通信电路和通信系统的制作方法

1.本公开涉及传送数据信号的通信电路、系统和方法。尤其是，本公开涉及一种用于串行数据传输的双向通信装置。


背景技术：

2.通信数据线用于在系统内的不同电路模块之间传输数据和信号。在电路模块间隔较长距离的情况下，不同的电路模块通常具有单独的接地连接。然而，不同接地之间的电压偏移可能导致接地回路和信号失真。例如，在车辆e/e架构中，可以使用具有通过控制信号切换的场效应晶体管(fet)的h桥控制器来控制雨刮器中断。如果fet的接地电流上升大约2v，并且负载被切断，则来自地线的能量可能引起大约-20v 的负电压反冲。在这种情况下，h桥控制器的逻辑状态无法被识别，从而存在无法正确操作的风险，甚至潜在地会损坏h桥控制器本身。因此，通常需要在通信电路模块之间设置电流隔离器。
3.电流隔离器通过使用诸如光电耦合器或icouplers的组件防止两个通信模块之间的直接电流流动来提供信号隔离。然而，这些组件相对昂贵，尤其是在考虑到成本的情况下，只有在接地偏移超过几伏时才需要隔离。这在大量通信模块分布在车辆周围的汽车应用中尤其成问题。这样的模块通常与车辆传感器系统相关联，这意味着它们对信号干扰特别敏感。同时，用于实现每个传感器所需的隔离的组件成本是显著的，并且随着车辆e/e架构变得更加复杂而继续增加。
4.传统的电流隔离器的另一个问题是它们是单向的。因此，它们不适用于双向通信线路，例如i2c总线。因此，对于分离的模块需要彼此来回通信的情况，需要新的解决方案。
5.因此，本公开旨在解决这些问题。


技术实现要素：

6.根据第一方面，提供了一种通信电路，其用于与对应的第二通信电路进行双向通信，该通信电路包括：用于连接到通信设备的io线路；开关部件，其包括第一bjt，其具有第一基极、第一集电极和在第一位置处连接到所述io线路的第一发射极，其中，所述开关部件被配置成响应于所述io线路上的输入数据信号而激活所述第一bjt；发送器部件，其包括第二bjt，所述第二bjt具有连接到所述第一集电极的第二基极和连接到输出端的第二集电极，所述输出端用于在所述第二bjt被所述第一bjt激活时向所述第二通信电路输出数据信号；接收器部件，其包括第三bjt，所述第三 bjt具有连接到用于接收来自所述第二通信电路的数据信号的输入端的第三基极和连接到所述第一基极并在第二位置处连接到所述io线路以用于在所述io线路中产生输出数据信号的第三集电极，并且其中，所述第一和第三bjt是npn bjt和pnp bjt 中的一者，并且所述第二bjt是所述npn bjt和pnp bjt中的另一者，并且其中，所述开关部件还包括在所述io线路中的所述第一位置与第二位置之间的二极管，用于当所述第三bjt被激活时，阻止与所述io线路中的输入数据信号相关联的电流并且传导与所述io线路中的输出数据信号相关联的电流。
7.以这种方式，数据信号可以在没有干扰的情况下通过发送器线路发送，否则可能由于具有单独的接地连接的不同通信电路而引起干扰。这样，两个通信电路可以通过使用双极结型晶体管(bjt)而都得以保护。这样，各个通信设备可以通过单个io 线路与另一个通信设备发送和接收数据信号。bjt也比电流隔离器组件便宜得多。因此，可以提供廉价的通信电路，其允许双向通信并且对单独的接地连接之间的电压差不敏感。
8.在实施方式中，第一和第三bjt是npn bjt，第二bjt是pnp bjt。
9.在实施方式中，所述通信设备是开漏(open drain)通信设备。
10.在实施方式中，所述通信电路还包括连接到io线路的上拉电阻器。
11.在实施方式中，与io线路中的输入数据信号相关联的电流流向通信设备，而与 io线路中的输出数据信号相关联的电流通过第三bjt流向地。以此方式，开漏通信设备可激活以从io线路吸收电流以将数据信号输入到通信电路。相反，第三bjt可以将电流从io线路吸收到地，以生成到开漏通信设备的输出数据信号。
12.在实施方式中，通信电路还包括在io线路与地之间的去耦电容器c1。这可以最小化从通信设备输出的信号上的噪声。
13.在实施方式中，通信电路还包括连接到第一bjt的第一集电极的集电极电阻器。以这种方式，调节通过第一bjt的电流，并因此提高了第二bjt的第二基极处的稳定性。
14.在实施方式中，通信电路还包括连接到第三bjt的第三集电极的集电极电阻器。以这种方式，对通过第三bjt的电流进行调节。
15.在实施方式中，通信电路还包括连接在输入端和地之间的电阻器。以这种方式，对与从第二通信电路传输到第一通信电路的输入端子的数据信号相关联的电流进行调节，并因此提高了第三bjt的第三基极处的稳定性。
16.根据第二方面，提供了一种用于双向通信的通信系统，该通信系统包括：第一通信电路，其是根据上述实施方式的通信电路；以及第二通信电路，其是根据上述实施方式的通信电路并且用于与所述第一通信电路进行通信。以这种方式，提供了一种用于在两个分离的电路之间进行双向通信的通信系统。
17.在实施方式中，所述通信系统还包括：连接在所述第一通信电路的输出端与所述第二通信电路的输入端之间的第一发送器线路；以及连接在所述第二通信电路的输出端与所述第一通信电路的输入端之间的第二发送器线路。
18.在实施方式中，第一通信电路和第二通信电路具有单独的接地连接。
19.在实施方式中，第一通信电路和第二通信电路具有公共正供电轨。
20.在实施方式中，第一通信电路的第三bjt和第二通信电路的第三bjt具有单独的电压公共集电极连接。以这种方式，通信电路可以在工作于不同vcc电平的不同通信设备之间传送数据信号。
21.根据第三方面，提供了一种在通信电路与对应的第二通信电路之间进行双向通信的方法，该方法包括：在io线路上从通信设备接收输入数据信号；设置包括第一bjt 的开关部件，所述第一bjt具有第一基极、第一集电极和在第一位置连接到io线路的第一发射极；配置所述开关部件以响应于所述io线路上的输入数据信号激活所述第一bjt；在发送器部件中，将第二bjt的第二基极连接到第一集电极，用于在第一 bjt被激活时激活第二bjt；将第二bjt的第二集电极连接到输出端，用于在第二 bjt被激活时向第二通信电路输出数据
信号；设置包括第三bjt的接收器部件，所述第三bjt具有连接到输入端的第三基极和在第二位置连接到第一基极和io线路的第三集电极；以及在输入端处接收来自第二通信电路的数据信号，以激活所述第三bjt，从而在所述io线路中生成输出数据信号，其中，所述第一bjt和第三bjt是npnbjt和pnpbjt中的一者，并且所述第二bjt是npnbjt和pnpbjt中的另一者，并且其中，所述开关部件还包括在所述io线路中的第一位置与第二位置之间的二极管，用于当所述第三bjt被激活时，阻止与所述io线路中的输入数据信号相关联的电流，并且传导与所述io线路中的输出数据信号相关联的电流。
附图说明
22.现在将参照附图来描述说明性实施方式，其中，
23.图1示出了通信系统的示意图。
具体实施方式
24.图1示出了通信系统1的说明性实施方式，该通信系统1具有第一电路2和第二电路3，并且用于在第一电路中的输入/输出数据线路io7与第二电路中的输入/输出数据线路io_28之间传输开漏数据信号，例如i2c总线信号。这样，第一电路和第二电路代表系统内用于向彼此传输数据的单独模块。
25.这些电路通过第一发送器线路101和第二发送器线路102通信连接。第一发送器线路101连接在第一电路2中的第一输出端子104与第二电路3中的第二输入端子107之间。相反，第二发送器线路102连接在第二电路3中的第二输出端子105与第一电路2上的第一输入端子106之间。第一电路2和第二电路3共享来自电池的公共正轨vbat4，但具有到地的单独连接，其中，第一电路2连接到第一地线gnd5，并且第二电路3连接到第二地线gnd_26。
26.第一电路2和第二电路3包括以相同方式布置的对应组件，尽管为了简单起见，它们在图1中彼此镜像示出。各电路包括形成发送器部件201、301、接收器部件203、303和开关部件202、302的组件，所述开关部件202、302控制发送器部件201、301或接收器部件203、303是否在工作上连接到数据线路io7和io_28。发送器部件201、301位于第一电路2中的pnp双极结型晶体管(bjt)q220以及第二电路3中的pnpbjtq440周围。接收器部件203、303位于第一电路2中的npnbjtq330以及第二电路3中的q660周围。开关部件202、302位于第一电路2中的npnbjt晶体管q110和二极管d191以及第二电路3中的npnbjtq550和二极管d292周围。
27.转到第一电路2的开关部件202，npnbjtq110被布置成集电极开路配置，其中第一上拉电阻器72被设置用于在io7内的公共集电极电压vcc41处产生高信号。二极管d191沿io7设置在发射极13与基极11的引脚之间。同时，基极11通过电阻器r373连接到vcc41。这样，当io7被设置为高时，q1未激活，因为基极11和发射极13都连接到vcc41。相反，当信号由连接的开漏通信设备施加到io7时，q110由于在基极11与发射极13之间产生的电压而被激活。也就是说，当发射极13通过开漏连接下沉时，二极管d191阻止来自vcc41的电流，由此将基极11保持为高。因此，开关部件202被配置成响应于由连接到io7的通信设备施加的输入数据信号来激活bjtq110。
28.q110的集电极12通过集电极电阻器(r1)71连接到vbat4并作为输出连接到pnp
bjt q2 20的基极21。集电极电阻器r1 71用于调节通过bjt q1 10的电流，这提高了bjt q2 20的操作稳定性。
29.pnp bjt q2 20形成发送器部件201的一部分，并且以公共集电极配置设置，其发射极23连接到vbat 4，其集电极22通过第一发送器线路101提供输出。作为这种配置的结果，q1 10的激活导致低信号被施加到q2的基极21，从而激活它以通过第一发送器线路101施加vbat作为数据信号。
30.在接收器部件203中，npn bjt q3 30具有连接到第二发送器线路102的基极 31，用于接收来自第二电路3的数据信号。设置输入电阻器r4 74用于调节第二发送器线路102中的输入电流。q3 33以公共发射极配置设置，发射极33连接到gnd 5，集电极32通过电阻器r3 73连接到vcc 41并作为输出连接到io 7。当通过第二发送器线路102发送高信号时，激活q3 33，q3 33将电流汲取到gnd 5，迫使io 7到低状态。第一去耦电容器c1 81设置在io 7与gnd 5之间，用于去除在io 7中产生的信号中的噪声。
31.如图1所示，第二电路3包含与第一电路2对应的组件，因此为了简明起见省略了对这些部件的描述。
32.在使用中，通过通信设备(例如，集成电路)将开漏数据信号施加到数据线路io7和io_2 8中的一者。通信设备在其低电压活动状态(逻辑0)下吸收电流。在通信设备的非活动状态(逻辑1)中，上拉电阻器r2 72和r7 77将io 7和io_2 8保持在高状态。因此，通信设备可以通过发送逻辑状态0和1周期的序列来传送数据，其中每个周期表示一比特数据。
33.当逻辑0信号从第一电路2传输到第二电路3时，电流在第一数据线路107上流动以强制低信号。这通过在其基极11处强加高信号来激活q1，从而将电路切换到发送模式。q1 10的激活又在q2 20的基极21处产生低信号，从而激活q2以通过第一发送器线路101发送高信号。
34.在这种情况下，第二电路3充当接收器。第一发送器线路101上的高信号激活 npn bjt q6，从而允许电流通过二极管d2 92被汲取到gnd_2 6，并迫使io_2 8进入与施加到io 7的低信号相对应的低状态。同时，q5 50、q4 40和q3 30未激活，因此不存在线路被锁存的风险。
35.相反，当数据信号从第二电路3传输到第一电路2时，低信号将被施加到第二数据线路io_2 8。这通过在其基极51处强加高信号来激活q5，从而将电路切换到发送模式。q5 50的激活又在q4 40的基极41处产生低信号，从而激活q4以通过第二发送器线路102发送高信号。在第一电路2处，第二发送器线路102上的该高信号激活 npn bjt q3，从而允许电流通过二极管d1 91被汲取到gnd 5，并迫使io 7进入与施加到io_2 8的低信号相对应的低状态。同时，q1 10、q2 20和q6 60未激活，因此再次不存在线路被锁存的风险。
36.这样，利用上述布置，第一电路1中的q1 10和二极管d1 91以及第二电路2中的q5 50和二极管d1 92的配置指示这些电路是工作在接收模式还是发送模式。
37.以这种方式，通信电路1可以在第一电路2与第二电路3之间提供数字信号的双向传输，而没有由于gnd 5和gnd_2 6之间的电压偏移而引起的干扰。即，使用作为电流控制设备的bjt而不是电压控制fet意味着电路对gnd 5与gnd_2 6之间的电压差不敏感。实际上，可以容忍几乎与vbat一样高的差异。这样，两个电路都受到保护。同时，可以实现i2c总线传输所需的100kbps的数据传输速率。
38.此外，由于高电压电平由第一电路2的vcc 41和第二电路3的vcc_2 42指示，所以通信电路1可以在io 7与io_8之间的数据信号中提供电压电平偏移。例如，具有3.3v的高信号的串行数据信号可以被转换成5v的高信号。
39.应当理解，上述实施方式仅出于说明的目的示出了应用。实际上，实施方式可以应用于许多不同的配置，其细节对于本领域技术人员来说是显而易见的。