无人机用远距离IIC通信电路的制作方法

无人机用远距离iic通信电路
技术领域
1.本发明涉及无人机电路技术领域，特别涉及无人机用远距离iic通信电路。


背景技术：

2.芯片间总线(inter interface circuit，iic)，是应用广泛的芯片间串行扩展总线。目前世界上采用的iic总线一共有两个规范，分别由荷兰飞利浦公司和日本索尼公司提出的，现在基本采用荷兰飞利浦的iic总线的技术规范。iic总线优点中最主要的优点是其简单性(iic只有两条信号线，分别是数据线sda、时钟线scl)和有效性(根据时钟线scl线上的时钟线来判断)。带有iic总线的接口的单片机都可直接与具有iic总线接口的各种扩展器件(如存储器、i/o芯片、a/d、d/a、键盘、显示器、时钟、日历等)连接。由于iic总线采用纯软件的寻址方法，无须片选线的连接，这样就大大的简化了总线的数量。iic总线的另一个优点是允许多主器件。任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率，在任何时间点上只能有一个主控。在实际应用中，经常遇到的是以单一单片机为主器件，其他外围接口器件为从器件的情况。
3.目前的iic总线存在以下缺点：
4.1、iic所接的外围器件的数量并不是无穷多的，总线上的扩展的器件数量是由限制的。总线上的扩展的器件并不是由电流负载决定的，而是由电容负载决定的。iic总线上的每个器件的接口都有一定的等效电容，器件越多(扩展外围器件可以看作是并联在主器件的总线上的)，电容值就越大，就会造成信号传输的延迟。总线上允许接的器件数量以及器件的电容量不能超过400pf(um10204规范中规定)，据此可以算出总线的长度和扩展外围器件的数量。
5.2、iic总线由于其电平特性，一般只适合用于板极器件的通信，不适合中长距离通信。400kbps速率下一般仅有几十厘米。
6.3、由于iic总线io均为开漏输出，高电平依靠上拉电阻实现，总线本身抗电磁干扰能力很弱。
7.在无人机系统中，空速计、磁力计等传感器通常采用的是iic总线通信。同一个iic总线中经常会挂在数个器件，且无人机iic总线长度很容易超过1m，同时由于无人机系统存在电调、电机等强电磁干扰源存在，iic总线通信的速率和可靠性大大降低。


技术实现要素：

8.因此，本发明提供一种无人机用远距离iic通信电路，其能够解决上述问题。
9.本发明的无人机用远距离iic通信电路，其包括总线，总线包括数据线sda以及时钟线scl；总线连接有至少一路扩展电路，所述扩展电路包括总线端以及总线ic端，总线端、总线ic端之间设置有驱动提升模块，驱动提升模块为pca9600芯片。
10.能够驱动长距离或高电容总线。
11.较优的，总线端的数据线sda、时钟线scl均设置有esd元件。
12.能够泄放静电能量、减少对后级电路的损伤。
13.较优的，所述esd元件型号为lxes15aaa1-153。
14.较优的，总线端的数据线sda、时钟线scl均串联有22r电阻，该22r电阻位于所述esd元件后。
15.能够分压静电电压，还提供稳定电路阻抗，减少信号反射作用，降低信号过冲。
16.较优的，总线端的数据线sda、时钟线scl均连接有连接3.3v的330r电阻。
17.能够提升信号抗电磁骚扰能力。
18.较优的，总线端的数据线sda、时钟线scl均连接有接地的100pf电容。
19.能够吸收外部电磁干扰以及减少电路本身对外部的电磁辐射。
20.较优的，总线ic端的数据线sda、时钟线scl均串联有22r电阻。
21.能够减少信号反射，降低信号过冲。
22.为验证本发明的无人机用远距离iic通信电路的效果，对其进行了测试。测试设备为泰克的tds 2024c示波器；测试条件为扩展电路的n取值为3，总线长度1.15m。
23.如图4-6所示，可见总线ic端的时钟线scl上升时间208.7ns，总线ic端的数据线sda上升时间77.86ns，均小于时钟周期的10％；总线端的时钟线scl上升时间87.14ns，总线端的数据线sda上升时间104ns，均小于时钟周期的10％。
24.经过测试，总线ic端、总线端信号高电平约在3.3v(vcc)左右，低电平约在0v左右，满足信号幅值要求(总线ic端高电平幅值高于0.7*vcc、低电平幅值低于0.3*vcc为满足要求的标准)。
附图说明
25.图1为本发明实施例提供的无人机用远距离iic通信电路的示意图；该图仅示出一路扩展电路。
26.图2为本发明实施例提供的无人机用远距离iic通信电路的示意图；该图示出n路扩展电路。
27.图3为总线ic端4的时钟线scl的波形图。
28.图4为总线ic端4的数据线sda的波形图。
29.图5为总线端2的时钟线scl的波形图。
30.图6为总线端2的数据线sda的波形图。
31.附图标记：
32.总线1；数据线sda；时钟线scl；总线端2；驱动提升模块3；总线ic端4。
具体实施方式
33.下面将对照附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
35.作为具体的实施例，本发明的实施例的无人机用远距离iic通信电路，其包括总线
1，总线1包括数据线sda以及时钟线scl；总线1连接有至少一路扩展电路，所述扩展电路包括总线端2以及总线ic端4，总线端2、总线ic端4之间设置有驱动提升模块3。驱动提升模块3用于将提升驱动能力的信号还原为普通iic信号。
36.驱动提升模块3为pca9600芯片。pca9600芯片可以实现双向数据传送，并且隔离电容允许在sx/sy侧为400pf，而在tx/ty侧为4000pf；tx/ty输出具有60ma的灌电流能力，能够驱动长距离或高电容总线；2.5v至15v的供电电压范围，sx/sy侧的i2c总线逻辑电平独立于供电电压；将i2c总线信号分成一对正向/反向tx/rx、ty/ry信号，用于连接光电隔离器以及需要单向输入和输出信号路径的类似器件。
37.由于飞机本身为非接地产品，容易积聚电荷，导致静电释放，损坏iic总线设备，导致系统异常，影响飞行安全。总线端2的数据线sda、时钟线scl均设置有esd元件，所述esd元件型号为lxes15aaa1-153。能够泄放静电能量、减少对后级电路的损伤。
38.总线端2的数据线sda、时钟线scl均串联有22r电阻，该22r电阻位于所述esd元件后。能够分压静电电压，还提供稳定电路阻抗，减少信号反射作用，降低信号过冲。
39.电磁兼容性(emc，即electromagnetic compatibility)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁骚扰的能力。因此，emc包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁骚扰(electromagnetic disturbance)不能超过一定的限值；另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁骚扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性(electromagnetic susceptibility，即ems)。总线端2的数据线sda、时钟线scl均连接有连接3.3v的330r电阻。能够提升信号抗电磁骚扰能力。
40.总线端2的数据线sda、时钟线scl均连接有接地的100pf电容。能够吸收外部电磁干扰以及减少电路本身对外部的电磁辐射。
41.总线ic端4的数据线sda、时钟线scl均串联有22r电阻。能够减少信号反射，降低信号过冲。