DE-112015004340-B4 - Schaltungen und Systeme für gemultiplexte Kommunikation über einen Isolator

Abstract

Kommunikationsschaltung zum Senden und Empfangen von Daten über einen Isolator (32), der eine Isolationsbarriere (28) überbrückt, aufweisend: eine Eingangsschaltung (44), die eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von Eingangsdatenkanälen zu empfangen; eine mit der Eingangsschaltung gekoppelte Framing-Schaltung (76), die eingerichtet ist, um ein Eingangsdatenpaket aus der Mehrzahl von Eingangsdatenkanälen zu packen, eine Sendeschaltung (56), die auf einer ersten Seite des Isolators angeordnet und eingerichtet ist zum Treiben eines ersten Datensignals umfassend das Eingangsdatenpaket auf den Isolator; eine Empfangsschaltung (60), die auf der ersten Seite des Isolators angeordnet und eingerichtet ist zum Empfangen eines zweiten Datensignals von dem Isolator; und eine Steuerschaltung, die eingerichtet ist zum Steuern der Sendeschaltung und der Empfangsschaltung, um ein Zeitmultiplexen des ersten Datensignals und des zweiten Datensignals bereitzustellen, wobei die Steuerschaltung von einem Empfangszustand, in dem die Empfangsschaltung eingerichtet ist, das zweite Datensignal von dem Isolator zu erhalten, in einen Sendezustand übergeht, in dem die Sendeschaltung eingerichtet ist, das erste Datensignale auf den Isolator zu treiben, als Reaktion auf ein Detektieren wenigstens einer Datenbedingung oder einer Timing-Bedingung.

Inventors

• Baoxing Chen
• Bikiran Goswami

Assignees

• ANALOG DEVICES, INC.

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20150609

Priority Date

20140924

Claims (20)

1. Kommunikationsschaltung zum Senden und Empfangen von Daten über einen Isolator (32), der eine Isolationsbarriere (28) überbrückt, aufweisend: eine Eingangsschaltung (44), die eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von Eingangsdatenkanälen zu empfangen; eine mit der Eingangsschaltung gekoppelte Framing-Schaltung (76), die eingerichtet ist, um ein Eingangsdatenpaket aus der Mehrzahl von Eingangsdatenkanälen zu packen, eine Sendeschaltung (56), die auf einer ersten Seite des Isolators angeordnet und eingerichtet ist zum Treiben eines ersten Datensignals umfassend das Eingangsdatenpaket auf den Isolator; eine Empfangsschaltung (60), die auf der ersten Seite des Isolators angeordnet und eingerichtet ist zum Empfangen eines zweiten Datensignals von dem Isolator; und eine Steuerschaltung, die eingerichtet ist zum Steuern der Sendeschaltung und der Empfangsschaltung, um ein Zeitmultiplexen des ersten Datensignals und des zweiten Datensignals bereitzustellen, wobei die Steuerschaltung von einem Empfangszustand, in dem die Empfangsschaltung eingerichtet ist, das zweite Datensignal von dem Isolator zu erhalten, in einen Sendezustand übergeht, in dem die Sendeschaltung eingerichtet ist, das erste Datensignale auf den Isolator zu treiben, als Reaktion auf ein Detektieren wenigstens einer Datenbedingung oder einer Timing-Bedingung.
2. Kommunikationsschaltung nach Anspruch 1 , wobei die Steuerschaltung von dem Sendezustand in den Empfangszustand übergeht, als Reaktion auf ein Detektieren einer zweiten Datenbedingung oder einer zweiten Timing-Bedingung.
3. Kommunikationsschaltung nach Anspruch 1 , wobei die Steuerschaltung die Datenbedingung als Reaktion auf eine Paketlänge einstellt, die vom zweiten Datensignal angezeigt wird.
4. Kommunikationsschaltung nach Anspruch 1 , wobei die Steuerschaltung die Timing-Bedingung basierend auf einer von der Empfangsschaltung zu empfangenen Datenmenge einstellt.
5. Kommunikationsschaltung nach Anspruch 1 , wobei der Isolator eine einzige Isolatorvorrichtung ist, die eine einzige Gruppe von Anschlüssen aufweist, um das erste Datensignal zu empfangen und das zweite Datensignal auszugeben.
6. Kommunikationsschaltung nach Anspruch 1 , wobei der Isolator eine induktive Isolatorvorrichtung mit einer ersten Spule (138) an einer ersten Seite der Isolationsbarriere und einer zweiten Spule (142) an einer zweiten Seite der Isolationsbarriere ist, wobei die erste Spule eine einzige Gruppe von Anschlüssen hat.
7. Kommunikationsschaltung nach Anspruch 1 , wobei die Steuerschaltung eine Zustandsmaschine (80) aufweist, die dem Sendezustand und dem Empfangszustand entspricht.
8. Kommunikationsschaltung nach Anspruch 1 , wobei die Steuerschaltung dafür ausgebildet ist, die Sendeschaltung und die Empfangsschaltung anzusteuern, um Ping-Pong-Zeitmultiplexen bereitzustellen, wobei die Steuerschaltung dafür ausgebildet ist: die Sendeschaltung zu steuern, um das erste Datensignal während einer sich periodisch wiederholenden ersten Gruppe von zugewiesenen Zeitslots zu übertragen; und die Empfangsschaltung zu steuern, um das zweite Datensignal während einer sich periodisch wiederholenden zweiten Gruppe von zugeordneten Zeitslots zu empfangen.
9. Kommunikationsschaltung nach Anspruch 1 , wobei die Sendeschaltung dafür ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Bits des Eingangsdatenpakets in eine Amplitude, eine Frequenz oder eine Phase eines einzigen Datensymbols zu multiplexen und das Datensymbol auf den Isolator zu treiben.
10. Kommunikationsschaltung nach Anspruch 1 , wobei die Datenbedingung auf dem Empfangen einer vorbestimmten Anzahl von Bits oder Symbolen des zweiten Datensignals durch die Empfangsschaltung basiert.
11. Kommunikationsschaltung nach Anspruch 1 , wobei die Timing-Bedingung auf dem Vergehen einer vorbestimmten Zeitdauer in dem Empfangszustand basiert.
12. Verfahren zum Senden und Empfangen von Daten über einen Isolator (32), der eine Isolationsbarriere (28) überbrückt, das Verfahren mit den Schritten: Empfangen, mittels einer Eingangsschaltung (44) einer Kommunikationsschaltung, einer Mehrzahl von Eingangsdatenkanälen; Packen, mittels einer Framing-Schaltung (76) der Kommunikationsschaltung, eines Eingangsdatenpakets aus der Mehrzahl von Eingangsdatenkanälen; Empfangen, mittels einer Empfangsschaltung (60) der Kommunikationsschaltung, eines ersten Datensignals von dem Isolator an einer ersten Seite der Isolationsbarriere; Detektieren, mittels einer Steuerschaltung der Kommunikationsschaltung, einer Datenbedingung oder einer Timing-Bedingung; und Treiben, mittels einer Sendeschaltung (56) der Kommunikationsschaltung, eines zweiten Datensignals umfassend das Eingangsdatenpakets auf den Isolator an der ersten Seite der Isolationsbarriere als Reaktion auf das Detektieren der wenigstens einen Datenbedingung oder Timing-Bedingung.
13. Verfahren nach Anspruch 12 , ferner mit einem Übergehen vom Treiben zum Empfangen als Reaktion auf ein Detektieren von wenigstens einer zweiten Datenbedingung oder zweiten Timing-Bedingung .
14. Verfahren nach Anspruch 12 , ferner mit dem Schritt eines Einstellens der Datenbedingung zum Darstellen einer Paketlänge, die von dem ersten Datensignal angezeigt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12 , ferner mit dem Schritt eines Einstellens der Timing-Bedingung basierend auf einer von der Empfangsschaltung zu empfangenen Datenmenge.
16. Verfahren nach Anspruch 12 , wobei der Isolator eine einzige Isolatorvorrichtung ist, die eine einzige Gruppe von Anschlüssen zum Treiben des zweiten Datensignals und Empfangen des ersten Datensignals hat.
17. Verfahren nach Anspruch 12 , wobei der Isolator eine induktive Isolatorvorrichtung mit einer ersten Spule (138) an einer ersten Seite der Isolationsbarriere und einer zweiten Spule (142) an einer zweiten Seite der Isolationsbarriere ist, wobei die erste Spule die einzige Gruppe von Anschlüssen hat.
18. Verfahren nach Anspruch 12 , wobei das Treiben und das Empfangen eines ersten Datensignals ein Ping-Pong-Zeitmultiplexen bereitstellt, wobei das Empfangen des ersten Datensignals während einer sich periodisch wiederholenden ersten Gruppe von zugeordneten Zeitslots stattfindet und das Treiben des zweiten Datensignals während einer sich periodisch wiederholenden zweiten Gruppe von zugeordneten Zeitslots stattfindet.
19. Verfahren nach Anspruch 12 , wobei die Datenbedingung auf dem Empfangen einer vorbestimmten Anzahl von Bits oder Symbolen des ersten Datensignals basiert.
20. Verfahren nach Anspruch 12 , wobei die Timing-Bedingung auf dem Vergehen einer vorbestimmten Zeitdauer basiert.

Description

Querverweis auf bezogene Anmeldungen Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil aus der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/054,825, die am 24. September 2014 eingereicht wurde, und der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/054,830, die am 24. September 2014 eingereicht wurde. Hintergrundinformation Eine galvanische Isolation kann zwischen elektrischen Systemen und/oder Untersystemen aus verschiedenen Gründen implementiert werden, einschließlich im Hinblick auf Leistungsfähigkeit und Sicherheitsbedenken. Zum Beispiel kann ein Analog-Digital-Wandler von anderen digitalen Schaltungen isoliert sein, um zu verhindern, dass ein Spannungsrauschen, das aus Schaltvorgängen in diesen digitalen Schaltungen resultiert, die Leistungsfähigkeitskenndaten des Wandlers beeinträchtigt. Bisherige Herangehensweisen zur Isolation haben eine Datenkommunikation zwischen isolierten Systemen unter Verwendung von unidirektionalen Isolatorkanälen bereitgestellt, die Daten in eine einzige Richtung über eine Isolationsbarriere führen. Zwar ist ein solcher unidirektionaler Datenfluss zwischen isolierten Systemen manchmal hilfreich, doch ist er problematisch in anderen Fällen, wenn eine Kommunikation eines Datenkanals, oder sogar mehreren Datenkanälen, in beide Richtungen zwischen isolierten Systemen stattfinden soll, ohne dabei die Kosten, den Bauraum und/oder die Komplexität eines Bereitstellens von separaten unidirektionalen Isolatorkanälen und der zugehörigen Verschaltung für beide Richtungen zu haben. Zudem haben frühere Isolatorkanäle nur geringe Datenkommunikationsraten über die Isolationsbarriere geboten, selbst bei einer einzigen Richtung. US 2012 / 0 206 164 A1 betrifft ein USB-basiertes Isolatorsystem, das USB-Signale zwischen einem Paar galvanisch getrennter Schaltkreise überträgt und die kontrollierte Aufzählung durch ein nachgeschaltetes Gerät auf vorgeschalteten USB-Signalleitungen unterstützt. Das Isolatorsystem verfügt über einen Multimode-Spannungsregler zur Unterstützung mehrerer Spannungsversorgungskonfigurationen. Das Trennsystem bietet außerdem Steuersysteme für jedes der isolierten Schaltungssysteme und ermöglicht eine robuste Steuerung unter verschiedenen Startbedingungen. Darüber hinaus umfasst das Trennsystem Aktualisierungszeitgeber und Watchdog-Mechanismen, um einen dauerhaften Betrieb zu unterstützen, aber mögliche Kommunikationsfehler, die zwischen den isolierten Schaltungssystemen auftreten können, zu bewältigen. US 2012 / 0 191 894 A1 betrifft eine Anzeigevorrichtung, die mehrere Eingänge zum Empfangen von Videodaten und Peripheriedaten von mehreren Rechnern und einen Ausgang zum Anschließen eines Peripheriegeräts hat. Die Anzeige kann in einem von zwei Zuständen betrieben werden, um sowohl einen Video- als auch einen Peripheriesignalpfad zwischen einem ausgewählten der miteinander verbundenen Computergeräte und dem Anzeigefeld und den angeschlossenen Peripheriegeräten bereitzustellen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt kann nur eines der Computergeräte sowohl die Anzeige als auch die angeschlossenen Peripheriegeräte nutzen. Exemplarische Ausführungsformen können Video- und Peripheriedatenströme verarbeiten, die von einem Computergerät über eine einzige physische Verbindung empfangen werden. Es besteht daher die Notwendigkeit für Schaltungen und Systeme, die eine effiziente Kommunikation über eine Isolationsbarriere zwischen isolierten Systemen bereitstellen. Kurze Erläuterung der Zeichnungen Damit man die Merkmale der vorliegenden Erfindung versteht, wird nachfolgend eine Anzahl von Zeichnungen beschrieben. Die beigefügten Zeichnungen stellen jedoch nur bestimmte Ausführungsformen der Erfindung dar und sind im Hinblick auf den Schutzbereich daher nicht beschränkend, da die Erfindung ähnlich effektive Ausführungsformen umfassen kann.1 ist eine Schaltungsdarstellung, die eine Ausführungsform eines Kommunikationssystems zeigt.2 ist eine Schaltungsdarstellung, die eine andere Ausführungsform des Kommunikationssystems zeigt.3(a)-3(c) sind Signaldiagramme, die Ausführungsformen von Signalen des Kommunikationssystems zeigen.4 ist eine Schaltungsdarstellung, die Ausführungsformen einer Sendeschaltung, eines Isolators, und einer Empfangsschaltung des Kommunikationssystems zeigt.5(a)-5(j) sind Signaldiagramme, die Ausführungsformen von Signalen der Sendeschaltung, des Isolators, und der Empfangsschaltung des Kommunikationssystems zeigen.6(a)-6(b) sind Zustandsdiagramme, die Ausführungsformen von Zuständen von Master- und Slave-Zustandsmaschinen des Kommunikationssystems zeigen.7(a)-7(b) sind Signaldiagramme, die Ausführungsformen der Sende- und Empfangszustands-Übergangssignale des Masters- und der Slave-Zustandsmaschinen zeigen.8(a)-8(d) zeigen Ausführungsformen von Datenpaketen, die mit dem Kommunikationssystem kommuniziert werden können.9(a)-9(b) sind Timing- und Signaldiagramme, die Ausführungsformen von Sende-Zeitslot-Zuordnungen und ein entsprechendes Taktsignal (clock signal) von Kommunikationsschaltungen d