專利名稱：具有隔離電路的中繼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行中繼用的中繼裝置，更具體地說，涉及一種具有對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)鏈路進(jìn)行電氣隔離用的隔離電路、保護(hù)該鏈路免受過壓用的保護(hù)電路和完成自檢操作和對(duì)該中繼裝置被連接到其上面的鏈路進(jìn)行測(cè)試用的控制器的中繼裝置。
在諸如電源多點(diǎn)(Powers multi-drop)(PMD)干線或局域網(wǎng)(LAN)(它們是RS 485通信網(wǎng)絡(luò))的通信網(wǎng)絡(luò)鏈路進(jìn)、出建筑物或建筑物的一部分的地方，都希望對(duì)引入建筑物的一段鏈路進(jìn)行電氣隔離。這是為了保護(hù)與該通信鏈路連接的設(shè)備免受可能沿著鏈路發(fā)生的并會(huì)使該設(shè)備損壞的瞬間過壓。另外，電氣隔離還提供信號(hào)電平保護(hù)，以免在通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的不希望發(fā)生的信號(hào)畸變或噪聲傳播到進(jìn)入建筑物的鏈路。
已知采用具有用來提供電氣隔離的光隔離器和用來提供數(shù)據(jù)方向控制的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制電路的中繼裝置。但是，在較大的干線系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的中繼器一般都產(chǎn)生畸變，后者在與來自網(wǎng)絡(luò)的畸變耦合時(shí)會(huì)引起通信差錯(cuò)。另外，在控制電路采用具有競(jìng)爭(zhēng)力價(jià)格的組件的傳統(tǒng)中繼器一般都只能在約1200至57600位/秒(bps)的速率下操作。而且具有競(jìng)爭(zhēng)力價(jià)格的控制電路在從數(shù)據(jù)發(fā)送方式向接收方式切換時(shí)的周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)。在較高的速率下，這些中繼器還不能在不發(fā)生顯著的差錯(cuò)的情況下工作。能工作在較高速率下而且周轉(zhuǎn)時(shí)間短的中繼器確實(shí)存在，但是它們?cè)趦r(jià)格上不利。
其他具有過壓保護(hù)電路的傳統(tǒng)隔離器不滿足新的Underwriter實(shí)驗(yàn)室(UL)有關(guān)進(jìn)入建筑物的通信布線保護(hù)要求。某些傳統(tǒng)中繼器的另一個(gè)缺點(diǎn)是它們不適合于對(duì)他們本身或與它們連接的通信線路進(jìn)行查找故障的測(cè)量、以保證數(shù)據(jù)無差錯(cuò)地通過通信線路傳送。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于在不產(chǎn)生不可接受的畸變量的情況下對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)鏈路進(jìn)行隔離的經(jīng)過改進(jìn)的中繼裝置。
另一個(gè)目的是提供一種經(jīng)過改進(jìn)的中繼裝置，它利用價(jià)格較不昂貴的組件，能夠在至少115.2千位/秒(Kbps)的高速率下傳輸數(shù)據(jù)，而且向數(shù)據(jù)接收方式切換時(shí)周轉(zhuǎn)時(shí)間短。
再一個(gè)目的是提供一種經(jīng)過改進(jìn)的中繼裝置，它滿足UL過壓保護(hù)要求，以保護(hù)進(jìn)入建筑物的通信鏈路。
還有一個(gè)目的是提供一種經(jīng)過改進(jìn)的中繼裝置，它具有自檢能力，以確定它能正常操作。
還有一個(gè)目的是提供一種經(jīng)過改進(jìn)的中繼裝置，它能測(cè)試它被連接到其上面的通信線路。
再有一個(gè)目的是提供一種經(jīng)過改進(jìn)的中繼裝置，它能把上述所有希望的目的包括在單一的裝置中。
參照附圖閱讀本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，這些和其他目的將會(huì)變得更加明白。附圖中

圖1是一般地描繪本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方框圖；圖2是描繪本發(fā)明一部分的一個(gè)實(shí)施例、并具體地舉例說明第一干線的電路的電路圖；圖3是描繪本發(fā)明一部分的一個(gè)實(shí)施例、并具體地舉例說明光隔離電路的電路圖；圖4是描繪本發(fā)明一部分的一個(gè)實(shí)施例、并具體地舉例說明第二干線電路的電路圖；圖5是描繪本發(fā)明一部分的一個(gè)實(shí)施例、并具體地舉例說明控制電路的電路圖；圖6是描繪本發(fā)明一部分的一個(gè)實(shí)施例、并具體地舉例說明切換裝置、復(fù)位電路和指示器的電路圖；圖7是舉例說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的功能和圖6切換裝置開關(guān)的對(duì)應(yīng)位置的表格；圖8是描繪本發(fā)明一部分的一個(gè)實(shí)施例、并具體地舉例說明主電源裝置和隔離電源裝置的電路圖；而圖9是一個(gè)方框圖，一般地描繪按照本發(fā)明的用于進(jìn)行乒乓(PING-PONG)測(cè)試的裝置。
本發(fā)明涉及包括用于對(duì)進(jìn)入建筑物的通信網(wǎng)絡(luò)鏈路進(jìn)行電氣隔離并保護(hù)使之免受可能使與建筑物內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)所連接的設(shè)備損壞的過壓的電路的中繼裝置。本發(fā)明還能以包括115.2 Kbps和230.4Kbps的高速率傳輸數(shù)據(jù)。另外，本發(fā)明還進(jìn)行自檢并對(duì)它被連接到其上面的通信線路進(jìn)行測(cè)試。本發(fā)明還確定信息傳輸完畢并從不提供此信息的微處理器產(chǎn)生人為信號(hào)以指示信息傳輸完畢。本發(fā)明明顯的優(yōu)點(diǎn)是用于實(shí)現(xiàn)這些特征的組件都安置在一個(gè)單一的裝置內(nèi)。
一般地說，本發(fā)明的中繼裝置包括第一干線電路，用來接收和發(fā)送進(jìn)、出通信鏈路第一段的數(shù)據(jù)；和第二干線電路，用來接收和發(fā)送進(jìn)、出通信鏈路第二段的數(shù)據(jù)。隔離電路連接到第一干線電路，以便使第一段與第二段實(shí)現(xiàn)電氣隔離。為了保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)免受過壓，保護(hù)電路就工作而言連接到第一和第二干線電路?？刂破鲝牡谝桓删€電路向第二干線電路傳輸數(shù)據(jù)，并從第二干線電路向第一干線電路傳輸數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，控制器包括第一和第二收發(fā)報(bào)機(jī)電路，諸如通用異步收發(fā)報(bào)機(jī)(UART)，后者從第一干線電路接收第一數(shù)據(jù)。該控制器在第一數(shù)據(jù)中檢測(cè)諸如幀錯(cuò)誤和超限錯(cuò)誤等通信錯(cuò)誤，若檢測(cè)到通信無錯(cuò)誤，則將第一數(shù)據(jù)發(fā)送到第二干線電路，若檢測(cè)到通信錯(cuò)誤，則放棄第一數(shù)據(jù)。該控制器還從第二干線電路接收第二數(shù)據(jù)，并在第二數(shù)據(jù)中檢測(cè)通信錯(cuò)誤，若檢測(cè)到通信無錯(cuò)誤，則將第二數(shù)據(jù)發(fā)送到第一干線電路，若檢測(cè)到通信錯(cuò)誤，則放棄第二數(shù)據(jù)。然后控制器輸出操作狀態(tài)信號(hào)。該控制器還產(chǎn)生傳輸結(jié)束信號(hào)，以指示第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)已分別由第一和第二收發(fā)報(bào)機(jī)電路發(fā)送的數(shù)據(jù)結(jié)束。在本實(shí)施例中還包括用來從多種速率中選擇發(fā)送第一和第二數(shù)據(jù)的控制器的發(fā)送速率的切換裝置。
在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，切換裝置使中繼裝置在正常方式和測(cè)試方式之間切換、指定中繼裝置作為主設(shè)備或遠(yuǎn)程設(shè)備，并從多種速率中選擇中繼裝置的工作速率。在這個(gè)實(shí)施例中，控制器包括第一和第二收發(fā)報(bào)機(jī)電路。當(dāng)切換裝置把中繼裝置設(shè)置成正常方式時(shí)，控制器把數(shù)據(jù)從第一干線電路傳輸?shù)降诙删€電路，并從第二干線電路傳輸?shù)降谝桓删€電路。但是，當(dāng)把中繼裝置設(shè)置在測(cè)試方式時(shí)，控制器確定切換裝置的工作狀態(tài)。在這種方式下，控制器還產(chǎn)生測(cè)試數(shù)據(jù)并將其從第一和第二收發(fā)報(bào)機(jī)電路選定的一個(gè)發(fā)送到第一和第二收發(fā)報(bào)機(jī)電路中的另一個(gè)，并把測(cè)試數(shù)據(jù)從第一和第二收發(fā)報(bào)機(jī)電路中的另一個(gè)再發(fā)送到第一和第二收發(fā)報(bào)機(jī)電路中選定的一個(gè)。
另外，當(dāng)中繼裝置被指定為主設(shè)備時(shí)，控制器還產(chǎn)生測(cè)試包并將其從第一和第二收發(fā)報(bào)機(jī)電路中特定的一個(gè)發(fā)送到被指定為遠(yuǎn)程設(shè)備的中繼裝置。該測(cè)試包由被指定為遠(yuǎn)程設(shè)備的中繼裝置的第一和第二收發(fā)報(bào)機(jī)電路中的特定的同一個(gè)接收。根據(jù)接收到的測(cè)試包，主設(shè)備控制器輸出狀態(tài)信息。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向附圖，特別是圖1，這里示出按照本發(fā)明的中繼裝置20的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。這個(gè)系統(tǒng)的基本配置包括第一干線電路21，它與第一干線保護(hù)電路22連接，后者與諸如PMD網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)(LAN)等通信網(wǎng)絡(luò)(未示出)上的通信鏈路26的第一段電氣連接。第一干線電路21包括第一干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路28，它就工作而言連接到第一干線保護(hù)電路22。第二干線電路29，與第一干線電路21相似，連接到第二干線保護(hù)電路30，而后者連接到通信鏈路26的第二段32。第二干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路34就工作而言連接到第二干線保護(hù)電路30。
第一干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路28就工作而言連接到光隔離電路36，而后者又就工作而言連接到控制器38。不象第一干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路28，第二干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路34直接連接到控制器38。應(yīng)該指出，作為另一方案，第二干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路38可以連接到隔離電路36，而第一干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路可以直接連接到控制器38，使得第二干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路34被隔離。
電氣連接到控制器38的故障指示器(FAULT)40和基本凈化(sanity)測(cè)試(BST)指示器42接收來自控制器38的信號(hào)。也包括在中繼裝置20中并連接到控制器38的有復(fù)位電路44和切換裝置45。主電源裝置46和隔離電源裝置48向本中繼裝置供電。隔離電源裝置48向第一干線電路21供電，并部分地向光隔離器36供電。中繼裝置20的其余部分，包括第二干線電路29、控制器38、復(fù)位電路44和光隔離器36的一部分由主電源46供電。
在一般的操作中，由第一干線電路21接收的數(shù)據(jù)首先通過第一干線保護(hù)電路22，以防止在接收數(shù)據(jù)的過程中可能出現(xiàn)在通信鏈路26第一段24的任何過壓狀態(tài)。然后，該數(shù)據(jù)由第一干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路28接收，后者按照控制器38的命令起接收器的作用。第一干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路28把數(shù)據(jù)從差動(dòng)RS 485電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成HCCMOS電平信號(hào)，并通過光隔離電路36將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送到控制器38。光隔離電路36把第一干線電路21和第一段24同中繼裝置20的其余部分和鏈路26的第二段32在電氣上隔離開來。
具體地說，本發(fā)明有兩種工作方式。第一種是正常(NORMAL)方式，而第二種是測(cè)試(TEST)方式。這兩種方式的選擇由切換裝置45確定。當(dāng)切換裝置45被設(shè)置得將中繼裝置20置于正常方式時(shí)，控制器檢查通過第一干線電路21接收的數(shù)據(jù)是否有通信錯(cuò)誤，諸如幀錯(cuò)誤和超限錯(cuò)誤。若沒有檢測(cè)到錯(cuò)誤，則將該數(shù)據(jù)向外發(fā)送給第二干線電路29。第二干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路34與第一干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路28類似，既起接收器的作用，又起驅(qū)動(dòng)器的作用?，F(xiàn)在起驅(qū)動(dòng)器的作用，并將從控制器38接收到的數(shù)據(jù)通過第二干線保護(hù)電路30送到通信鏈路26的第二段32。但若檢測(cè)到通信錯(cuò)誤，則將有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)棄置，或從中繼裝置刪除，而且不送到第二通信段32。BST指示器42由控制器38以固定不變的時(shí)間間隔接通或斷開，以便向用戶指出中繼裝置20在正常工作。
盡管上面在一般地描述本系統(tǒng)的操作時(shí)，數(shù)據(jù)是通過第一干線電路21從通信鏈路26接收的，但是從第二干線電路29接收數(shù)據(jù)時(shí)，本發(fā)明也起同樣作用，只是與上述的順序相反而已。換句話說，數(shù)據(jù)由第二干線電路29接收，并由控制器38發(fā)送給第一干線電路21。于是，第二干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路34起接收器的作用，而第一干線驅(qū)動(dòng)器/接收器電路28起驅(qū)動(dòng)器的作用。無論如何，不管數(shù)據(jù)流的方向如何，第一干線電路21和通信鏈路26的第一段24仍舊與中繼裝置20的其余部分和第二段32是電氣隔離的。
當(dāng)對(duì)切換裝置45進(jìn)行切換、使得中繼裝置20置于測(cè)試(TEST)方式時(shí)，控制器38進(jìn)行各種測(cè)試，包括回音(ECHO)測(cè)試，其中測(cè)試數(shù)據(jù)塊或包通過一個(gè)干線電路向外送，并由另一個(gè)干線電路接收，然后從另一個(gè)干線電路往回送到數(shù)據(jù)塊由之發(fā)出的初始干線。然后檢查返回的數(shù)據(jù)塊，看是否有通信錯(cuò)誤，若檢查到任何錯(cuò)誤，則為每一個(gè)檢測(cè)到的錯(cuò)誤接通故障(FAULT)指示器40。
另一種測(cè)試類型，乒乓(PING-PONG)測(cè)試，是設(shè)計(jì)來測(cè)試本裝置所連接的通信鏈路的。在這種測(cè)試中，中繼裝置20由切換裝置45指定為主(MASTER)設(shè)備或遠(yuǎn)程(REMOTE)設(shè)備。測(cè)試數(shù)據(jù)或包從被指定為MASTER設(shè)備的中繼裝置20的第一或第二干線電路21，29中的一個(gè)發(fā)送，并由被指定為REMOTE設(shè)備的另一個(gè)中繼裝置20接收。在最佳實(shí)施例中，測(cè)試包從第一干線電路21發(fā)送。然后REMOTE設(shè)備再把測(cè)試包發(fā)送回MASTER設(shè)備。MASTER設(shè)備通過最初發(fā)送測(cè)試包的干線電路接收測(cè)試包，并檢查測(cè)試包，看是否有通信錯(cuò)誤。與上述ECHO測(cè)試類似，F(xiàn)AULT指示器40為檢測(cè)到的每一個(gè)錯(cuò)誤閃爍。
不論在NORMAL方式下，還是在TEST方式下，控制器38都監(jiān)視這里包括的兩個(gè)內(nèi)部的通用異步收發(fā)報(bào)機(jī)(UART)(未示出)，以確定特定的UART向外發(fā)送的字符串的結(jié)束，并產(chǎn)生”傳送完畢”(TC)中斷。一旦接收到這種信號(hào)，若有必要，該UART就可以立即設(shè)置成接收。用這樣的方法，UART從發(fā)送器變成接收器的周轉(zhuǎn)時(shí)間可以做到非常短。指出以下一點(diǎn)是很重要的，在本裝置20中用作控制器38的微處理器類型并不具有產(chǎn)生TC中斷的內(nèi)在功能。
本發(fā)明還進(jìn)行切換狀態(tài)測(cè)試，其中BST和FAULT指示器42，40接通或斷開，以指示切換裝置45中的每一個(gè)開關(guān)的位置。更具體地說，控制器38使BST指示器42的閃爍次數(shù)與切換裝置45的各個(gè)開關(guān)的數(shù)字位置對(duì)應(yīng)，而若該開關(guān)處于接通位置，則FAULT指示器40接通，而若該開關(guān)處于關(guān)斷位置，則FAULT指示器40關(guān)斷。對(duì)切換裝置45的每一個(gè)開關(guān)都進(jìn)行這種測(cè)試。
前面提供了本發(fā)明系統(tǒng)操作的一般描述，而第一和第二干線電路21，29、光隔離電路36、電源裝置46，48以及包括指示器40，42和切換裝置45的控制器38的電路示于圖2-6和8，它們包括本系統(tǒng)各種組件的電路圖。
開始時(shí)先轉(zhuǎn)向圖2，第一干線電路21和第一干線保護(hù)電路22示于電路圖中。從電氣連接到通信鏈路26第一段24的連接器50開始，輸入/輸出線52，54中的每一個(gè)都分別具有正溫度系數(shù)(PTC)器件56，58，包括在第一干線保護(hù)電路22中。PTC器件56，58是其導(dǎo)電率隨著溫度而變化的導(dǎo)電聚合物固態(tài)器件。最佳的PTC器件56，58具有60V的最大工作電壓和600V的切換到高阻狀態(tài)的最大中斷電壓。PTC器件56，58的電阻范圍從6.0歐姆到12.0歐姆。
在PTC器件56，58的下游，兩個(gè)瞬態(tài)浪涌保護(hù)器60，62耦合到PTC器件56，58。浪涌保護(hù)器60，62是具有60到95伏的鉗位電壓的器件。一旦浪涌保護(hù)器達(dá)到鉗位電壓，浪涌保護(hù)器60，62就通過負(fù)電阻區(qū)而導(dǎo)通至低的導(dǎo)通狀態(tài)電壓，由此允許電流通過它引導(dǎo)入公共地。在最佳實(shí)施例中，導(dǎo)通態(tài)電壓約為1.6V，而鉗位反應(yīng)在納秒的范圍內(nèi)開始。導(dǎo)通一直繼續(xù)到電流中斷或降低到浪涌保護(hù)器60，62的最小維持電流以下為止。這樣描述的PTC器件56，58和浪涌保護(hù)器60，62對(duì)可能由通信鏈路26第一段24發(fā)生的過壓提供保護(hù)，并滿足UL 1459的UL浪涌測(cè)試要求。
在浪涌保護(hù)器60，62的下游，橋式整流器64連接在節(jié)點(diǎn)52a，54a之間。橫跨橋式整流器64的正和負(fù)端子，連接單極性transzorb 66，而單極性transzorb 68和70分別連接在正端子和地之間和負(fù)端子與地之間。設(shè)置橋式整流器64和單極性transzorb 66，68和70是為了滿足UL 864對(duì)正常方式保護(hù)的UL要求。
輸入/輸出線52，54還連接到第一驅(qū)動(dòng)器/接收器接口71(為簡(jiǎn)單起見，盡管PTC 56，58串聯(lián)插入連接器50和接口71之間，但是，到第一驅(qū)動(dòng)器/接收器接口71的輸入/輸出線還是標(biāo)為52和54)。第一接口71是大功率RS 485接口芯片，諸如德克薩斯州Dallas的TexasInstruments公司制造的75 176B芯片。它接成當(dāng)向通信鏈路26發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，把HC CMOS電平信號(hào)轉(zhuǎn)變成差動(dòng)式RS 485電平信號(hào)，而當(dāng)從通信鏈路26接收數(shù)據(jù)時(shí)，把RS 485電平信號(hào)轉(zhuǎn)變成HC CMOS電平信號(hào)。第一接口71能夠通過接到第一接口71引線2的接收啟動(dòng)(RE1)線72和連接到引線3的驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)(DE1)線74而實(shí)現(xiàn)半雙工操作。當(dāng)DE1帶有高電壓(VH)時(shí)，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)線(TX1)76上的數(shù)據(jù)在引線6和7上輸出到輸入/輸出線52，54，而當(dāng)RE1線72把低電壓(VL)帶到引線2時(shí)，來自輸入/輸出線52，54的數(shù)據(jù)由接收線(RX1)78接收。
一對(duì)偏置電阻80，81用來設(shè)置偏置電壓，這里偏置電阻80連接在隔離電源VCC2 48和輸入/輸出線52之間，而偏置電阻81連接在輸入/輸出線54和地之間。當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)器/接收器接口71處于接收狀態(tài)而不是正在接收數(shù)據(jù)時(shí)，偏置電阻80，81把第一干線電路21置于傳號(hào)(MARKING)狀態(tài)或空閑狀態(tài)，其中輸入/輸出線52，54上信號(hào)電平是邏輯1。不用偏置電阻80，81第一干線電路21的狀態(tài)就得不到保證。換句話說，輸入/輸出線52，54可能不正確地解釋成空號(hào)(SPACING)狀態(tài)，或具有信號(hào)電平邏輯0，這表明數(shù)據(jù)正在被接收，而事實(shí)上不是正在接收數(shù)據(jù)。
兩個(gè)電容82，83分別連接在輸入/輸出線52和地之間和輸入/輸出線54和地之間，以減少上升時(shí)間和通過干線電路1輸出的電磁干擾(EMI)。終接開關(guān)84連接終接電阻86和與電阻86串聯(lián)的兩個(gè)并聯(lián)但反接的二極管88，90，跨接在輸入/輸出線52，54上，以便在中繼裝置20連接到通信鏈路26的末端時(shí)，終接輸入/輸出線52，54上的信號(hào)。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖3中的光隔離電路36，它包括第一、第二和第三光隔離器92，94，96，每一個(gè)都是諸如6N137型。光隔離器92，94，96為引入建筑物部分的通信鏈路26的第一段24提供信號(hào)電平的電氣隔離。應(yīng)該指出，光隔離器92，94，96可以提供超過1500V的隔離，盡管這個(gè)電平并不需要，因?yàn)?，如上所述，第一干線保護(hù)電路22在電壓達(dá)到60-90V時(shí)將電壓鉗位在地電平。但是，1500V隔離確能消除到達(dá)和出現(xiàn)在光隔離器92，94，96兩端的瞬態(tài)電壓，因?yàn)樗龉飧綦x器是與第一干線電路串并聯(lián)組合的。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向第一光隔離器92，它的內(nèi)部輸入二極管(未示出)連接到引線2和3。來自第一驅(qū)動(dòng)器/接收器接口71的RX1線78連接到引線3，而負(fù)載電阻98連接在引線2和隔離電源裝置(VCC1)48之間，以提供要求的電流來驅(qū)動(dòng)內(nèi)部輸入二極管。由RX1線78接收的數(shù)據(jù)通過引線6輸出到進(jìn)入控制器38的第一干線數(shù)據(jù)接收線(TRK1-RX-DATA)100。輸出從RX1線78所接收的數(shù)據(jù)所必需的控制信號(hào)由控制器38送到連接到引線7上的第一干線接收啟動(dòng)(TRK1-RX-ENA)線102。
負(fù)載電阻104連接在主電源裝置(VCC1)46和輸出線之間，并為光隔離器92開路集電極輸出端提供電壓源。與負(fù)載電阻104并聯(lián)的是與指示器電阻106串聯(lián)的指示器LED(發(fā)光二極管)106，用于提供接收信號(hào)線78狀態(tài)的可視指示。例如，當(dāng)干線電路21處于空號(hào)(SPACING)狀態(tài)時(shí)，指示器LED 106接通。第一光隔離器92的電源由主電源裝置(VCC1)46向引線8提供。
在操作中，第一光隔離器92跟隨從RX1線78輸入的數(shù)據(jù)。換句話說，當(dāng)光隔離器92的內(nèi)部輸入二極管導(dǎo)通時(shí)，通過光隔離器92的引線6送到TRK1-RX-DATA線100上的信號(hào)降低(VL)，而當(dāng)光隔離器92的內(nèi)部輸入二極管截止時(shí)，引線6上的輸出上升(VH)。但應(yīng)指出，只有在來自控制器38的TRK1-RX-ENA線102向光隔離器92的引線7提供高信號(hào)(VH)時(shí)，光隔離器92的輸出信號(hào)才跟隨從RX1線78輸入的數(shù)據(jù)。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向第二光隔離器94，負(fù)載電阻110連接在主電源裝置(VCC1)46和引線2之間，而來自控制器38的第一干線接收器/驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)(TRK1-RX/TX-ENA)線112連接到引線3，以驅(qū)動(dòng)第二光隔離器94的內(nèi)部二極管(未示出)。第二光隔離器94的輸出信號(hào)出現(xiàn)在引線6上，并通過驅(qū)動(dòng)/接收啟動(dòng)中繼線114同時(shí)提供給RE1線72和DE1線74(在圖2看得最清楚)。負(fù)載電阻116連接在隔離電源裝置(VCC2)48和驅(qū)動(dòng)/接收啟動(dòng)中繼線114之間，以便為第二光隔離器94提供電源。與第一光隔離器92不同，第二光隔離器94的電源是隔離電源裝置(VCC2)48提供的。
如前所述，第二光隔離器94的輸出通過驅(qū)動(dòng)/接收啟動(dòng)中繼線114和DE1線74和RE1線72控制第一接口71的驅(qū)動(dòng)/接收功能。相應(yīng)地，當(dāng)?shù)诙飧綦x器94的輸出為VH時(shí)，第一接口71起驅(qū)動(dòng)器的功能，并驅(qū)動(dòng)從第三光隔離器96到第一干線電路21的第一接口71的引線4的數(shù)據(jù)輸入，而當(dāng)輸入為VL時(shí)，第一接口71起接收器的功能，并將來自第一干線電路21的數(shù)據(jù)通過第一接口71的引線1發(fā)送到第一光隔離器92的引線3。對(duì)于本專業(yè)的技術(shù)人員來說，顯然，DE1和RE1線72，74中的每一條都可以連接到第一接口71的操作所需的啟動(dòng)信號(hào)的兩個(gè)分開的光隔離器。通過只具有一個(gè)光隔離器，中繼裝置20的制造成本可以降低。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向第三光隔離器96，負(fù)載電阻117連接在主電源裝置(VCC1)46和引線2之間，而來自控制器38的第一干線數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)(TRK1-TX1-DATA)線118連接到引線3，以驅(qū)動(dòng)第三光隔離器96的內(nèi)部二極管(未示出)。與第二光隔離器94相似，第三光隔離器96的輸出出現(xiàn)在引線6上，TX1線76連接到這里。負(fù)載電阻120連接在隔離電源裝置(VCC2)48和TX1線76之間，以便為第三光隔離器96的輸出起電壓源的作用。第三光隔離器96的電源也由隔離電源裝置(VCC2)48提供。第三光隔離器96的輸出信號(hào)通過TX1線76輸入到第一接口71的引線4，并且當(dāng)?shù)诙飧綦x器94向第一接口71的引線3輸出VH信號(hào)時(shí)，被驅(qū)動(dòng)向第一干線電路21輸出。
現(xiàn)參照?qǐng)D4，這里示出第二干線電路29。第二干線電路29基本上與圖2所示的第一干線電路21相同，一般的差別只在于第一干線電路21通過隔離電路36就工作而言連接到控制器38，而第二干線電路29直接就工作而言連接到控制器38。因此，只詳細(xì)描述與第一干線電路21相區(qū)別的所述第二電路的特征。
一個(gè)差別是通過負(fù)載電阻122和第二驅(qū)動(dòng)器/接收器接口124到達(dá)第二干線電路29的電源是由主電源裝置(VCC1)46提供的，而不是象第一干線電路21那樣由隔離電源裝置(VCC2)48提供。第二接口124類似于第一接口71，也是一種諸如75176型芯片等的大功率RS 485接口芯片。第二接口124能夠通過從控制器38進(jìn)入第二接口124的引線2的第二干線接收啟動(dòng)(TRK2-RX-ENA)線126和也從控制器38進(jìn)入引線3的第二干線驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)(TRK2-TX-ENA)線128而實(shí)現(xiàn)半雙工操作。
當(dāng)TRK2-TX-ENA線128向引線3提供高壓(VH)時(shí)，連接到引線4的第二干線數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)(TRK2-TX-DATA)線130上的數(shù)據(jù)被驅(qū)動(dòng)從引線7和8輸出到第二干線輸入/輸出線132，134，而當(dāng)TRK2-RX-ENA線126向引線2提供低壓(VL)時(shí)，來自第二干線輸入/輸出線132，134的數(shù)據(jù)由連接到引線1的第二干線數(shù)據(jù)接收(TRK2-RX-DATA)線136接收。第二接口124的引線1是三態(tài)輸出端，它一般是75176型的接口，因此，10K歐姆負(fù)載電阻138連接在主電源裝置(VCC1)46和TRK2-RX-DATA線136之間。也連接在主電源裝置46和TRK2-RX-DATA線136之間的是與電阻142串聯(lián)的指示器LED 140，以提供TRK2-RX-DATA線136狀態(tài)的可視指示。當(dāng)?shù)诙删€電路29處于空號(hào)(SPACING)狀態(tài)時(shí)，LED 140接通。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向如圖5所示的控制器38，控制器38是一個(gè)微處理器，諸如日本日立公司制造的H8/322微處理器。但是，本專業(yè)的普通技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，諸如Motorola公司的HC11微處理器等其他適當(dāng)?shù)奈⑻幚砥饕部梢允褂谩Ｔ摽刂破?8是8位的、動(dòng)態(tài)CMOS微處理器，它具有68條引線的PLCC芯片結(jié)構(gòu)，帶有7個(gè)輸入/輸出(I/O)端口。控制器38以不同的工作速率通信，包括115.2Kbps和230.4Kbps。該控制器38的顯著的特征是它含有兩個(gè)UART電路，其中的每一個(gè)都具有發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器(TDR)和發(fā)送移位寄存器(TSR)(未示出)，用來傳送進(jìn)或出第一和第二干線電路21，29的數(shù)據(jù)。該控制器38的其他特征(未示出)是包括8K字節(jié)只讀存儲(chǔ)器(ROM)，256字節(jié)隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)和一個(gè)16位自由運(yùn)行的時(shí)鐘。在本發(fā)明中，控制器38用在內(nèi)部方式，所以，碼執(zhí)行用的存儲(chǔ)器和RAM映射到控制器38的內(nèi)部存儲(chǔ)器，而不必使用外部存儲(chǔ)器取指或控制信號(hào)。
控制器38通過與之連接的電阻143由主電源裝置(VCC1)46供電。為該控制器38提供時(shí)鐘速率的內(nèi)部振蕩器(未示出)由外部晶體144和兩個(gè)電容146，148控制。晶體144最好應(yīng)為14.7456MHz、AT-cut并聯(lián)諧振器件，并且晶體144的串聯(lián)電阻應(yīng)在40到60歐姆之間，分流電容量最大7.0pF?？刂破?8不需要外部偏置電阻。晶體144連接到控制器38的引線10和11。
現(xiàn)考慮控制器38的I/O端口，口端1包括8位，分別對(duì)應(yīng)于引線60到53，它們分別連接到切換裝置45(在圖6中看得最清楚)開關(guān)1-8。開關(guān)1-8也接地，因而當(dāng)開關(guān)處于接通位置時(shí)，控制器38讀出0，而當(dāng)它們處于斷開位置時(shí)，內(nèi)部負(fù)載電阻(未示出)把輸入拉高到主電源裝置46的電壓電平。
口端2包括8位，分別對(duì)應(yīng)于引線50至43，其中位3或引線47不用。位0或引線50通過BST信號(hào)線150連接到基本凈化(sanity)測(cè)試(BST)指示器42，而位1或引線49通過故障(FAULT)信號(hào)線152連接到故障(FAULT)指示器40(圖6看得最清楚)。指示器40，42接成在控制器38輸出0時(shí)接通，而當(dāng)輸出1時(shí)斷開。位2或引線48通過控制器監(jiān)視線154連接到復(fù)位電路44(圖6看得最清楚)。復(fù)位電路44還通過復(fù)位(RES)線156連接到控制器38的引線9。位4或引線46連接到TRK1-RX/TX-ENA線112，后者另一端連接到光隔離器94(圖3看得最清楚)，用于控制進(jìn)、出第一干線電路21的數(shù)據(jù)的接收或驅(qū)動(dòng)操作。位5或引線45連接到TRK1-RX-DATA線102，后者另一端連接到第一光隔離器92(圖3看得最清楚)，以便使來自第一干線電路21的數(shù)據(jù)輸入能夠被接收到TRK1-RX-DATA線100上。TRK2-RX-ENA線126把控制器38的位6或引線44連接到第二接口124，以便使控制器38能夠控制從第二干線電路29到TRK2-RX-DATA線136的數(shù)據(jù)輸入(圖4看得最清楚)。最后，端口2的位7或引線43通過TRK2-TX-ENA線128連接到接口124，TRK2-TX-ENA線128攜帶來自控制器38的信號(hào)，用于控制從控制器38到第二干線電路29的數(shù)據(jù)輸出(圖4看得最清楚)。
口端3和4包括引線61到68和19到26，在本發(fā)明中不使用。端口5包括位0到5，分別對(duì)應(yīng)于引線27到32。位0或引線27通過TRK1-TX-DATA線118連接到第三光隔離器96，以便把控制器38輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送到第一干線電路21上(圖3看得最清楚)。位1或引線28通過TRK1-RX-DATA線100連接到第一光隔離器92，以便接收從第一干線電路21輸入的數(shù)據(jù)(圖3看得最清楚)。位2或引線29在本發(fā)明中不使用。TRK2-TX-DATA線130把位3或引線30連接到第二接口124，后者把控制器輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送到第二干線電路29(圖4看得最清楚)。位4或引線31連接到TRK2-RX-DATA線136，后者的的另一端連接到第二接口124，并接受來自第二電路29的輸入數(shù)據(jù)(圖4看得最清楚)。位5或引線32在本發(fā)明中不使用。
包括引線1-8，33，34至41的端口6和7在本最佳實(shí)施例中不使用。引線35亦不使用。控制器38上總共68條引線中剩余的引線10至17和42保留，用來通過電阻143和外部晶體144，由制造者指定，與主電源裝置46連接。
現(xiàn)參照?qǐng)D6，其中示出指示器FAULT和BST 40，42、切換裝置45、復(fù)位電路44和控制器38(一側(cè)未示出)的電路圖。FAULT指示器40是LED，它一端通過FAULT信號(hào)線152連接到控制器38的端口2位1或引線49，而另一端連接到主電源裝置46。BST指示器42也是LED，后者一端通過BST信號(hào)線150連接到控制器38的端口2位0或引線50，而另一端連接到主電源裝置46。每一個(gè)指示器40，42由它們所連接的引線上的低電壓(VL)信號(hào)激活或接通。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖6和切換裝置45，它包括開關(guān)1-8，它們分別一端連接到控制器38的端口1位0至7或引線60到53，而另一端接地。在本最佳實(shí)施例中，這些開關(guān)被包含在雙列直插式(DIP)封裝的開關(guān)中，但本專業(yè)的普通技術(shù)人員都會(huì)意識(shí)到，DIP開關(guān)以外的其他器件都可以用作切換裝置45，諸如固定引線可移動(dòng)搭接器或接線搭接器等。給端口1的每一位設(shè)置了內(nèi)部負(fù)載電阻(未示出)，這樣，當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，端口1的各位被置于電壓低(VL)狀態(tài)。開關(guān)1用來選擇控制器38的工作方式，亦即NORMAL(正常)或TEST(測(cè)試)方式。通電時(shí)，控制器38檢查開關(guān)1的位置，而若開關(guān)處于斷開狀態(tài)，則控制器38進(jìn)入NORMAL方式，但若它處于接通狀態(tài)，則控制器38進(jìn)入TEST方式。開關(guān)2-4結(jié)合在一起，確定控制器38的工作速率。控制器38可以工作的速率和開關(guān)2-4的對(duì)應(yīng)位置列于圖7的表中。例如，當(dāng)開關(guān)2和3處于斷開狀態(tài)而開關(guān)4處于接通狀態(tài)時(shí)，控制器38的工作速率為115.2Kbps，而當(dāng)所有的開關(guān)2-4都處于斷開狀態(tài)時(shí)，為230.4Kbps。
當(dāng)切換裝置45的開關(guān)1被設(shè)置成處于TEST方式時(shí)，開關(guān)5和6確定控制器38準(zhǔn)備運(yùn)行的測(cè)試類型。本發(fā)明可以完成三種不同的測(cè)試，包括開關(guān)測(cè)試、回波(ECHO)測(cè)試和乒乓(PING-PONG)測(cè)試。圖7示出一個(gè)表，其中列出這些測(cè)試和開關(guān)5和6的對(duì)應(yīng)位置。例如，當(dāng)開關(guān)5和6處于接通的位置時(shí)，中繼裝置進(jìn)行開關(guān)測(cè)試。
開關(guān)1，5-7用來指定在進(jìn)行PING-PONG測(cè)試時(shí)該中繼裝置作為主(MASTER)設(shè)備還是遠(yuǎn)程(REMOTE)設(shè)備。當(dāng)這些開關(guān)分別處于通、斷、通和通的位置時(shí)，中繼裝置被指定為MASTER設(shè)備，而當(dāng)這些開關(guān)1，5-7分別設(shè)置為通、斷、通和斷的位置時(shí)，中繼裝置被指定為REMOTE設(shè)備。開關(guān)8在本發(fā)明中不使用。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向復(fù)位電路44，它是監(jiān)控集成電路，在本最佳實(shí)施例中為Maxium 706，用來提供控制器38通電時(shí)的復(fù)位定時(shí)、電壓監(jiān)控和”監(jiān)視器”定時(shí)功能。復(fù)位電路44通過控制器監(jiān)視線154連接到控制器38的端口2位2或引線48，接收在引線6輸入的監(jiān)視信號(hào)。電阻158連接在控制器監(jiān)視線154和地之間，以提供啟動(dòng)復(fù)位電路44的監(jiān)視器部分(未示出)所需的低阻抗。監(jiān)視器的輸入采用由控制器38輸出的至少每隔900ms一次的脈沖形式。在復(fù)位電路44上設(shè)置搭接器160，以便把引線8連接到引線1，該搭接器把監(jiān)視器部分的輸出帶到復(fù)位部分(未示出)。連接到復(fù)位電路44的引線7的是RES線156，后者也連接到控制器38的引線9。通過RES線156，復(fù)位電路44在通電時(shí)向控制器38提供通電復(fù)位脈沖。無論何時(shí)，只要主電源裝置45的輸入電源降低到4.4V以下，和在控制器38接收不到至少每隔900ms一次的監(jiān)視器輸入信號(hào)時(shí)，控制器38也就會(huì)復(fù)位。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖8，其中示出主電源裝置46和隔離電源裝置48的電路圖。主電源裝置46是單板穩(wěn)壓電路，它通過電源插頭/插座162從外部電源裝置(未示出)接收未穩(wěn)壓的直流6伏，600mA電源，外部電源裝置很容易在商店購(gòu)得，例如，120V，60Hz型或220V 50/60Hz型。這些電源的最大未穩(wěn)壓輸出是在132伏交流輸入時(shí)的約直流10.5伏。
設(shè)置串聯(lián)PTC器件164和10.5V transzorb 166，以保護(hù)電源裝置46，48防止來自外部電源的過壓。在最佳實(shí)施例中，所用PTC器件164切換到高阻抗?fàn)顟B(tài)之前電阻范圍約0.55至0.86歐姆，而切換后1.29歐姆。它應(yīng)保持約400mA的電流，而在約800mA最大電流時(shí)切換。在2000mA下翻轉(zhuǎn)的最大時(shí)間約為3.8秒。一旦PTC器件164切換到高阻抗?fàn)顟B(tài)，它將一直維持到過壓狀態(tài)被去除為止。這些規(guī)格的PTC器件對(duì)把電壓損失保持最小是最適宜的，但仍然為transzorb 166提供保護(hù)，后者也用來保護(hù)電源裝置46，48，而中繼裝置的一部分連接其上，但它不能承受PTC器件164所能承受的高壓。換句話說，PTC器件164是保護(hù)transzorb 166在過壓保護(hù)時(shí)免致?lián)p壞所必要的。穩(wěn)壓器167也包括在主電源裝置46中，用來穩(wěn)定外部電源裝置(未示出)的電源輸入。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向隔離電源裝置48，它通過DC/DC轉(zhuǎn)換器168連接到主電源裝置46。在最佳實(shí)施例中，DC/DC轉(zhuǎn)換器168具有工作頻率170KHz，從接收的5V輸入輸出+/-5V。應(yīng)該指出，盡管DC/DC轉(zhuǎn)換器168是未穩(wěn)壓的，但是它的電壓輸出波動(dòng)最小，因?yàn)樗妮斎腚妷阂延芍麟娫囱b置46穩(wěn)定過了。一般，輸出電壓從無負(fù)載時(shí)的5.7V到滿負(fù)荷的4.95V，在正常工作負(fù)載下輸出5V波動(dòng)約正或負(fù)0.5V。
通過利用DC/DC轉(zhuǎn)換器168把隔離電源裝置48和主電源裝置46隔離開來，可以只用一個(gè)外部電源裝置(未示出)向整個(gè)中繼裝置20提供電源，亦即隔離電源裝置48向隔離的第一干線電路21供電，而主電源裝置46向該裝置20電路的其余部分供電。更具體地說，把所述隔離電源裝置48分別提供給輸入/輸出線52、第一接口71的電源輸入引線8、連接到第一光隔離器92的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)二極管的負(fù)載電阻98、第二和第三光隔離器94，96的電源輸入引線8、第二和第三光隔離器94，96的驅(qū)動(dòng)/接收啟動(dòng)信號(hào)線114和驅(qū)動(dòng)信號(hào)線76。加上隔離電源裝置48的電力的地方標(biāo)為”VCC2”(在圖2和3看得最清楚)。中繼裝置20其余非隔離部分在標(biāo)為”VCC1”的地方由主電源裝置46供電(在圖3-6看得最清楚)。例如，圖4表示來自主電源裝置46的電源通過偏置電阻122連接到第二干線電路29的輸入/輸出線132。
現(xiàn)將詳細(xì)描述控制器38處于NORMAL和TEST方式時(shí)的操作，如圖7所示，這是當(dāng)切換裝置45開關(guān)1處于斷開位置時(shí)建立的，通過第一干線電路21接收的數(shù)據(jù)以上述方法由控制器38內(nèi)的相應(yīng)的通用異步收發(fā)報(bào)機(jī)(UART1)(未示出)接收。然后，控制器38檢查該數(shù)據(jù)是否有通信錯(cuò)誤，諸如在數(shù)據(jù)包停止位處于錯(cuò)誤狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)的幀錯(cuò)誤和在接收數(shù)據(jù)字節(jié)比處理器能夠發(fā)送的速度還快時(shí)出現(xiàn)的超限錯(cuò)誤，而若無錯(cuò)誤，則把該數(shù)據(jù)送到另一個(gè)內(nèi)部通用異步收發(fā)報(bào)機(jī)(UART2)(未示出)。然后該數(shù)據(jù)從UART2用于上述方法發(fā)送到第二干線電路29。但若檢測(cè)出錯(cuò)誤，控制器38將數(shù)據(jù)放棄或刪除，而不發(fā)送到UART2。出現(xiàn)超限錯(cuò)誤的情況下，放棄涉及超限的字節(jié)。
每次檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，控制器38向FAULT指示器40(LED)輸出信號(hào)，使之接通半秒。若在FAULT指示器接通的情況下檢測(cè)到另一個(gè)錯(cuò)誤，則將半秒的時(shí)鐘復(fù)位?？刂破?8向也是LED的BST指示器42輸出信號(hào)，使之以一秒的周期使該LED接通和關(guān)斷，以通知用戶控制器38在正常工作。數(shù)據(jù)通過控制器38的速率由切換裝置45確定。例如，在最佳速率230.4Kbps下，如圖7所示，開關(guān)2，3和4全都設(shè)置在斷開位置。
已經(jīng)描述在NORMAL方式下的操作，其中數(shù)據(jù)由第一干線電路21接收并發(fā)送到第二干線電路29，但是，當(dāng)從第二干線電路接收數(shù)據(jù)時(shí)，本發(fā)明同樣可以完成這個(gè)操作。當(dāng)從第二干線電路接收數(shù)據(jù)時(shí)，控制器38在使第一驅(qū)動(dòng)器/接收器接口71(在圖2看得最清楚)失效的同時(shí)，使第二驅(qū)動(dòng)器/接收器接口124(在圖4看得最清楚)能夠進(jìn)行接收，而在向第一干線電路21發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使第一驅(qū)動(dòng)器/接收器接口71能夠接收并使第二驅(qū)動(dòng)器/接收器接口124失效。應(yīng)該指出，在本最佳實(shí)施例中，指示器40，42是LED，但諸如聲響指示器等其他指示器器件也可以用來代替LED。
為了一般地把控制器38置于TEST方式，切換裝置45的開關(guān)1設(shè)置在接通位置(在圖7看得最清楚)，為了進(jìn)行特定的測(cè)試，亦即，開關(guān)測(cè)試、ECHO測(cè)試和PING-PONG測(cè)試，必須設(shè)置切換裝置45其他一些開關(guān)。對(duì)于開關(guān)測(cè)試，如圖7所示，開關(guān)5和6亦設(shè)置成接通位置。這種測(cè)試是設(shè)計(jì)來確定切換裝置45的每一個(gè)開關(guān)的位置，并通過FAULT和BST指示器40，42向用戶顯示它們的位置。這是由控制器38輸出信號(hào)把BST指示器42接通和關(guān)斷與被測(cè)試的開關(guān)對(duì)應(yīng)的次數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。例如，為了確定開關(guān)6的位置，控制器38使BST指示器42接通和關(guān)斷6次。然后控制器38輸出信號(hào)，使得FAULT指示器40與所述開關(guān)狀態(tài)一致地接通或關(guān)斷半秒時(shí)間。對(duì)所有的開關(guān)都進(jìn)行這一過程，循環(huán)反復(fù)直至控制器38復(fù)位并選擇另一種工作方式為止。
為了進(jìn)行ECHO測(cè)試，切換裝置45的開關(guān)1，5和6分別設(shè)置成通、通和斷位置。在此過程中，測(cè)試數(shù)據(jù)由控制器38產(chǎn)生，并從第一干線電路21送到第二干線電路29，并從第二干線電路29送回第一干線電路21。在最佳實(shí)施例中，第一干線電路21發(fā)送的測(cè)試數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收之間的最大延遲時(shí)間約為250ms。若第一干線電路21在此時(shí)間內(nèi)未接收到響應(yīng)，則被認(rèn)為出現(xiàn)了錯(cuò)誤，并將測(cè)試復(fù)位。這種測(cè)試由控制器38繼續(xù)直至選擇了不同的功能并將控制器38復(fù)位為止。應(yīng)該指出，由控制器38產(chǎn)生的測(cè)試數(shù)據(jù)開始時(shí)可以送出到第二干線電路29而不是第一干線電路21。同樣地，在進(jìn)行這種測(cè)試時(shí)，要求用戶用電纜連接這兩條干線電路21，29。
控制器38產(chǎn)生的測(cè)試數(shù)據(jù)由最多128字節(jié)的零和128個(gè)字節(jié)的十六進(jìn)制FF組成?？紤]也可以發(fā)送大的數(shù)據(jù)塊，最好符合通信鏈路所用通信協(xié)議的格式，諸如通信方法包括一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備，其中主設(shè)備以輪詢響應(yīng)為基礎(chǔ)與每一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備通信。當(dāng)?shù)诙删€電路29送回?cái)?shù)據(jù)之后由第一干線電路21接收測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)，控制器38檢查該數(shù)據(jù)是否發(fā)生了幀錯(cuò)誤，并確定接收的數(shù)據(jù)是否和發(fā)送的相同?？刂破?8在檢測(cè)到的每一個(gè)錯(cuò)誤時(shí)接通FAULT指示器40。BST指示器42不受這種測(cè)試的影響，象在NORMAL方式下一樣地以一秒的周期繼續(xù)使之接通和關(guān)斷。
現(xiàn)參照?qǐng)D9，這里示出對(duì)中繼裝置20進(jìn)行PING-PONG測(cè)試的安排。為了進(jìn)行PING-PONG測(cè)試，如圖7所示，切換裝置45的開關(guān)1，5和6分別設(shè)置在通、斷和通的位置。這種測(cè)試要求測(cè)試數(shù)據(jù)或測(cè)試包在兩個(gè)中繼裝置之間發(fā)送。這樣，這兩個(gè)之中一個(gè)被指定為主設(shè)備170，而另一個(gè)被指定為遠(yuǎn)程設(shè)備12。如圖7所示，對(duì)于主設(shè)備170，開關(guān)1，5，6和7分別被設(shè)置在通、斷、通和通的位置上，而對(duì)于遠(yuǎn)程設(shè)備172，分別被設(shè)置在通、斷、通和斷的位置上。這樣，主設(shè)備170發(fā)出的測(cè)試包由第一干線電路21向遠(yuǎn)程設(shè)備172發(fā)送，后者通過它的第一干線電路21接收測(cè)試包。然后遠(yuǎn)程設(shè)備172檢查測(cè)試包的信息內(nèi)容，和包括幀錯(cuò)誤和超限錯(cuò)誤等通信錯(cuò)誤。然后遠(yuǎn)程設(shè)備172把同樣的包發(fā)回主設(shè)備，除非包里含有錯(cuò)誤而被放棄或刪除。從遠(yuǎn)程設(shè)備172返回的測(cè)試包通過主設(shè)備170的第一干線電路1被接收，在這里再一次檢查包是否有通信錯(cuò)誤。主設(shè)備和遠(yuǎn)程設(shè)備170，172都分別為它們各自檢測(cè)到的每一個(gè)錯(cuò)誤閃爍它們各自的FAULT指示器40。這樣，就可以測(cè)試主設(shè)備和遠(yuǎn)程設(shè)備170，172之間的通信鏈路是否有錯(cuò)誤。
在最佳實(shí)施例中，從主設(shè)備170依次產(chǎn)生并發(fā)送3種不同的測(cè)試包。第一種是由Hex FF和00組成的256字節(jié)的包，第二種是由Hex AA和55組成的256個(gè)字節(jié)的包，而第三種是從Hex 00增加到FC的256字節(jié)的包。測(cè)試包還用循環(huán)冗余碼(CRC)保護(hù)。在發(fā)送下一種類型之前，每一個(gè)包類型送出1000次。這些數(shù)據(jù)包從主設(shè)備170和遠(yuǎn)程設(shè)備172發(fā)送的速率通過把切換裝置45的開關(guān)2-4設(shè)置成圖7所示在位置來建立。設(shè)想可以使用不同類型的測(cè)試包來進(jìn)行PING-PONG測(cè)試，若用戶認(rèn)為合適，每一種測(cè)試包可以送出1000次左右。
除了初始化測(cè)試序列外，主設(shè)備170還對(duì)發(fā)送和接收的包數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以產(chǎn)生狀態(tài)信息。包數(shù)、包的類型、錯(cuò)誤數(shù)和差錯(cuò)率都包括在狀態(tài)信息中，這種狀態(tài)信息具有每發(fā)送1百萬字節(jié)測(cè)試包檢測(cè)到的錯(cuò)誤數(shù)的形式。這種狀態(tài)信息以ASCII格式，最好在9600bps的速率下，通過第二干線電路29輸出，這種速率是顯示裝置174，諸如計(jì)算機(jī)或打印機(jī)可以接收的速率，它們把狀態(tài)信息向用戶顯示出來。
萬一遠(yuǎn)程設(shè)備172不能識(shí)別測(cè)試包，亦即主設(shè)備170收不到響應(yīng)，再嘗試5次，讓遠(yuǎn)程設(shè)備172響應(yīng)測(cè)試包。甚至的第5次嘗試之后仍收不到響應(yīng)，控制器38從該包去掉CRC保護(hù)，然后將修改后的包再送回遠(yuǎn)程設(shè)備172。這樣，本裝置20仍可以與不能識(shí)別CRC保護(hù)包的中繼裝置通信。盡管在描述PING-PONG測(cè)試操作時(shí)是通過干線電路1發(fā)送和接收測(cè)試包，并通過干線電路2輸出狀態(tài)信息的，但本專業(yè)的普通技術(shù)人員都會(huì)意識(shí)到，可以把干線電路1，2的作用掉轉(zhuǎn)過來。
為了獲得UART較快的從發(fā)送器切換成接收器的周轉(zhuǎn)時(shí)間，不論是NORMAL方式還是TEST方式，控制器38監(jiān)視正在發(fā)送的數(shù)據(jù)串中的最后一個(gè)字符，并在發(fā)送最后一個(gè)字符的時(shí)刻產(chǎn)生”發(fā)送完畢”(TC)中斷。這是本發(fā)明的顯著的特征，因?yàn)橛米骺刂破?8的微處理器，諸如最佳的日立公司的H8/322和類似的處理器并無產(chǎn)生TC中斷的固有的功能。
正如上面所公開的，這種微處理器包括發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器(TDR)和發(fā)送移位寄存器(TSR)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，字節(jié)首先裝入TDR，然后在從UART送出之前移位進(jìn)入TSR。每當(dāng)發(fā)生說明TDR已空的”發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空”(TDRE)中斷時(shí)，就把下一個(gè)字節(jié)或字符裝入TDR。通常，當(dāng)把最后一個(gè)要發(fā)送的字符裝入TDR時(shí)，TDRE失效，并啟動(dòng)時(shí)鐘(未示出)。在該時(shí)鐘達(dá)到發(fā)送兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)所要求的時(shí)間長(zhǎng)度之后，發(fā)送被認(rèn)為完成了。換句話說，即使在TSR中不會(huì)有字節(jié)，微處理器仍假定在TDR和TSR都有一個(gè)字節(jié)。結(jié)果，在知道發(fā)送完成之前可能延遲了一個(gè)字節(jié)的時(shí)間。
在本發(fā)明中，TDRE在TDR最后一個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)移到TSR之后以前是不失效的。在啟動(dòng)時(shí)鐘的時(shí)刻、并且在發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)所需的時(shí)間過去時(shí)，產(chǎn)生TC中斷。這種安排可以使中繼裝置20在準(zhǔn)確的時(shí)刻而不是晚一個(gè)字節(jié)時(shí)間確定數(shù)據(jù)發(fā)送完成，微處理器往往沒有本發(fā)明的這一特征。
從上面的描述應(yīng)該明白，已經(jīng)顯示并描述了用來使通信鏈路的鏈路電氣隔離的經(jīng)過改進(jìn)的中繼裝置，它有許多優(yōu)點(diǎn)和希望的特征。例如，本發(fā)明包括過壓保護(hù)電路，后者滿足對(duì)與延伸在建筑物外的通信鏈路連接的中繼裝置的UL要求。還包括一種以包含115.2Kbps和230.4Kbps的速率工作的控制器。另外，本發(fā)明還進(jìn)行若干種測(cè)試，包括確定開關(guān)位置用的開關(guān)測(cè)試、控制器38進(jìn)行自檢用的ECHO測(cè)試和確定與中繼裝置相連的通信鏈路完整性用的PING-PONG測(cè)試。本發(fā)明還包括產(chǎn)生數(shù)據(jù)發(fā)送完畢指示信號(hào)的特征。本發(fā)明的另一個(gè)特征是上述所有特征都可以包括在單一的裝置內(nèi)。
盡管已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是應(yīng)該明白，可以采用不同的方案、替代和等同物，本發(fā)明只應(yīng)由權(quán)利要求書及其等同物限制。
在下列權(quán)利要求書中陳述了本發(fā)明的各種特征。
權(quán)利要求
1.一種包括用來電氣隔離通信網(wǎng)絡(luò)鏈路的電路的中繼裝置，其特征在于包括第一干線裝置，用來接收和發(fā)送進(jìn)、出該鏈路第一段的數(shù)據(jù)；第二干線裝置，用來接收和發(fā)送進(jìn)、出該鏈路第二段的數(shù)據(jù)；隔離裝置，就工作而言連接到所述第一干線裝置，用于使所述第一段與所述第二段實(shí)現(xiàn)電氣隔離；保護(hù)裝置，就工作而言連接到所述第一和第二干線裝置，用于保護(hù)所述通信網(wǎng)絡(luò)免受過壓；以及控制裝置，就工作而言連接在所述第一和第二干線裝置之間，用于從所述第一干線裝置向所述第二干線裝置傳輸數(shù)據(jù)，并從所述第二干線裝置向所述第一干線裝置傳輸數(shù)據(jù)。
2.權(quán)利要求1所定義的裝置，其特征在于所述第一和第二干線裝置中的每一個(gè)都包括驅(qū)動(dòng)器/接收器接口。
3.權(quán)利要求1所定義的裝置，其特征在于所述隔離裝置包括多個(gè)連接在所述控制裝置和所屬第一干線裝置之間的光耦合器，用于把所述第一干線裝置與所述第二干線裝置電氣隔離開來。
4.權(quán)利要求3所定義的裝置，其特征在于所述多個(gè)光耦合器中的第一個(gè)向所述第一干線裝置提供接收信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得所述第一干線裝置能夠接收和發(fā)送進(jìn)、出通信鏈路的所述第一段的數(shù)據(jù)。
5.權(quán)利要求4所定義的裝置，其特征在于所述多個(gè)光耦合器中的第二個(gè)接收從通信鏈路的所述第一段輸入的數(shù)據(jù)。
6.權(quán)利要求5所定義的裝置，其特征在于所述多個(gè)光耦合器中的第三個(gè)向通信鏈路的所述第一段發(fā)送數(shù)據(jù)。
7.權(quán)利要求1所定義的裝置，其特征在于向所述第一干線裝置提供的第一電壓源與向所述第二干線裝置提供的第二電壓源是電氣隔離的。
8.權(quán)利要求1所定義的裝置，其特征在于所述保護(hù)裝置在來自通信鏈路所述第一段和第二段的輸入電壓達(dá)到所述過壓狀態(tài)時(shí)，將所述輸入電壓鉗位到預(yù)定電壓。
9.權(quán)利要求8所定義的裝置，其特征在于所述保護(hù)裝置包括第一保護(hù)裝置，連接在所述第一干線裝置和通信鏈路的所述第一段之間，用于保護(hù)所述第一段免受第一過壓狀態(tài)；以及第二保護(hù)裝置，連接在所述第二干線裝置和通信鏈路的所述第二段之間，用于保護(hù)所述第二段免受第二過壓狀態(tài)。
10.權(quán)利要求1所定義的裝置，其特征在于還包括第一干線終端裝置，它就工作而言連接到所述第一干線裝置，用于端接從所述第二干線裝置傳送來的數(shù)據(jù)；以及第二終端裝置，它就工作而言連接到所述第二干線裝置，用于端接從所述第一干線裝置傳送來的數(shù)據(jù)。
全文摘要
中繼裝置包括:第一干線電路,用來接收和發(fā)送進(jìn)、出通信鏈路第一段的數(shù)據(jù);以及第二干線電路,用來接收和發(fā)送進(jìn)、出通信鏈路第二段的數(shù)據(jù)。隔離電路連接到第一干線電路上,用來把第一段和第二段電氣隔離。為了保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)免受過壓,保護(hù)電路就工作而言連接到第一和第二干線電路上。控制器具有:第一收發(fā)報(bào)機(jī)電路,用來從第一干線電路向第二干線電路發(fā)送數(shù)據(jù);以及第二收發(fā)報(bào)機(jī)電路,用來從第二干線電路向第一干線電路發(fā)送數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04B10/17GK1199288SQ9810520
公開日1998年11月18日 申請(qǐng)日期1998年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月9日
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