬度)及PWM訊號S3於低位準之脈衝寬度(以下稱為第二寬度)，接收單元11再根據第一寬度、第二寬度解碼PWM訊號S3以產生一解碼訊號S4。舉例來說，以處於高位元之脈衝寬度係為處於低位元之脈衝寬度之兩倍表示邏輯「1」且處於低位元之脈衝寬度係為處於高位元之脈衝寬度之兩倍表示邏輯「0」為例，當接收單元11計算前述之第一寬度為第二寬度之兩倍時，接收單元11產生包含邏輯「1」之解碼訊號S4，當接收單元11計算第二寬度為第一寬度之兩倍時，接收單元11產生包含邏輯「0」之解碼訊號S4。

另一方面，在指令發送程序中，發送單元12產生第二通訊指令S2並發送第二通訊指令S2至通訊裝置2。發送單元12包含運算放大器121及開關電路122。運算放大器121包含正輸入端1211、負輸入端1212及輸出端1213。正輸入端1211接收一電壓訊號V1，電壓訊號V1包含切換於高位準及低位準之不同電壓位準；負輸入端1212經由開關電路122耦接輸出端1213(即，開關電路122耦接在負輸入端1212與輸出端1213之間)使運算放大器121具有負回授(feed-back)線路。

於此，運算放大器121根據正輸入端1211接收之電壓訊號V1處於高位準時產生導通訊號S5，開關電路122接收導通訊號S5並根據導通訊號S5導通；並且，根據運算放大器121之負回授線路，運算放大器121之負輸入端1212係根據正輸入端1211接收之電壓訊號而產生電壓訊號V1之電壓位準，開關電路122接收負輸入端1212產生之電壓訊號V1之電壓位準，開關電路122在導通時再根據電壓訊號V1之電壓位準產生電流訊號，電流訊號係作為第二通訊指令S2而經由通訊裝置1之輸出入線路13輸出第二通訊指令S2至通訊裝置2。基此，開關電路122係根據來自運算放大器121之具有穩定且精準之電壓位準之電壓訊號產生電流訊號，開關電路122產生之電流訊號亦較為穩定且精準，進而提升通訊裝置1與通訊裝置2之間之通訊品質。

在一實施例中，如圖1所示，發送單元12更包含一負載127耦接在開關電路122與接地端之間，負載127可為具有固定電阻值之電阻，開關電路122係根據電壓訊號V1之電壓位準及負載127產生為定電流訊號之第二通訊指令S2，定電流訊號之電流大小較為穩定，進而提升通訊裝置1與通訊裝置2之間之通訊品質。

再者，如圖1所示，接收單元11包含分壓電路111、數位類比轉換器112(以下稱為第一數位類比轉換器112)、比較電路113及計算電路114。分壓電路111耦接在輸出入線路13與比較電路113之間。比較電路113耦接在分壓電路111與計算電路114之間，且比較電路113耦接在第一數位類比轉換器112與計算電路114之間。在一實施例中，第一通訊指令S1係具有30-40V之電壓位準，分壓電路111自輸出入線路13接收第一通訊指令S1並對第一通訊指令S1進行分壓轉換而產生降壓後之第一通訊指令S1，降壓後之第一通訊指令S1可具有6V或3.3V之電壓位準。第一數位類比轉換器112係根據一數位訊號(以下稱為第一數位訊號D1)產生一參考電壓V2。比較電路113之兩輸入端分別耦接分壓電路111及第一數位類比轉換器112之輸出端，比較電路113自分壓電路111接收降壓後之第一通訊指令S1並自第一數位類比轉換器112接收參考電壓V2，比較電路113比較參考電壓V2與降壓後之第一通訊指令S1，當降壓後之第一通訊指令S1之電壓位準大於參考電壓V2時，比較電路113輸出高位準，當降壓後之第一通訊指令S1之電壓位準小於參考電壓V2時，比較電路113輸出低位準，於是，比較電路113根據降壓後之第一通訊指令S1及參考電壓V2產生PWM訊號S3，計算電路114自比較電路113接收PWM訊號S3，計算電路114計算PWM訊號S3之第一寬度及第二寬度以解碼PWM訊號S3而產生解碼訊號S4。

在一實施例中，第一通訊指令S1係為多段電壓訊號。接收單元11可包含複數第一數位類比轉換器112、複數比較電路113及複數計算電路114，複數第一數位類比轉換器112分別產生不同之參考電壓V2，複數比較電路113在不同的時間點分別比較降壓後之第一通訊指令S1與不同之參考電壓V2，使複數計算電路114對應於多段電壓訊號之第一通訊指令S1產生多個解碼訊號S4。

在一實施例中，請合併參照圖1及圖2，分壓電路111包含兩相互串聯之電阻R1、R2(以下稱為第一電阻R1及第二電阻R2)第一電阻R1耦接通訊裝置1之輸出入線路13與第二電阻R2，第二電阻R2耦接第一電阻R1與接地端，且第二電阻R2之電阻值大於第一電阻R1之電阻值。於是，根據第一電阻R1與第二電阻R2之電阻值，分壓電路111係對第一通訊指令S1進行分壓轉換而產生降壓後之第一通訊指令S1，比較電路113之其中一輸入端耦接第一電阻R1與第二電阻R2之間之連接點C，比較電路113根據自連接點C接收之降壓後之第一通訊指令S1及參考電壓V2產生PWM訊號S3。

在一實施例中，請合併參照圖1及圖2，發送單元12包含數位類比轉換器123(以下稱為第二數位類比轉換器123)，第二數位類比轉換器123的輸出端耦接運算放大器121之正輸入端1211，第二數位類比轉換器123根據一數位訊號(以下稱為第二數位訊號D2)產生電壓訊號V1，第二數位類比轉換器123發送電壓訊號V1至運算放大器121之正輸入端1211，使運算放大器121據以產生導通訊號S5，且使運算放大器121之負輸入端1212產生電壓訊號V1之電壓位準。

再者，如圖2所示，開關電路122包含一電晶體，例如金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；MOSFET)，開關電路122包含閘極端G、源極端S及汲極端D。閘極端G耦接運算放大器121之輸出端1213，源極端S耦接分壓電路111之第一電阻R1及輸出入線路13，汲極端D耦接運算放大器121之負輸入端1212及負載127，閘極端G耦接運算放大器121之輸出端1213。基此，當運算放大器121根據處於高位準之電壓訊號V1輸出導通訊號S5時，閘極端G自運算放大器121之輸出端1213接收導通訊號S5使開關電路122導通，開關電路122在導通時再根據運算放大器121之負輸入端1212產生之電壓訊號V1之電壓位準產生電流訊號作為第二通訊指令S2。另一方面，當電壓訊號V1處於低位準時，運算放大器121輸出低位準而未輸出導通訊號S5，此時閘極端G接收低位準，汲極端D根據負載127耦接之接地端亦具有低位準，此時開關電路122截止(cut-off)，開關電路122停止產生電流訊號。基此，根據電壓訊號V1之高位準及低位準，開關電路122產生對應之電流調變訊號，以產生不同之指令而通訊於通訊裝置2。

在一實施例中，如圖1所示，通訊裝置1更包含控制器15。控制器15可為微控制器(MCU)。控制器15耦接計算電路114及第二數位類比轉換器123，控制器15自計算電路114接收解碼訊號S4，控制器15係根據不同之解碼訊號S4產生對應之第二數位訊號D2，使第二數位類比轉換器123根據不同之第二數位訊號D2進行數位類比轉換而產生對應之電壓訊號V1，開關電路122再產生對應於電壓訊號V1之電流訊號。於此，根據不同之第一通訊指令S1，發送單元12可產生對應之第二通訊指令S2，以回應通訊裝置2發送之第一通訊指令S1。

在其他實施例中，控制器15可預設地或根據通訊裝置1之設計者之設定產生不同之第二數位訊號D2，使第二數位類比轉換器123進行對應之數位類比轉換而產生對應之電壓訊號V1，使開關電路122對應地產生不同之電流訊號。基此，通訊裝置1能根據不同型號/規格之通訊裝置2之不同通訊協定產生對應之第二通訊指令S2，通訊裝置1具有較佳之相容性。

在一實施例中，通訊裝置1係具有第一操作模式及第二操作模式，當通訊裝置1處於第一操作模式時，發送單元12產生並發送第二通訊指令S2，當通訊裝置1處於第二操作模式時，發送單元12支援電壓偵測之功能，發送單元12不產生且不發送第二通訊指令S2。在第二操作模式中，發送單元12係接收降壓後之第一通訊指令S1，並偵測降壓後之第一通訊指令S1之電壓位準。詳細而言，請合併參照圖2及圖3，發送單元12更包含兩多工器124、125(以下分別稱為第一多工器124及第二多工器125)及開關126。其中，第一多工器124及第二多工器125係為二對一多工器(2-to-1 mux)。第一多工器124之兩輸入端分別耦接第二數位類比轉換器123與連接點C，第一多工器124之輸出端耦接運算放大器121之正輸入端1211。第二多工器125之兩輸入端分別耦接運算放大器121之輸出端1213及汲極端D，第二多工器125之輸出端耦接運算放大器121之負輸入端1212。開關126耦接在閘極端G與運算放大器121之輸出端1213之間。

第一多工器124、第二多工器125及開關126係受控於控制器15。當通訊裝置1處於第一操作模式時，如圖2所示，控制器15產生控制訊號C1控制第一多工器124之輸出端耦接第二數位類比轉換器123，且控制器15產生控制訊號C2控制第二多工器125之輸出端耦接汲極端D，且控制器15產生控制訊號C3控制開關126導通。於此，運算放大器121之輸出端1213經由開關126、開關電路122及第二多工器125耦接負輸入端1212而形成前述之負回授線路，且運算放大器121之正輸入端1211經由第一多工器124耦接第二數位類比轉換器123。運算放大器121基於電壓訊號V1及前述之負回授線路控制開關電路122產生電流訊號。

另一方面，當通訊裝置1處於第二操作模式時，如圖3及圖4所示，控制器15產生控制訊號C1控制第一多工器124之輸出端耦接連接點C，控制器15產生控制訊號C3控制開關126截止，且產生控制訊號C2控制第二多工器125之輸出端耦接運算放大器121之輸出端1213。於此，運算放大器121之輸出端1213與閘極端G之間之線路為開路(open)，且運算放大器121之輸出端1213經由第二多工器125耦接負輸入端1212而形成單增益(uni-gain)之回授線路，且運算放大器121之正輸入端1211耦接至分壓電路111。運算放大器121之正輸入端1211經由第一多工器124自連接點C接收降壓後之第一通訊指令S1，且基於前述單增益之回授線路，運算放大器121之輸出端1213輸出降壓後之第一通訊指令S1之電壓位準，運算放大器121之輸出端1213可進一步耦接於類比數位轉換器128以將降壓後之第一通訊指令S1之電壓位準轉換為數位訊號，以作為其他之應用。

在一實施例中，請參照圖5，通訊裝置1、2係應用在消防系統，通訊裝置1可為煙感偵測裝置或手動報警裝置，通訊裝置2可為消防主機。為消防主機之通訊裝置2可耦接於至少一通訊裝置1(圖4係以通訊裝置2耦接於三個通訊裝置1為例，然本案不以此為限)。其中，通訊裝置2係經由電源線路3及接地線路4耦接於通訊裝置1。通訊裝置2係經由電源線路3發送一電源訊號而供電給通訊裝置1，且通訊裝置2係經由電源線路3發送前述之第一通訊指令S1至通訊裝置1，以通訊於通訊裝置1。並且，通訊裝置1亦經由電源線路3發送第二通訊指令S2至通訊裝置2，以通訊於通訊裝置2。當通訊裝置2偵測到電源線路3上之電流值發生變化時，通訊裝置2可得知通訊裝置1發送第二通訊指令S2。舉例來說，當通訊裝置1未發送第二通訊指令S2時，電源線路3上之電流值係為2mA，當通訊裝置1發送具50mA之第二通訊指令S2時，電源線路3上之電流值變化為52mA，此時，通訊裝置2再進一步對第二通訊指令S2解碼而完成通訊裝置1對通訊裝置2之通訊。

綜上所述，根據本案之通訊裝置、其接收單元及其發送單元之一實施例，通訊裝置支援電壓偵測之功能，且通訊裝置之發送單元係產生定電流訊號作為通訊指令，定電流訊號能提升通訊品質。再者，發送單元及接收單元包含數位類比轉換器，數位類比轉換器根據可調整之數位訊號產生可調整之電壓訊號，如此可根據不同消防主機之通訊規格彈性地設計發送單元及接收單元且發送單元及接收單元可彈性地運作，進而提升產品之性能與相容性。

雖然本案已以實施例揭露如上然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本案之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。