數(shù)據(jù)收發(fā)器及收發(fā)器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及數(shù)據(jù)收發(fā)領(lǐng)域，尤其是一種數(shù)據(jù)收發(fā)器及收發(fā)器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在很多數(shù)據(jù)傳輸場合需要用到上拉電阻，比如說I2C協(xié)議的時鐘及數(shù)據(jù)線都用到上拉電阻。再比如一些單線供電及傳輸數(shù)據(jù)場合，典型的為耳麥接口的線控應(yīng)用，硬件上也需要上拉電阻。
[0003]傳統(tǒng)的帶上拉電阻的數(shù)據(jù)收發(fā)器中，利用上拉電阻驅(qū)高數(shù)據(jù)線的寄生電容，利用開漏的管子驅(qū)低數(shù)據(jù)線的寄生電容。由此數(shù)據(jù)的上升速率與上拉電阻的阻值及寄生電容的乘積成反比。如此，為了驅(qū)動較大的寄生電容就需要較小的上拉電阻，而較小的上拉電阻阻值會在數(shù)據(jù)線拉低時消耗較大的能量。另外，通過電阻及下拉管對數(shù)據(jù)線驅(qū)動到高電平及驅(qū)動到低電平，會在驅(qū)動寄生電容的過程中，消耗能量。假設(shè)數(shù)據(jù)邏輯高電平值為VH，寄生電容值為Cp，傳輸數(shù)據(jù)的頻率為Fd，那么消耗在驅(qū)動過程中的功率為P = Cp*VH*VH*Fd。
[0004]綜上，由于上拉電阻的存在，會降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?。同時，系統(tǒng)直接通過電阻及下拉管對數(shù)據(jù)線驅(qū)動到高電平及驅(qū)動到低電平，會在驅(qū)動寄生電容的過程中，消耗能量。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種數(shù)據(jù)收發(fā)器、收發(fā)器系統(tǒng)及數(shù)據(jù)收發(fā)器的控制方法，以解決帶上拉電阻數(shù)據(jù)收發(fā)送器在發(fā)送數(shù)據(jù)時速度慢、耗能多的問題。且消除數(shù)據(jù)傳輸速率與R、C乘積的相關(guān)性。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實用新型提供了一種數(shù)據(jù)收發(fā)器，包括:上拉電阻上拉電路，包括電源和上拉電阻，所述電源與上拉電阻的一端連接，所述電源具有接地端；還包括通過數(shù)據(jù)線與上拉電阻另一端連接的控制模塊，該數(shù)據(jù)線具有寄生電容，所述控制模塊包括:
[0007]電容充電電路，包括第一充電電路和第二充電電路，通過所述第一充電電路或第二充電電路為寄生電容充電，所述第一充電電路中設(shè)置有能量儲存器、所述電感和寄生電容，該能量儲存器具有接地端，所述第二充電電路中設(shè)置有所述電感和寄生電容；
[0008]電容放電電路，包括第一放電電路和第二放電電路，通過所述第一放電電路或第二放電電路為寄生電容放電，所述第一放電電路中設(shè)置有所述能量儲存器、電感和寄生電容，所述第二放電電路中設(shè)置有所述電感和寄生電容；
[0009]電感電流保持電路，用于保持電感中的電流；
[0010]對地加強電路，用于將所述寄生電容接地；
[0011]開關(guān)陣列，包括多個開關(guān)，多個所述開關(guān)設(shè)置在所述第一充電電路、第二充電電路、第一放電電路、第二放電電路、電感電流保持電路和對地加強電路中；
[0012]控制單元，包括時序發(fā)生器和用于探測所述寄生電容電壓的數(shù)據(jù)建立狀態(tài)探測器，所述時序發(fā)生器基于數(shù)據(jù)收發(fā)器的輸入信號的電平跳變狀態(tài)產(chǎn)生控制所述開關(guān)的通斷，使得所述電容充電電路或電容放電電路導(dǎo)通或斷開，所述時序發(fā)生器還在寄生電容充電至設(shè)定的第一電壓時通過所述上拉電阻上拉電路維持工作寄生電容的電壓，且使得電感電流保持電路工作，在寄生電容放電至設(shè)定的第二電壓時控制開關(guān)以使對地加強電路工作，且使得電感電流保持電路工作。
[0013]進一步地，所述控制單元還包括用于探測電感電流的電流探測器，所述電流探測器分別與電感及時序發(fā)生器連接。
[0014]進一步地，所述控制模塊還包括電感電流補充電路，所述電感電流補充電路包括能量儲存器和電感，通過時序發(fā)生器控制電感電流補充電路中的開關(guān)導(dǎo)通以為電感補充電流。
[0015]進一步地，所述控制模塊還包括用于給能量儲存器充電的電源充電電路，所述電源充電電路包括電源和能量儲存器，通過時序發(fā)生器控制電源充電電路中的開關(guān)導(dǎo)通以為能量儲存器充電。
[0016]進一步地，所述控制模塊還包括用于將電感中能量回收至能量儲存器的電感能量回收電路，所述電感能量回收電路包括電感和能量儲存器，通過時序發(fā)生器控制電感能量回收電路中的開關(guān)導(dǎo)通以將電感中能量回收至能量儲存器中。
[0017]進一步地，所述時序發(fā)生器根據(jù)輸入信號中的上跳沿產(chǎn)生對寄生電容充電的控制信號，所述時序發(fā)生器根據(jù)輸入信號中的下跳沿產(chǎn)生對寄生電容放電的控制信號。
[0018]進一步地，所述能量儲存器包括儲能電容，所述儲能電容通過所述開關(guān)陣列、電感與寄生電容連接，所述儲能電容具有接地端。
[0019]進一步地，所述時序發(fā)生器還在寄生電容充電至設(shè)定的第一電壓時，斷開所述電感與寄生電容之間的所有開關(guān)，通過所述數(shù)據(jù)收發(fā)器的上拉電阻上拉電路維持工作寄生電容的電壓。
[0020]進一步地，所述開關(guān)陣列包括第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)和第六開關(guān)，所述第一充電電路上設(shè)置有第一開關(guān)和第六開關(guān)，所述能量儲存器經(jīng)第一開關(guān)、電感、第六開關(guān)與寄生電容連接，所述第一放電電路上設(shè)置有第三開關(guān)和第五開關(guān)，所述能量儲存器還經(jīng)第三開關(guān)、電感、第五開關(guān)與寄生電容連接，所述電感具有第一端和第二端，所述第二充電電路上設(shè)置有第二開關(guān)和第六開關(guān)，所述電感的第一端分別與第一開關(guān)、第五開關(guān)連接，該第一端還經(jīng)第二開關(guān)接地，所述第二放電電路上設(shè)置有第五開關(guān)和第四開關(guān)，所述電感的第二端分別與第三開關(guān)、第六開關(guān)連接，該第二端還經(jīng)第四開關(guān)接地。
[0021]本實用新型還提供了一種數(shù)據(jù)收發(fā)器的控制方法，用于控制所述的數(shù)據(jù)收發(fā)器，包括:
[0022]步驟1、所述控制單元還包括用于探測電感電流的電流探測器，所述電流探測器分別與電感及時序發(fā)生器連接，所述收據(jù)收發(fā)器包括電感電流補充電路，所述電感電流補充電路包括能量儲存器和電感，通過時序發(fā)生器控制電感電流補充電路中的開關(guān)導(dǎo)通以為電感預(yù)充電，并充至第一電流Imax ；
[0023]步驟2、當(dāng)數(shù)據(jù)收發(fā)器的所述輸入信號為上跳沿時，所述時序發(fā)生器控制開關(guān)陣列使得電容充電電路工作，直到寄生電容充到設(shè)定的第一電壓為止，在數(shù)據(jù)建立狀態(tài)探測器測到寄生電容上電壓達(dá)到第一電壓時，所述時序發(fā)生器控制開關(guān)陣列使得電感電流保持電路工作，同時使得上拉電阻上拉電路工作；
[0024]步驟3、當(dāng)數(shù)據(jù)收發(fā)器的所述輸入信號為下跳沿時，所述時序發(fā)生器控制開關(guān)陣列使得電容放電電路工作，直到寄生電容放到設(shè)定的第二電壓為止，在數(shù)據(jù)建立狀態(tài)探測器測到寄生電容上電壓達(dá)到第二電壓時，所述時序發(fā)生器控制開關(guān)陣列使得電感電流保持電路工作，同時使得對地加強電路工作。
[0025]進一步地，在數(shù)據(jù)建立狀態(tài)探測器探測到寄生電容上電壓達(dá)到設(shè)定的第一電壓時，還控制所述開關(guān)陣列使得電源充電電路工作。
[0026]進一步地，在步驟2中，具體包括:
[0027]步驟2.1、當(dāng)數(shù)據(jù)收發(fā)器的所述輸入信號為上跳沿時，所述時序發(fā)生器控制開關(guān)陣列使得電容充電電路工作，直到寄生電容充到設(shè)定的第一電壓為止；
[0028]步驟2.2、在數(shù)據(jù)收發(fā)器的所述輸入信號為下跳沿前，通過電流探測器探測電感電流，如果電感中電流小于第二電流Imin，則通過時序發(fā)生器控制開關(guān)使得電感電流補充電路工作以補充電感電流，若在輸入信號的下跳沿來臨前，無法將所述電感中電流補充至第一電流Imax，則對所述電感一直補充至下跳沿來臨為止，若在輸入信號的下跳沿來臨前，能夠?qū)⑺鲭姼兄须娏鞒渲恋谝浑娏鱅max,則將所述電感中電流充至Imax,然后通過所述時序發(fā)生器控制開關(guān)使得所述電感電流保持電路工作。
[0029]進一步地，在步驟3中，具體包括:
[0030]步驟3.1、當(dāng)數(shù)據(jù)收發(fā)器的所述輸入信號為下跳沿時，所述時序發(fā)生器控制開關(guān)陣列使得電容放電電路工作，直到寄生電容放到設(shè)定的第二電壓為止；
[0031]步驟3.2、在數(shù)據(jù)收發(fā)器的所述輸入信號的下一個上跳沿來臨前，通過電流探測器探測電感電流，如果電感中電流小于第二電流Imin,則通過時序發(fā)生器控制開關(guān)使得電感電流補充電路工作以補充電感電流，若在輸入信號的上跳沿來臨前，無法將所述電感中電流補充至第一電流Imax，則對所述電感一直補充至上跳沿來臨為止，若在輸入信號的上跳沿來臨前，能夠?qū)⑺鲭姼兄须娏鞒渲恋谝浑娏鱅max,則將所述電感中電流充至Imax,然后通過所述時序發(fā)生器控制開關(guān)使得所述電感電流保持電路工作。
[0032]進一步地，所述控制模塊還包括用于將電感中能量回收至能量儲存器的電感能量回收電路，所述電感能量回收電路包括電感和能量儲存器，當(dāng)電路被關(guān)斷時，通過時序發(fā)生器控制電感能量回收電路中的開關(guān)導(dǎo)通以將電感中能量回收至能量儲存器中。
[0033]本實用新型還提供了一種收發(fā)器系統(tǒng)，包括所述的數(shù)據(jù)收發(fā)器，所述收發(fā)器系統(tǒng)中的控制模塊的數(shù)量為至少兩個，所述上拉電阻上拉電路的數(shù)量為一個，任一所述控制模塊中時序發(fā)生器的輸入信號以及數(shù)據(jù)建立狀態(tài)探測器的輸出信號能夠與其他控制模塊的輸出信號、輸入信號交換數(shù)據(jù)。
[0034]本實用新型還提供了一種數(shù)據(jù)收發(fā)器，包括:上拉電阻上拉電路，