用于高速數(shù)據(jù)和電力分配的雙線通信系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于高速數(shù)據(jù)和電力分配的雙線通信系統(tǒng)
[0001]本申請是進(jìn)入中國國家階段申請日為2014年5月13日、申請?zhí)枮?01280055576.7，發(fā)明名稱為“用于高速數(shù)據(jù)和電力分配的雙線通信系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請的交叉引用
[0003]本專利申請要求2011年10月5日提交的專利申請?zhí)枮?1/543，379的美國臨時專利申請(代理案號為2550/D57)的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。
[0004]本專利申請還要求2011年10月5日提交的專利申請?zhí)枮?1/543，380的美國臨時專利申請(2550/D60)的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明通常涉及通信總線技術(shù)，并且更具體地涉及用于高速數(shù)據(jù)和電力分配的雙線通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0006]如通常已知的，通信系統(tǒng)常常具有與控制單元通信的各種類型的傳感器和/或致動器。例如，現(xiàn)代車輛通常具有頭單元，該頭單元不只是汽車收音機(jī)，而且還充當(dāng)處理來自各種傳感器的信號并且將信息發(fā)送到各種致動器的控制單元(例如，用于聲音控制、免提機(jī)服務(wù)、緊急路邊援助等等)。圖1示意性地示出了具有頭端控制單元102的車輛頭端118和相關(guān)外圍設(shè)備。在該圖中，頭端控制單元102與音頻ADC 106、AM/FM/藍(lán)牙RF收音機(jī)108和音頻DAC 112之間的相應(yīng)連接，以及音頻DAC 112與放大器114之間的連接是頭單元118內(nèi)的本地連接，而傳聲器104與音頻ADC 106之間的連接和放大器114與揚聲器116之間的連接是與電纜的遠(yuǎn)程連接。在該圖中，頭單元118還包括一個或者多個通信接口(例如，MOST、CAN、以太網(wǎng)等等)在此由塊110表示。圖2示出了本領(lǐng)域公知的一些示例性傳聲器連接。圖3是示出了根據(jù)圖1所示頭單元的示例性機(jī)動車傳聲器布線的示意圖。如可以看到的，傳聲器有過量的接線，該接線是昂貴的并且增加了車輛重量。
[0007]因此，在車輛中越來越頻繁地使用傳聲器用于諸如免提系統(tǒng)、各種設(shè)備的聲音控制、緊急路邊援助以及其它遠(yuǎn)程服務(wù)、有效噪聲消除乃至車載通信(例如，對講機(jī)、乘客跟乘客以及駕駛員跟乘客的通信)的事情。在機(jī)動車中，盡管在后視鏡上或者靠近后視鏡通常安裝了一個或者兩個傳聲器，但是提出額外地或者可選地在其它結(jié)構(gòu)(例如車輛頂襯、安全帶皮帶和/或頭靠)中安裝傳聲器。在一些提案中，多個傳聲器(例如，數(shù)字MEMS傳聲器)將共同用于若干位置中的每一個(例如，三個獨立的傳聲器或者具有三個傳聲器的傳聲器陣列)中，例如用于波束形成或者波束控制。
[0008]在某些情況下，對于頭端控制單元可能必需或者期望向通信系統(tǒng)中的各種裝置發(fā)送音頻信息。
[0009]在圖1中，頭單元118可以分解其功能中的一些并且使用與電纜的遠(yuǎn)程、數(shù)字連接用于頭端控制單元102與音頻ADC 106、AM/FM/藍(lán)牙RF收音機(jī)108和音頻DAC 112之間的鏈接。
[0010]附加控制和狀態(tài)信息的傳輸進(jìn)一步地擴(kuò)展功能性并且使特征實現(xiàn)為遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程顯示。
[0011]通常，頭端控制單元需要用于連接至各種傳感器和/或致動器的多個連接器(或者端口)。
[0012]一些現(xiàn)有總線系統(tǒng)包括:
[0013]基于MAC控制器的總線系統(tǒng)，例如MOST 150 (光學(xué)的、非常昂貴、光學(xué)電纜不實用)、M0ST50(電學(xué)的、昂貴、在每個節(jié)點處需要轉(zhuǎn)換器和微控制器)、FleXray (復(fù)雜、有同步問題和帶寬限制)；
[0014]基于SPDIF/AES3的總線系統(tǒng)，例如SPDIF(192kBit/s、24位、立體聲、沒有多信道支持、昂貴的電纜)、差分(AES3)-差分、沒有多信道支持)、多信道ADAT、AES10-MADI (昂貴的電纜和連接器)、El/Tl (ISDN)-(太慢、不足夠的信道支持)、專用總線；以及
[0015]視頻+ 音頻鏈接(例如 Nat1nal Semiconductor 的 FPD 或者 Inova 的 APIX)。這些系統(tǒng)使用昂貴的電纜/連接器，是點對點系統(tǒng)并且對于不需要視頻鏈接的系統(tǒng)來說太昂蟲貝ο
[0016]可以在 http:// www.1nterfacebus.com/Design Connector Automotive, html處找到各種汽車總線的概況。
[0017]示例性實施例的

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]一個實施例包括用于雙向點對點總線的主設(shè)備，其中主設(shè)備包括用于連接下游雙線總線段的下游雙線總線段接口 ；具有收發(fā)器下游雙線接口的收發(fā)器；分別將收發(fā)器下游雙線接口連接至下游雙線總線段接口的第一和第二下游交流耦合；其中收發(fā)器被配置為通過第一和第二下游交流耦合將數(shù)據(jù)信號傳輸至下游雙線總線段接口，數(shù)據(jù)信號被編碼以允許下游從設(shè)備得到時鐘信息。
[0019]在各種可選實施例中，主設(shè)備可以進(jìn)一步包括第一和第二下游濾波器，分別耦合至下游交流耦合與下游雙線總線段接口之間的第一和第二下游連接以對下游雙線總線段施加來自電源的偏置電壓。濾波器可以包括鐵氧體。主設(shè)備可以包括電源，或者電源可以在主設(shè)備外部。
[0020]在某些實施例中，收發(fā)器包括發(fā)送器、接收器和開關(guān)系統(tǒng)，該開關(guān)系統(tǒng)被配置為選擇性地將發(fā)送器連接至下游雙線總線段接口以用于將下游數(shù)據(jù)傳輸?shù)较掠坞p線總線段上并且被配置為選擇性地將接收器連接至下游雙線總線段接口以用于從下游雙線總線段接收上游數(shù)據(jù)。
[0021]主設(shè)備可以包括至少一個電源開關(guān)，用于通過第一和第二下游濾波器選擇性地對下游雙線總線段施加偏置電壓。至少一個電源開關(guān)可以被配置為默認(rèn)為打開狀態(tài)，以使得當(dāng)激活主設(shè)備時，不對下游雙線總線段施加偏置電壓。
[0022]主設(shè)備可以包括在收發(fā)器與下游雙線總線段接口之間耦合的下游共模扼流圈。
[0023]主設(shè)備可以包括禁止或者限制設(shè)備耦合至下游雙線總線段接口的電路，用于在下游雙線總線段的雙線中的任何一個電短路或者耦合至可能是破壞性的電壓電平的情況下從下游雙線總線段電氣地保護(hù)主設(shè)備。
[0024]主設(shè)備可以包括耦合至下游雙線總線段接口的至少一個電路監(jiān)控設(shè)備，用于檢測主設(shè)備處的明線情形、主設(shè)備處的短路情形、負(fù)線到接地的短路或者類似低電壓沉、正線到接地的短路或者類似低電壓沉、正線到高電壓電源的短路、負(fù)線到高電壓電源的短路和/或反向極性。
[0025]另一個實施例包括用于雙向點對點總線的從設(shè)備，其中從設(shè)備包括用于連接上游雙線總線段的上游雙線總線段接口 ；用于連接下游雙線總線段的下游雙線總線段接口 ；具有收發(fā)器上游雙線接口和收發(fā)器下游雙線接口的收發(fā)器；分別將收發(fā)器上游雙線接口連接至上游雙線總線段接口的第一和第二上游交流耦合；分別將收發(fā)器下游雙線接口連接至下游雙線總線段接口的第一和第二下游交流耦合；其中收發(fā)器被配置為從接收自上游雙線總線接口的編碼數(shù)據(jù)信號得到時鐘信息并且被配置為通過第一和第二下游交流耦合將數(shù)據(jù)信號傳輸至下游雙線總線段接口，數(shù)據(jù)信號被編碼以允許下游從設(shè)備得到時鐘信息。
[0026]在各種可選實施例中，從設(shè)備可以進(jìn)一步包括(I)第一和第二上游濾波器，分別耦合至上游雙線總線段接口與上游交流耦合之間的第一和第二上游連接以用于輸出從上游雙線總線段分接的偏置電壓；(2)第一和第二下游濾波器，分別耦合至下游交流耦合與下游雙線總線段接口之間的第一和第二下游連接以用于對下游雙線總線段施加從由第一和第二上游濾波器輸出的偏置電壓得到的偏置電壓；以及(3)電源，包括被耦合以接收由第一和第二上游濾波器輸出的偏置電壓的電源輸入和被配置為向從設(shè)備提供電力的電源輸出，其中第一和第二上游交流耦合基本上將收發(fā)器與上游雙線總線接口上的偏置電壓隔離。濾波器可以包括鐵氧體。
[0027]在某些實施例中，收發(fā)器可以包括發(fā)送器、接收器和開關(guān)系統(tǒng)，該開關(guān)系統(tǒng)被配置為選擇性地將發(fā)送器連接至下游雙線總線段接口以用于將下游數(shù)據(jù)傳輸?shù)较掠坞p線總線段上，被配置為選擇性地將接收器連接至下游雙線總線段接口以用于從下游雙線總線段接收上游數(shù)據(jù)，被配置為選擇性地將發(fā)送器連接至上游雙線總線段接口以用于將上游數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴嫌坞p線總線段上，以及被配置為選擇性地將接收器連接到上游雙線總線段接口以用于從上游雙線總線段接收下游數(shù)據(jù)。開關(guān)系統(tǒng)可以包括接收器連接至上游雙線總線段接口以及發(fā)送器連接至下游雙線總線段接口的第一模式；以及接收器連接至下游雙線總線段接口以及發(fā)送器連接至上游雙線總線段接口的第二模式。
[0028]從設(shè)備可以包括至少一個電源開關(guān)，用于通過第一和第二下游濾波器選擇性地對下游雙線總線段施加偏置電壓。至少一個電源開關(guān)可以被配置為默認(rèn)為打開狀態(tài)，以使得當(dāng)激活從設(shè)備時，不對下游雙線總線段施加偏置電壓。
[0029]從設(shè)備可以包括在上游雙線總線段接口與收發(fā)器之間耦合的上游共模扼流圈以及在收發(fā)器與下游雙線總線段接口之間耦合的下游共模扼流圈。
[0030]從設(shè)備可以包括禁止或者限制設(shè)備耦合至下游雙線總線段接口的電路，用于在下游雙線總線段的雙線中的任何一個電短路或者耦合至可能是破壞性的電壓電平的情況下電保護(hù)從設(shè)備不受下游雙線總線段的影響。
[0031]從設(shè)備可以包括耦合至下游雙線總線段接口的至少一個電路監(jiān)控設(shè)備，用于檢測從設(shè)備處的明線情形、從設(shè)備處的短路情形、負(fù)線到接地的短路或者類似低電壓沉、正線到接地的短路或者類似低電壓沉、正線到高電壓電源的短路、負(fù)線到高電壓電源的短路和/或反向極性。
[0032]從設(shè)備可以包括生成或者消耗數(shù)據(jù)的附加部件，例如，被配置為生成用于在總線段上的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的傳感器(例如，傳聲器)、被配置為使用在總線段上接收的數(shù)據(jù)的致動器(例如，揚聲器)、被配置為在本地處理數(shù)據(jù)的集成的數(shù)字信號處理器和/或被配置為將丟失或者錯誤的信息添加到從總線段接收的數(shù)據(jù)的錯誤內(nèi)插器。
[0033]從設(shè)備可以包括電源，該電源包括被配置為向從設(shè)備提供電力的電源輸出，該從設(shè)備還可以包括第一和第二下游濾波器，分別耦合至下游交流耦合與下游雙線總線段接口之間的第一和第二下游連接以用于向下游雙線總線段施加從電源得到的偏置電壓。
[0034]從設(shè)備可以包括通信接口，與上游和下游雙線總線段接口分開，其中通過從上游雙線總線段接口接收的數(shù)據(jù)對通信接口上的通信進(jìn)行控制。
[0035]另一個實施例包括車輛限制器，該車輛限制器包括至少一個從設(shè)備。在各種可選實施例中，車輛限制器可以包括至少一個傳感器和/或致動器，位于從設(shè)備中或者在遠(yuǎn)離從設(shè)備的限制器上。例如，從設(shè)備可以位于車輛限制器的制動器按鈕中。
[0036]這種制動器按鈕可以包括與從設(shè)備通信的至少一個傳感器和/或致動器，用于在總線段上傳輸數(shù)據(jù)和在總線段上接收數(shù)據(jù)中的至少一個。
[0037]其它實施例包括車輛反光鏡、車輛頂襯和包括至少一個從設(shè)備的車輛頭靠。
[0038]另一個實施例包括雙線總線系統(tǒng)，該雙線總線系統(tǒng)包括主設(shè)備、至少一個從設(shè)備、將主設(shè)備耦合至第一從設(shè)備的雙線總線段和對于每個附加從設(shè)備，將該從設(shè)備耦合至對應(yīng)的上游從設(shè)備的雙線總線段。
[0039]在各種可選實施例中，系統(tǒng)可以包括機(jī)動車輛，其中主設(shè)備、至少一個從設(shè)備和雙線總線段安裝在機(jī)動車輛中。系統(tǒng)可以包括耦合至主設(shè)備的主機(jī)設(shè)備。主機(jī)設(shè)備、主設(shè)備或者至少一個從設(shè)備中的至少一個包括被配置為在雙線總線系統(tǒng)中檢測故障的診斷電路。這種診斷電路可以被配置為確定故障的相對位置并且被配置為選擇性地隔離故障以使得在主設(shè)備與故障上游的任何從設(shè)備之間的通信能夠繼續(xù)。主設(shè)備可以被配置為對多個從設(shè)備進(jìn)行編程以相對于由主設(shè)備提供的同步信號同時采樣數(shù)據(jù)。主設(shè)備和至少一個從設(shè)備可以選擇性地被配置為使用浮點數(shù)據(jù)壓縮方案傳輸壓縮數(shù)據(jù)。
[0040]另一個實施例包括用于在通信系統(tǒng)中協(xié)調(diào)主設(shè)備與從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信的方法，該通信系統(tǒng)具有通信地串聯(lián)耦合的主設(shè)備、至少一個中間從設(shè)備和最后從設(shè)備。方法包括周期性地通過主設(shè)備將同步控制幀向下游傳輸至從設(shè)備序列中的第一中間從設(shè)備；通過每個連續(xù)的中間從設(shè)備選擇性地將同步控制幀向下游轉(zhuǎn)發(fā)至最后從設(shè)備；通過最后從設(shè)備向上游傳輸同步響應(yīng)幀；以及通過每個連續(xù)中間從設(shè)備選擇性地將同步響應(yīng)幀向上游轉(zhuǎn)發(fā)到主設(shè)備，其中每個從設(shè)備從下游同步控制幀得到時序信息；至少一個從設(shè)備向上游傳輸數(shù)據(jù)；從下游設(shè)備接收數(shù)據(jù)的每個從設(shè)備選擇性地向上游傳輸接收的數(shù)據(jù)并且選擇性地向上游傳輸附加數(shù)據(jù)；以及向上游傳輸數(shù)據(jù)的每個設(shè)備在繼同步控制幀之后的至少一個指定時間間隔中傳輸數(shù)據(jù)。
[0041]在各種可選實施例中，每個從設(shè)備可以通過單獨的雙線總線段通信地耦合至對應(yīng)的上游設(shè)備。時序信息可以包括用于在從設(shè)備處本地時序的時鐘信號以及指示周期性超幀的開始的成幀信號。選擇性地傳輸從下游設(shè)備接收的數(shù)據(jù)可以包括在不向上游傳輸數(shù)據(jù)的情況下選擇性地移除接收的數(shù)據(jù)。
[0042]方法可以進(jìn)一步包括在同步信號之后通過主設(shè)備選擇性地傳輸用于至少一個從設(shè)備的數(shù)據(jù)，其中從上游設(shè)備接收數(shù)據(jù)的每個從設(shè)備選擇性地向下游傳輸所接收的數(shù)據(jù)并且選擇性地向下游傳輸附加數(shù)據(jù)以及傳輸下游數(shù)據(jù)的每個設(shè)備在同步信號之后的指定時間間隔中傳輸數(shù)據(jù)。選擇性地傳輸從上游設(shè)備接收的數(shù)據(jù)可以包括在不向下游傳輸數(shù)據(jù)的情況下選擇性地移除接收的數(shù)據(jù)。
[0043]同步控制幀可以包括前導(dǎo)碼和頭，其中通過主設(shè)備周期性地傳輸同步控制幀可以包括對報頭的一部分進(jìn)行加擾。報頭的加擾部分可以包括針對每個連續(xù)傳輸改變的計數(shù)字段，以有效地改變用于加擾報頭的加擾部分的剩余部分的加擾參數(shù)。
[0044]同步控制幀可以包括選擇性地由主設(shè)備使用用于傳送I2C連接的主機(jī)與指定的從設(shè)備之間的通信的一組字段。字段組可以包括由主設(shè)備選擇性地使用以指示通信被指定用于指定的從設(shè)備本身還是用于耦合至指定的從設(shè)備的I2C設(shè)備的字段。
[0045]由主設(shè)備發(fā)送的同步控制幀可以選擇性地包括打算用于所有從設(shè)備的廣播信息，并且其中同步響應(yīng)幀可以包括用于指示從設(shè)備是否接收了廣播信息的廣播確認(rèn)字段。同步響應(yīng)幀可以包括用以指示從設(shè)備需要由主設(shè)備注意的中斷幀部分。同步響應(yīng)幀可以包括具體地用于中斷幀部分的第一 CRC字段和第二 CRC字段。第一 CRC字段可以是16位CRC字段以及第二 CRC字段可以是4位CRC字段。
[0046]在指定時間間隔中傳輸?shù)纳嫌魏?或下游數(shù)據(jù)可以包括作為數(shù)據(jù)幀的一部分的奇偶校驗位。對在指定時間間隔中傳輸?shù)纳嫌魏?或下游數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾。
[0047]另一個實施例包括用于在通信系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)和配置從設(shè)備的方法，該通信系統(tǒng)具有通信地串聯(lián)耦合的主設(shè)備和多個從設(shè)備。方法包括，在若干連續(xù)發(fā)現(xiàn)周期中的每一個中，通過主設(shè)備在下游通信鏈路上傳輸發(fā)現(xiàn)信號；通過接收發(fā)現(xiàn)信號的每個發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備在下游通信鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)現(xiàn)信號；以及通過接收發(fā)現(xiàn)信號的未發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備，在不在下游通信鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)現(xiàn)信號的情況下，在上游響應(yīng)發(fā)現(xiàn)信號。
[0048]在各種可選實施例中，被配置為最后發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備并且接收發(fā)現(xiàn)信號的發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備可以在下游通信鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)現(xiàn)信號并且當(dāng)維持上游通信鏈路上與主設(shè)備的通信時等待來自下游從設(shè)備的回復(fù)，當(dāng)從下游從設(shè)備接收發(fā)現(xiàn)響應(yīng)時，在上游通信鏈路上將來自新發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備的發(fā)現(xiàn)響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)至主設(shè)備。被配置為最后發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備并且接收發(fā)現(xiàn)信號的這種發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備可以在轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)現(xiàn)信號之前向下游通信鏈路提供電力。向下游通信鏈路提供電力可以包括將來自上游通信鏈路的電力連接到下游通信鏈路。將來自上游通信鏈路的電源連接到下游通信鏈路包括閉合耦合在上游通信鏈路與下游通信鏈路之間的至少一個開關(guān)。
[0049]方法可以包括，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備時，將新發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備配置為最后發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備并且將先前最后發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備重新配置為不再是最后發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備。發(fā)現(xiàn)信號可以是從設(shè)備獲得時序信息的同步控制幀的一部分。發(fā)現(xiàn)信號可以包括指示新發(fā)現(xiàn)的從設(shè)備回復(fù)發(fā)現(xiàn)信號的時間間隔的響應(yīng)時間。
[0050]可以公開和要求附加實施例。
【附圖說明】
[0051]通過以下結(jié)合附圖的進(jìn)一步描述，可以更加充分地理解本發(fā)明的上述內(nèi)容和優(yōu)點，其中:
[0052]圖1示意性地示出了車輛頭端控制單元和相關(guān)外圍設(shè)備；
[0053]圖2示出了本領(lǐng)域公知的一些示例性傳聲器連接；
[0054]圖3是示出了根據(jù)圖1所示頭端單元的示例性機(jī)動車傳聲器布線的示意圖；
[0055]圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的雙向點對點總線配置；
[0056]圖5示意性地示出了根據(jù)示例性實施例的A2B點對點總線/設(shè)備配置；
[0057]圖6示意性地示出了向DSP提供多個PCM信道或者由DSP提供多個PCM信道的點對點總線/設(shè)備配置方案；
[0058]圖7示意性地示出了向DSP提供多個PCM信道或者由DSP提供多個PCM信道的點對點總線/設(shè)備配置方案；以及主機(jī)設(shè)備(微控制器或者DSP)通過I2C接口與主設(shè)備進(jìn)行通信；
[0059]圖8示意性地示出了向DSP提供多個PCM信道或者在共享的PCM鏈路(例如I2S/TDM)上由DSP提供多個PCM信道的多個(在該示例中為兩個)總線/設(shè)備配置；以及主機(jī)設(shè)備(微控制器或者DSP)通過I2C接口與主裝置進(jìn)行通信；
[0060]圖9示意性地示出了向DSP提供多個PCM信道或者在共享的PCM鏈路(例如I2S/TDM)上由DSP提供多個PCM信道的總線/設(shè)備配置，其中信道源