專利名稱：一種串行通訊信號的修復裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種串行通訊信號的修復裝置及其方法，具體涉及RS422、 RS485、 RS232協議下的串行通訊信號的修復裝置及其方法。
技術背景RS422、 RS485、 RS232是廣泛應用于工業(yè)控制等領域的三種通訊 協議，其中RS422和RS485滿足總線操作，RS232只可以點對點通訊。 RS422串行通訊總線滿足全雙工操作，可以在兩對雙絞線上并聯多個 RS422收發(fā)器，RS485串行通訊總線只能夠半雙工操作，因此只需要 一對雙絞線。在一些特殊的工業(yè)控制領域，RS422、 RS485并不僅僅 應用于總線操作，有時會因為控制設備需要串行級聯控制而出現收發(fā) 器串行級聯的情況，同樣，RS232收發(fā)器也會出現串行級聯的情況， 級聯時，就是將輸入信號經過收發(fā)器接收后，馬上再經過收發(fā)器發(fā)送 出去。在級聯收發(fā)器個數較少的情況下，通訊不會出現問題，但是當 級聯收發(fā)器個數增多的情況下，會發(fā)生通訊故障。經過測試通訊信號 的波形，原因如下，通訊信號收發(fā)器在電平轉換過程中，并不是完全 按照輸入信號的電平寬度轉換的，會出現一些誤差，即輸出的高電平 寬度比輸入的高電平寬度窄。由于這三種協議的速率并不高，所以當 級聯個數不多時，誤差積累的并不大，下一級收發(fā)器仍可正確判斷出 信號。但是當級聯個數增多時，誤差積累就會越來越大，以致輸出的 高電平越來越窄，最后導致下一級收發(fā)器不能正確判斷出信號，把高電平認為是低電平，從而出現錯誤。如果是RS422收發(fā)器級聯， 一般 會在級聯40個收發(fā)器后出現故障，而如果是RS232收發(fā)器級聯，則 在級聯8個收發(fā)器后出現故障。目前一些存在于此類串行通訊協議的中繼器僅僅是延長通訊距 離和擴展通訊器件個數，對于信號誤差的修復并沒有涉及。如深圳市 天地華杰科技有限公司生產的產品TD-109,或是專利號為 200420045406. 3的"半雙工RS485串行通訊中繼分支裝置"。如果把 收發(fā)器接收到的信號送往單片機處理，再由單片機通過收發(fā)器發(fā)出，是可以解決信號誤差積累的問題，但是同時又會出現兩個問題其一，實時行不能保證，每個收發(fā)器都經過單片機轉發(fā)，本質上是通過軟件 來消除錯誤，這種轉發(fā)的時間相對較長，在大規(guī)模級聯的情況下，第 一臺設備和最后一臺設備的延遲會很大，產生的影響是不可以接受 的，尤其是在視頻拼接墻應用上，會導致拼接墻的畫面更換速度不一致，嚴重影響產品效果；其二，增加成本并降低系統(tǒng)結構的穩(wěn)定性。 發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題在于避免上述的誤差積累，并且能達 到實時傳輸信號的目的。本發(fā)明所提出的一種串行通訊信號修復裝置 及其方法，通過可編程邏輯器件(CPLD)將接收到的信號以選定速率的 標準信號寬度發(fā)送出去，從而避免誤差積累。為實現上述目的， 一種串行通訊信號修復裝置包含以下模塊第一串行通訊端口，第二串行通訊端口，信號修復模塊，電源模塊，速率選擇模塊；所述電源模塊為內電源模塊或外接電源模塊。第一串行通訊端口、第二串行通訊端口，用于通訊信號的電平轉換，將輸入的差分傳輸電平轉換為COMS電平的RXD信號，將輸出的 C0MS電平的TXD轉換為差分傳輸電平；如果用于RS232信號修復， 則按RS232傳輸電平標準進行轉換。信號修復模塊，通過邏輯程序編寫，固化在一片可編程邏輯器件 中，信號經此轉發(fā)，本質仍是硬件信號處理，延遲時間為幾個納秒， 屬于實時收發(fā)的范圍。來自第一串行通訊端口、第二串行通訊端口的 RXD信號和TXD信號，接入到可編程邏輯器件中。可編程邏輯器件采 樣輸入的RXD信號，判斷在當前的速率下，輸入信號的電平狀態(tài)，然 后根據當前的速率，把輸入信號按照事先設定好的標準電平寬度通過 與TXD信號連接的管腳發(fā)送出去。內電源模塊包括四個二極管D1、 D2、 D3、 D4，兩個均流電阻R1、 R2，線性穩(wěn)壓器LD0，第一串行通訊端口的輸入差分傳輸端分別連接 Dl、 D2，第二串行通訊端口的輸入差分傳輸端分別連接D3、 D4， Dl、 D2連接于R1， D3、 D4連接于R2， Rl、 R2連接于線性穩(wěn)壓器LD0的 輸入端。速率選擇模塊，用于對速率種類的選擇，通過撥碼開關來選擇確 定所設定速率，所述撥碼開關通過上、下拉電阻連接于可編程邏輯器 件。本發(fā)明進一步提供一種串行通訊信號的修復方法，包括以下步驟(1)根據串行通訊信號的波特率調整速率選擇模塊中的撥碼開關，并預先通知可編程邏輯器件當前通訊信號的工作波特率；(2) 第一串行通訊端口的電平轉換器件將輸入的差分傳輸電 平轉換為C0MS電平的RXD信號；(3) CMOS電平信號RXD進入到信號修復模塊的可編程邏輯器件 后，可編程邏輯器件根據參考時鐘采樣RXD的電平信號，然后根據撥碼開關所選擇的波特率，將采樣到的信號以當前工作波特率的標準電平寬度發(fā)送到第 二串行通訊端口的電平轉換器件的TXD信號輸入端；(4) 第二串行通訊端口的電平轉換器件再將CMOS電平的TXD 信號轉換為差分電平信號輸出到連接器，從而完成信號的修復過程。本發(fā)明具有如下優(yōu)點結構簡單、成本低；具有實時信號傳輸、 性能穩(wěn)定；可以直接接入通訊系統(tǒng)，無需對原系統(tǒng)的進行改動。下面將結合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步描述。


圖1為本發(fā)明的所提供的串行通訊信號修復裝置的系統(tǒng)方框圖； 圖2為本發(fā)明所提供的RS422串行通訊信號修復裝置的電路圖； 圖3為本發(fā)明所提供的RS232串行通訊信號修復裝置的電路圖； 圖4為本發(fā)明所提供的RS485串行通訊信號修復裝置的電路圖。
具體實施方式
實施例一請參考圖l、圖2，為本發(fā)明針對RS422串行通訊信號的修復裝置。圖2中傳輸信號輸入端11、13，傳輸信號輸出端12、14均為RS422 串行通訊端口的連接器接入端。本實例中的連接器15、 16采用的是 兩個DB9連接器，每個連接器都使用了 5個接頭，包括傳輸差分輸入 信號的正端和負端、傳輸差分輸出信號的正端和負端、信號地。從圖中可以看出，第一串行通訊口 5和第二串行通訊口 1的作用 是將傳輸的信號和內部處理的信號進行電平轉換，用于此類的電平轉 換的器件很多，比如ISL83488等。DB9連接器上的RS422傳輸差分 信號輸入端經過跨接在正負端的匹配電阻R3和R8接入到電平轉換器 件6、 7，電平轉換器件6、 7輸出的差分信號經過輸入匹配電阻R4、 R5和R9、 R10接到DB9連接器的RS422傳輸差分信號輸出端。電平 轉換器件6、 7的COMS電平輸出端需接一個上拉電阻到VCC。兩片電 平轉換器件6、 7的RXD和TXD信號分別接到信號修復?？?的可編 程邏輯器件9上，此可編程邏輯器件9需外接一個有源晶體振蕩器 17提供參考時鐘信號。本實施例中需要從傳輸差分信號線借入電流，第一串行通訊口 5 和第二串行通訊口 1的RS422傳輸差分信號輸入線的正、負端分別接 到肖特基二極管Dl、 D2、 D3、 D4上，其中Dl、 D2的另一端接電阻 Rl， D3、 D4的另一端接電阻R2， Rl和R2連接到電源線性穩(wěn)壓器8 上。速率選擇模塊4中，撥碼開關10 —端接VCC，另一端都接到信 號修復模塊2的可編程邏輯器件9上，中間各接一個下拉電阻Rll、 R12到地。根據圖2的連線方式，下面詳細說明信號修復的處理方式。 首先，根據串行通訊信號的波特率調整撥碼開關10，預先通知 信號修復模塊2的可編程邏輯器件9當前通訊信號的工作波特率。RS422通訊方式為電流傳輸方式，電流流經電阻R3，在電平轉換器件 6的差分信號輸入端產生一個電壓降，電平轉換器件6根據電壓的不 同，將信號轉換為CMOS電平信號RXD， RXD信號進入到信號修復模塊 2的可編程邏輯器件9后，信號修復模塊2的可編程邏輯器件9根據 參考時鐘采樣RXD的電平信號，然后根據撥碼開關10所選擇的波特 率，將采樣到的信號以當前工作波特率的標準電平寬度發(fā)送到另一端 的電平轉換器件7的TXD信號輸入端，此電平轉換器件7再將CMOS 電平的TXD信號轉換為差分電平信號輸出到DB9連接器。經過此處信 號修復，在大規(guī)模級聯時，會避免電平轉換器件6、 7的誤差積累。系統(tǒng)供電電流的借入過程如下，只要有串行通訊信號，RS422傳 輸差分信號輸入線上就會有電流，當電流的流經方向是從RS422傳輸 差分信號的正端流向負端時，會有電流通過D2流向R1，當電流的流 經方向是從RS422傳輸差分信號的負端流向正端時，會有電流通過 D1流向R1，從而會有一個持續(xù)的單向電流流過R1。同理，R2也會有 一個持續(xù)的單向電流流過。流經R1、 R2的電流并不能給系統(tǒng)提供一 個穩(wěn)定的正常的工作電壓，通過電源線性穩(wěn)壓器8，就可以得到一個 穩(wěn)定的正常的工作電壓。因為本裝置的功耗非常低，所以RS422傳輸 差分信號輸入線上的電流大小可以滿足系統(tǒng)的工作電流，同時又不影 響信號的傳輸質量。實施例二請參考圖l、圖3，為本發(fā)明針對RS232串行通訊信號的修復裝置。本實施例與實施例一的不同之處在于電平轉換器件不同。因為數據信號線上無法取得可以供修復裝置工作的工作電壓，所以在串行 通訊信號的修復裝置中采用外接電源，此外接電源從連接器的一個引腳進入；另外，由于傳輸的電平是RS232電平，所以需選擇RS232的 電平轉換芯片，如MAX3232E。 實施例三請參考圖l、圖3，為本發(fā)明針對RS485串行通訊信號的修復裝 置。本實施例與實施例一的不同之處在于電平轉換器件不同。因為 數據信號線上無法取得可以供修復裝置工作的工作電壓，所以在串行 通訊信號的修復裝置中采用外接電源，此外接電源從連接器的一個引 腳進入；另外，由于傳輸的電平是RS485電平，所以需選擇RS485的 電平轉換芯片，如ISL83072E。以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限 定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等， 均應包含在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。
權利要求
1、一種串行通訊信號的修復裝置，其特征在于包含第一串行通訊端口(5)，第二串行通訊端口(1)，信號修復模塊(2)，電源模塊(3)，速率選擇模塊(4)；第一串行通訊端口(5)和第二串行通訊端口(1)分別與電源模塊(3)連接；第一串行通訊端口(5)和第二串行通訊端口(1)之間通過信號修復模塊(2)連接；信號修復模塊(2)還單獨與速率選擇模塊(4)連接；其中第一串行通訊端口(5)中設置有電平轉換器件(6)，和第二串行通訊端口(1)中設置有電平轉換器件(7)，第一串行通訊端口(5)和第二串行通訊端口(1)用于通訊信號的電平轉換和與外界收發(fā)信號；信號修復模塊(2)，通過邏輯程序編寫，固化在一片可編程邏輯器件(9)中，來自第一串行通訊端口(5)的RXD信號和TXD信號，接入到可編程邏輯器件(9)中，可編程邏輯器件(9)采樣輸入的RXD信號，判斷在當前的速率下，輸入信號的電平狀態(tài)，然后根據當前的速率，把輸入信號按照事先設定好的標準電平寬度通過與TXD信號連接的管腳發(fā)送出第二串行通訊端口(1)；電源模塊(3)為內電源模塊或外電源模塊；速率選擇模塊(4)，用于對速率種類的選擇。
2.電源模塊(3)為內電源模塊或外電源模塊；速率選擇模塊(4)，用于對速率種類的選擇。 2、如權利要求1所述的修復裝置，其特征在于所述內電源模塊(3)， 包括四個二極管(Dl、 D2、 D3、 D4)， 兩個均流電阻(Rl、 R2)，線性穩(wěn)壓器LD0，第一串行通訊端口 (5)的輸入差分傳輸端分別連接第一正端二級管(D1)、第一負端二級管(D2),第二串行通訊端口 (1) 的輸入差分傳輸端分別連接第二正端二級管(D3)、第二負端二級管 (D4)，第一正端二級管(Dl)、第一負端二級管(D2)連接于第一均 流電阻(Rl)，第二正端二級管(D3)、第二負端二級管(D4)連接于 第二均流電阻(R2)，第一均流電阻(Rl)、第二均流電阻(R2)連接 于線性穩(wěn)壓器LD0的輸入端。
3、 如權利要求1所述的修復裝置，其特征在于所述速率選擇模塊 (4)通過內置撥碼開關(10)來選擇確定所設定速率，所述撥碼開關(10)通過上、下拉電阻連接于可編程邏輯器件(9)。
4、 一種串行通訊信號的修復方法，其特征在于包括以下歩驟a) 根據串行通訊信號的波特率調整速率選擇模塊(4)中的撥碼開關 (10)，并預先通知可編程邏輯器件(9)當前通訊信號的工作波特率；b) 第一串行通訊端口 (5)的電平轉換器件(6)將輸入的差分傳輸 電平轉換為C0MS電平的RXD信號；c) CMOS電平信號RXD進入到信號修復模塊的可編程邏輯器件(9) 后，可編程邏輯器件(9)根據參考時鐘采樣RXD的電平信號，然后 根據撥碼開關(10)所選擇的波特率，將采樣到的信號以當前工作波 特率的標準電平寬度發(fā)送到第二串行通訊端口 (1)的電平轉換器件(7)的TXD信號輸入端；d) 第二串行通訊端口 (1)的電平轉換器件(7)再將CMOS電平的TXD信 號轉換為差分電平信號輸出到連接器，從而完成信號的修復過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種串行通訊信號的修復裝置及其方法，其包括第一串行通訊端口，第二串行通訊端口，信號修復模塊，電源模塊，速率選擇模塊；前述第一串行通訊端口將接收到的通訊信號進行電平轉換，送往信號修復模塊，在信號修復模塊中，根據輸入的電平寬度判斷輸入信號是0還是1，然后按照輸入信號速率，將判斷的信號值以標準的電平寬度送出到第二串行通訊端口。該裝置能夠有效的解決了串行通訊信號經過多級串連轉接過程中出現的信號失真的問題，具有連線簡單，轉發(fā)速度快的特點。
文檔編號H04L25/38GK101217523SQ20071003276
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權日2007年12月26日
發(fā)明者劉文軍, 博 景 申請人:廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司