ЭЛЕКТРОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ В СЕБЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ИЗОЛЯЦИЮ
ELECTRONIC EQUIPMENT INCLUDING ELECTRICAL INSULATION

Область техники, к которой относится изобретение
Варианты осуществления, описанные ниже, относятся к электрической изоляции и, более конкретно, к электронному оборудованию, включающему в себя электрическую изоляцию.
Уровень техники
В изделиях управления производственным оборудованием, обмен данными должен выполняться в потенциально опасных и электрически шумных средах, в то же время использующих ограниченные вычислительные и/или энергетические ресурсы. Некоторые протоколы связи были разработаны для работы в таких средах. Одним примерным протоколом связи является протокол взаимодействия с удаленным датчиком с шинной адресацией (HART). Протокол HART является способом наложения передач данных на контур мА-тока, чтобы предоставлять возможность использования аналогового сигнала и цифровых передач данных (наложенная передача данных) одновременно по одной паре проводов. В протоколе HART это достигается с помощью двух частот, чтобы представлять логические биты: 1200 Гц (логическая 1) и 2200 Гц (логический 0). Этот способ связи называется частотной манипуляцией (FSK).
Вследствие потенциально опасных и/или электрически шумных сред, в которых изделия для управления производственным оборудованием применяются, многие изделия включают в себя электрическую изоляцию между каналами ввода/вывода (I/O), соединением датчика и/или функциями обработки. В неопасных установках эта изоляция предусматривается, чтобы устранять возможный контур заземления и источники шума, поскольку I/O-каналы могут быть направлены к различным системам. В установках в опасной зоне изоляция может быть необходима, чтобы удовлетворять стандартам утверждения.
Фиг. 1 показывает электронное оборудование 10 предшествующего уровня техники с электрической изоляцией. Как показано на фиг. 1, электронное оборудование 10 предшествующего уровня техники включает в себя неизолированный фрагмент 10a и изолированный фрагмент 10b. Неизолированный фрагмент 10a электрически изолируется от изолированного фрагмента 10b посредством изолирующих устройств 12a, 12b. Неизолированный фрагмент 10a и изолированный фрагмент 10b соответственно включают в себя передающие схемы 13a, 13b и принимающие схемы 14a, 14b. Неизолированный фрагмент 10a дополнительно включает в себя процессор 15, а изолированный фрагмент 10b включает в себя схему 16 модуляции и HART-фильтр 17.
Частоты HART-передачи (частоты, ассоциированные с каждым логическим '0' или '1') формируются из процессора 15, который может включать в себя или называться HART-модемом. Частоты передаются через изолирующее устройство 12a, которое типично является оптопарой для цифровых сигналов или линейной оптопарой для аналоговых сигналов. Частоты используются, чтобы модулировать установку тока 4-20 мА на изолированном фрагменте 10b. Принимаемые HART-сигналы, принимаемые через HART-фильтр 17, должны также пропускаться через изолирующее устройство 12b для считывания и демодуляции посредством процессора 15. Однако, существует несколько проблем с этой реализацией.
Во-первых, HART является полудуплексной формой связи. Это означает, что устройство передает или принимает сигнал, но не в одно и то же время. Как показано на фиг. 1, когда устройство передает HART-сигнал, передаваемый сигнал также виден на принимающей схеме. Это называется "эховозвратом" по передаваемому сигналу и существует вследствие наличия двух отдельных изолирующих устройств 12a, 12b. Этот требует двух точек HART-изоляции, чтобы поддерживать целостность для передачи и приема.
Во-вторых, оптопары имеют широкий коэффициент передачи по току (CTR), который ограничивает возможность проектирования для управления узким диапазоном потребляемого тока. CTR является коэффициентом тока, предоставляемого на одной стороне оптопары, относительно тока, предоставляемого на другой стороне. Этот коэффициент может иметь допуск от 80% до 300%. Поскольку мА-модуляция (например, HART-модуляция) является регулируемой по току, трудно регулировать мА-модуляцию с такими большими допусками. Оптопары также, как правило, требуют высокого тока возбуждения, который является нежелательным для маломощных или имеющих питание от контура изделий.
В-третьих, когда изделие питается напряжением переменного тока (AC), выходные сигналы все еще должны поступать в опасную зону, существует множество требований пространственного распределения, накладываемых на изолирующий компонент. Однако, выбор компонентов, рассчитанных для распределения в опасной зоне, является очень ограниченным. Кроме того, является желательным уменьшать зону влияния HART-изоляции - полезную зону платы (точки развязки) и/или потребление мощности, требуемое для изоляции. Соответственно, существует необходимость в электронном оборудовании, которое включает в себя электрическую изоляцию без вышеупомянутых недостатков.
Сущность изобретения
Предоставляется электронное оборудование, включающее в себя электрическую изоляцию. Согласно варианту осуществления, электронное оборудование содержит двунаправленную развязывающую схему, отделяющую первый фрагмент от второго фрагмента, и коммутатор шинного приемопередатчика, расположенный во втором фрагменте. Коммутатор шинного приемопередатчика соединяется с возможностью связи с двунаправленной развязывающей схемой. Коммутатор шинного приемопередатчика принимает от двунаправленной развязывающей схемы сигнал управления передачей данных, предоставляемый посредством первого фрагмента.
Предоставляется способ электрической изоляции фрагмента электронного оборудования. Согласно варианту осуществления способ содержит прием с помощью двунаправленной развязывающей схемы сигнала управления передачей данных, при этом двунаправленная развязывающая схема отделяет первый фрагмент и второй фрагмент электронного оборудования, и сигнал управления передачей данных предоставляется посредством первого фрагмента. Способ дополнительно содержит предоставление с помощью двунаправленной развязывающей схемы принятого сигнала управления передачей данных коммутатору шинного приемопередатчика, расположенному во втором фрагменте.
Аспекты
Согласно аспекту, электронное оборудование (100, 200), включающее в себя электрическую изоляцию, содержит двунаправленную развязывающую схему (110, 210), отделяющую первый фрагмент (100a, 200a) от второго фрагмента (100b, 200b), и коммутатор (120b, 220b) шинного приемопередатчика, расположенный во втором фрагменте (100b, 200b). Коммутатор (120b, 220b) шинного приемопередатчика соединяется с возможностью связи с двунаправленной развязывающей схемой (110, 210). Коммутатор (120b, 220b) шинного приемопередатчика принимает от двунаправленной развязывающей схемы (110, 210) сигнал управления передачей данных, предоставляемый посредством первого фрагмента (100a, 200a).
Предпочтительно, двунаправленная развязывающая схема (110, 210) состоит из трансформатора (112, 212), имеющего процессорный (контактный) вывод (110a, 210a) и шинный вывод (110b, 210b).
Предпочтительно, двунаправленная развязывающая схема (210) дополнительно содержит схему (214a) формирования импульсов, соединенную с возможностью связи с трансформатором (212), схема (214a) формирования импульсов сконфигурирована с возможностью принимать сигнал управления передачей данных, формировать импульсный сигнал на основе сигнала управления передачей данных и предоставлять импульсный сигнал трансформатору (212). Двунаправленная развязывающая схема (210) также содержит схему (214b) декодирования импульсов, соединенную с возможностью связи с трансформатором (212) и сконфигурированную с возможностью принимать импульсный сигнал от трансформатора (212) и декодировать принятый импульсный сигнал в сигнал управления передачей данных, принимаемый коммутатором (220b) шинного приемопередатчика.
Предпочтительно, двунаправленная развязывающая схема (110) дополнительно состоит из управляющей развязывающей схемы (114), сконфигурированной с возможностью принимать сигнал управления передачей данных от первого фрагмента (100a) электронного оборудования (100) и предоставлять сигнал управления передачей данных коммутатору (120b) шинного приемопередатчика.
Предпочтительно, управляющая развязывающая схема (114) состоит из схемы (414a) формирования импульсов и сконфигурирована с возможностью принимать сигнал управления передачей данных и формировать импульсный сигнал на основе сигнала управления передачей данных, трансформатора (412), соединенного с возможностью связи со схемой (414a) формирования импульсов и сконфигурированного с возможностью принимать импульсный сигнал от схемы (414a) формирования импульсов и предоставлять импульсный сигнал, и схемы (414b) декодирования импульсов, соединенной с возможностью связи с трансформатором (412) и сконфигурированной с возможностью принимать импульсный сигнал, предоставленный трансформатором (412), и декодировать принятый импульсный сигнал в сигнал управления передачей данных, принимаемый коммутатором (120b, 220b) шинного приемопередатчика.
Предпочтительно, электронное оборудование (100, 200) дополнительно содержит коммутатор (120a, 220a) процессорного приемопередатчика, расположенный в первом фрагменте (100a, 200a) электронного оборудования (100, 200), коммутатор (120a, 220a) процессорного приемопередатчика сконфигурирован с возможностью управляться по сигналу управления передачей данных.
Предпочтительно, электронное оборудование (100, 200) дополнительно содержит схему (130a, 230a) процессорного приемопередатчика, имеющую процессорный передающий вывод (132at, 232at) и процессорный приемный вывод (134at, 234at), при этом коммутатор (120a, 220a) процессорного приемопередатчика выборочно соединяется с возможностью связи с процессорным передающим выводом (132at, 232at) и процессорным приемным выводом (134at, 234at).
Предпочтительно, схема (130a, 230a) процессорного приемопередатчика состоит из процессорной передающей схемы (132a, 232a) и процессорной принимающей схемы (134a, 234a). Процессорная передающая схема (132a, 232a) сконфигурирована с возможностью принимать цифровую информацию от процессора (140, 240) в первом фрагменте (100a, 200a) и передавать принятую цифровую информацию коммутатору (120a, 220a) процессорного приемопередатчика. Процессорная принимающая схема (134a, 234a) сконфигурирована с возможностью принимать цифровую информацию от коммутатора (120a, 220a) процессорного приемопередатчика и передавать принятую цифровую информацию процессору (140, 240).
Предпочтительно, электронное оборудование (100, 200) дополнительно содержит схему (130b, 230b) шинного приемопередатчика, имеющую шинный передающий вывод (132bt, 232bt) и шинный приемный вывод (134bt, 234bt), при этом коммутатор (120b, 220b) шинного приемопередатчика выборочно соединяется с возможностью связи с шинным передающим выводом (132bt, 232bt) и шинным приемным выводом (134bt, 234bt).
Предпочтительно, схема (130b, 230b) шинного приемопередатчика состоит из шинной передающей схемы (132b, 232b) и шинной принимающей схемы (134b, 234b). Шинная передающая схема (132b, 232b) сконфигурирована с возможностью принимать цифровую информацию от коммутатора (120b, 220b) шинного приемопередатчика и передавать принятую цифровую информацию в шинный контур (L1, L2). Шинная принимающая схема (134b, 234b) сконфигурирована с возможностью принимать цифровую информацию из шинного контура (L1, L2) и передавать принятую цифровую информацию коммутатору (120b, 220b) шинного приемопередатчика.
Согласно аспекту, способ электрической изоляции фрагмента электронного оборудования содержит прием с помощью двунаправленной развязывающей схемы сигнала управления передачей данных, при этом двунаправленная развязывающая схема отделяет первый фрагмент и второй фрагмент электронного оборудования, и сигнал управления передачей данных предоставляется посредством первого фрагмента. Способ дополнительно содержит предоставление с помощью двунаправленной развязывающей схемы принятого сигнала управления передачей данных коммутатору шинного приемопередатчика, расположенному во втором фрагменте.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит предоставление трансформатора в двунаправленной развязывающей схеме, трансформатор имеет процессорный вывод и второй вывод.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит предоставление и соединение с возможностью связи схемы формирования импульсов с трансформатором, при этом схема формирования импульсов принимает сигнал управления передачей данных от первого фрагмента, формирует импульсный сигнал на основе сигнала управления передачей данных и предоставляет импульсный сигнал трансформатору. Способ дополнительно содержит предоставление и соединение с возможностью связи схемы декодирования импульсов с трансформатором, при этом схема декодирования импульсов принимает импульсный сигнал от трансформатора и декодирует принятый импульсный сигнал в сигнал управления передачей данных, принимаемый коммутатором шинного приемопередатчика.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит предоставление управляющей развязывающей схемы, прием с помощью управляющей развязывающей схемы сигнала управления передачей данных и предоставление с помощью управляющей развязывающей схемы принятого сигнала управления передачей данных коммутатору шинного приемопередатчика, расположенному во втором фрагменте.
Предпочтительно, предоставление управляющей развязывающей схемы содержит предоставление схемы формирования импульсов, которая принимает сигнал управления передачей данных и формирует импульсный сигнал на основе сигнала управления передачей данных и предоставляет и соединяет с возможностью связи трансформатор со схемой формирования импульсов, при этом трансформатор принимает импульсный сигнал от схемы формирования импульсов и предоставляет импульсный сигнал. Предоставление управляющей развязывающей схемы дополнительно содержит предоставление и соединение с возможностью связи схемы декодирования импульсов с трансформатором, при этом схема декодирования импульсов принимает импульсный сигнал, предоставляемый трансформатором, и декодирует принятый импульсный сигнал в сигнал управления передачей данных, принимаемый коммутатором шинного приемопередатчика.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит предоставление и размещение коммутатора процессорного приемопередатчика в первом фрагменте и конфигурирование коммутатора процессорного приемопередатчика для управления по сигналу управления передачей данных.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит предоставление схемы процессорного приемопередатчика, имеющей процессорную передающую схему и процессорную принимающую схему, и выборочное соединение с возможностью связи коммутатора процессорного приемопередатчика с процессорным передающим выводом и процессорным приемным выводом.
Предпочтительно, при этом предоставление схемы процессорного приемопередатчика содержит предоставление процессорной передающей схемы и процессорной принимающей схемы. Способ также дополнительно содержит прием с помощью процессорной передающей схемы цифровой информации, предоставляемой процессором в первом фрагменте, и передачу с помощью процессорной передающей схемы принятой цифровой информации коммутатору процессорного приемопередатчика, и прием с помощью процессорной принимающей схемы цифровой информации от коммутатора процессорного приемопередатчика и передачу с помощью процессорной принимающей схемы принятой цифровой информации процессору.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит предоставление схемы шинного приемопередатчика, имеющей шинный передающий вывод и шинный приемный вывод, и выборочное соединение с возможностью связи коммутатора шинного приемопередатчика с шинным передающим выводом и шинным приемным выводом.
Предпочтительно, предоставление схемы шинного приемопередатчика содержит предоставление шинной передающей схемы и шинной принимающей схемы. Способ дополнительно содержит прием с помощью шинной передающей схемы цифровой информации от коммутатора шинного приемопередатчика и передачу принятой цифровой информации в шинный контур, и прием с помощью шинной принимающей схемы цифровой информации из шинного контура и передачу принятой цифровой информации коммутатору шинного приемопередатчика.
Краткое описание чертежей
Один и тот же ссылочный номер представляет один и тот же элемент на всех чертежах. Должно быть понятно, что чертежи необязательно начерчены в масштабе.
Фиг. 1 показывает электронное оборудование 10 предшествующего уровня техники с электрической изоляцией.
Фиг. 2 и 3 показывает электронное оборудование 100, 200, включающее в себя электрическую изоляцию.
Фиг. 4 показывает подробный вид управляющей развязывающей схемы 410, применяющей трансформатор 412 для сигнала 140a, 240a управления передачей данных, такой как импульсный развязывающий трансформатор, применяемый в управляющей развязывающей схеме 114, или трансформатор 212, описанный выше со ссылкой на фиг. 2 и 3.
Фиг. 5 показывает временную диаграмму 500 сигнала, включающую в себя ось 510 времени и ось 520 битового состояния.
Фиг. 6 показывает способ 600 электрической изоляции фрагмента электронного оборудования.
Подробное описание изобретения
Фиг. 2-6 и последующее описание изображают конкретные примеры для обучения специалистов в области техники тому, как создавать и использовать оптимальный режим вариантов осуществления электронного оборудования, включающего в себя электрическую изоляцию. В целях обучения принципам изобретения некоторые традиционные аспекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники должны принимать во внимание варьирования этих примеров, которые попадают в пределы объема настоящего описания. Специалисты в области техники поймут, что отличительные признаки, описанные ниже, могут быть объединены различными способами, чтобы формировать электронное оборудование, включающее в себя электрическую изоляцию. В результате, варианты осуществления, описанные ниже, не ограничиваются конкретными примерами, описанными ниже, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.
Проблемы, ассоциированные с двумя отдельными изолирующими устройствами, такие как "эховозврат" и дублирующее использование пространства платы, могут быть устранены посредством предоставления двунаправленной развязывающей схемы, отделяющей первый фрагмент от второго фрагмента электронного оборудования. Коммутатор шинного приемопередатчика располагается во втором фрагменте и соединяется с возможностью связи с двунаправленной развязывающей схемой. Коммутатор шинного приемопередатчика принимает от двунаправленной развязывающей схемы сигнал управления передачей данных, предоставляемый посредством первого фрагмента. Соответственно, сигнал управления передачей данных может управлять коммутатором шинного приемопередатчика, чтобы выборочно соединять с возможностью связи передающую схему или принимающую схему во втором фрагменте с двунаправленной развязывающей схемой. В результате, двунаправленная развязывающая схема может быть использована для передачи и приема, например, цифровых передач данных в полудуплексном режиме. Поскольку двунаправленная развязывающая схема используется как для передачи, так и для приема, проблемы, ассоциированные с двумя отдельными изолирующими устройствами, такие как эховозврат и дублирующее использование пространства платы, устраняются, как будет объяснено более подробно ниже.
Фиг. 2 и 3 показывает электронное оборудование 100, 200, включающее в себя электрическую изоляцию. Как показано на фиг. 2 и 3, электронное оборудование 100, 200 включает в себя первый фрагмент 100a, 200a и второй фрагмент 100b, 200b. Электронное оборудование 100, 200 включает в себя двунаправленную развязывающую схему 110, 210, которая, через процессорный вывод 110a, 210a и шинный вывод 110b, 210b, соединяется с возможностью связи и размещается между первым фрагментом 100a, 200a и вторым фрагментом 100b, 200b. Процессорный вывод 110a, 210a и шинный вывод 110b, 210b могут рассматриваться как схема с двумя входами. Двунаправленная развязывающая схема 110, 210 электрически изолирует первый фрагмент 100a, 200a от второго фрагмента 100b, 200b. Например, первый фрагмент 100a, 200a может быть электрически неизолированным, а второй фрагмент 100b, 200b может быть электрически изолированным. Соответственно, шум, неустановившиеся состояния, высокие напряжения или т.п., присутствующие в первом фрагменте 100a, 200a, могут не проводиться или иначе соединяться со вторым фрагментом 100b, 200b. Как будет описано более подробно в последующем, двунаправленная развязывающая схема 110, 210 также сконфигурирована с возможностью электрически изолировать первый фрагмент 100a, 200a от второго фрагмента 100b, 200b с помощью отдельных передающих и принимающих схем через единственное электрическое изолирующее устройство или единственную точку развязки. В результате, требование к пространству платы снижается, и эффект эховозврата устраняется.
Электронное оборудование
Электронное оборудование 100, 200 включает в себя коммутатор 120a, 220a процессорного приемопередатчика и коммутатор 120b, 220b шинного приемопередатчика, соответственно расположенные в первом фрагменте 100a, 200a и втором фрагменте 100b, 200b. Коммутатор 120a, 220a процессорного приемопередатчика и коммутатор 120b, 220b шинного приемопередатчика соединяются с возможностью связи с двунаправленной развязывающей схемой 110, 210. Коммутатор 120a, 220a процессорного приемопередатчика и коммутатор 120b, 220b шинного приемопередатчика также соответственно соединяют с возможностью связи (например, выборочно) схему 130a, 230a процессорного приемопередатчика и схему 130b, 230b шинного приемопередатчика.
Схема 130a, 230a процессорного приемопередатчика включает в себя процессорный передающий вывод 132at, 232at и процессорный приемный вывод 134at, 234at. Как показано на фиг. 2 и 3, коммутатор 120a, 220a процессорного приемопередатчика выборочно соединяется с возможностью связи с процессорным передающим выводом 132at, 232at и процессорным приемным выводом 134at, 234at. Во втором фрагменте 100b, 200b схема 130b, 230b шинного приемопередатчика включает в себя шинный передающий вывод 132bt, 232bt и шинный приемный вывод 134bt, 234bt. Коммутатор 120b, 220b шинного приемопередатчика выборочно соединяется с возможностью связи с шинным передающим выводом 132bt, 232bt и шинным приемным выводом 134bt, 234bt.
Схема 130b, 230b шинного приемопередатчика соединяется с возможностью связи со схемой 150, 250 мА-модуляции и HART-фильтром 160, 260. В частности, как показано на фиг. 2 и 3, шинная передающая схема 132b, 232b соединяется с возможностью связи со схемой 150, 250 мА-модуляции, а шинная принимающая схема 134b, 234b соединяется с возможностью связи с HART-фильтром 160. Схема 150, 250 мА-модуляции и HART-фильтр 160, 260 соединяются с возможностью связи с шинным контуром L1, L2. Схема 150, 250 мА-модуляции сконфигурирована с возможностью передавать цифровую информацию в шинный контур L1, L2, а HART-фильтр 160, 260 сконфигурирована с возможностью принимать цифровую информацию из шинного контура L1, L2.
Как показано на фиг. 2 и 3, коммутатор 120a, 220a процессорного приемопередатчика соединяется с возможностью связи с трансформатором 112, 212 в двунаправленной развязывающей схеме 110, 210, хотя любая подходящая развязывающая схема может быть применена вместо трансформатора 112, 212. Трансформатор 112, 212 соответственно соединяется с возможностью связи с первым фрагментом 100a, 200a и вторым фрагментом 100b, 200b через процессорный вывод 110a, 210a и шинный вывод 110b, 210b. Трансформатор 112, 212 может рассматриваться как схема с двумя входами, где процессорный вывод 110a, 210a и шинный вывод 110b, 210b являются, соответственно, первым входом и вторым входом. Соответственно, трансформатор 112, 212 может быть единственным устройством или единственной точкой развязки, которая сконфигурирована с возможностью принимать цифровую информацию от первого фрагмента 100a, 200a или второго фрагмента 100b, 200b.
Трансформатор 112, 212 может быть выбран и/или спроектирован для конкретного протокола связи. Например, как обсуждалось выше, HART-протокол использует двоичную FSK-схему, где логический "0" является синусоидальным сигналом с частотой 2200 Гц, а логическая "1" является синусоидальным сигналом с частотой 1200 Гц. Дополнительно, ток, доступный для ввода в трансформатор 112, 212, может быть ограничен. Соответственно, различные параметры трансформатора 112, 212 могут быть спроектированы/выбраны, чтобы гарантировать, что форма волны синусоидального сигнала, выводимого трансформатором 112, 212, имеет практически ту же форму, что и синусоидальный входной сигнал в трансформатор 112, 212 как при 2200, так и при 1200 Гц, использует доступное питание током и предотвращает проведение шума, неустановившихся состояний, высокого напряжения или т.п.
Как обсуждалось выше, HART является протоколом полудуплексной связи. Это означает, что только электронное оборудование 100, 200 или устройство на шинном контуре L1, L2 передает в какой-либо заданный момент времени. Например, хост (HOST) отправляет команду, а подчиненное устройство (SLAVE) отправляет ответ. Когда используются в данном документе, выражения "передавать" и "принимать" используются с точки зрения электронного оборудования 100, 200. HART-передача данных выполняется посредством мА-модуляции (изменения уровня тока при частоте 1200 Гц и 2200 Гц). Электронное оборудование 100, 200 принимает в режиме ожидания команды от хоста. Электронное оборудование 100, 200 передает посредством отправки ответа. Принимается ли или передается, сигнал пропускается посредством мА-модуляции. мА-модуляция может быть выполнена посредством схемы 150, 250 мА-модуляции, и HART-фильтр 160, 260 может принимать команду от хоста и может устранять мА-модуляцию.
Как упомянуто выше, цифровая передача данных может быть предоставлена посредством первого фрагмента 100a, 200a. Чтобы предоставлять эту цифровую информацию для передачи, первый фрагмент 100a, 200a включает в себя процессор 140, 240, соединенный с возможностью связи со схемой 130a, 230a процессорного приемопередатчика. Процессор 140, 240 может быть любым подходящим процессором и может включать в себя HART-модем. Например, процессор 140, 240 может состоять из единственного CPU или множества CPU, памяти различных типов, I/O-портов и т.д. Дополнительно или альтернативно, HART-модем, который принимает и передает цифровую информацию, может быть физически отдельным от и/или находиться на связи с процессором, который предоставляет сигнал управления передачей данных.
Как показано на фиг. 2 и 3, процессор 140, 240 сконфигурирована с возможностью предоставлять цифровую информацию процессорной передающей схеме 132a, 232a и принимать цифровую информацию о процессорной принимающей схемы 134a, 234a. Также, как показано на фиг. 2 и 3, процессор 140, 240 предоставляет сигнал 140a, 240a управления передачей данных в двунаправленную развязывающую схему 110, 210. Сигнал 140a, 240a управления передачей данных управляет тем, передает или принимает электронное оборудование 100, 200. Однако, двунаправленная развязывающая схема 110, показанная на фиг. 2, использует сигнал 140a управления передачей данных отлично от того, как двунаправленная развязывающая схема 210 использует сигнал 240a управления передачей данных, показанный на фиг. 3, как будет объяснено более подробно в последующем.
Использование сигнала управления передачей данных
Как показано на фиг. 2, двунаправленная развязывающая схема 110 включает в себя управляющую развязывающую схему 114 в дополнение к трансформатору 112. Управляющая развязывающая схема 114 соединяется с возможностью связи с первым фрагментом 100a и вторым фрагментом 100b. В частности, управляющая развязывающая схема 114 соединяется с возможностью связи с процессором 140 в первом фрагменте 100a. Как показано, управляющая развязывающая схема 114 соединяется с возможностью связи с процессором 140 через первый управляющий сигнальный узел 170a. Управляющая развязывающая схема 114 также соединяется с возможностью связи с коммутатором 120b шинного приемопередатчика. Как показано, управляющая развязывающая схема 114 соединяется с возможностью связи с коммутатором 120b шинного приемопередатчика через второй управляющий сигнальный узел 170b. Первый и второй управляющие сигнальные узлы 170a, 170b могут предоставлять сигнал 140a управления передачей данных коммутаторам 120a, 120b процессорного и шинного приемопередатчиков в одинаковой или различной форме. Управляющая развязывающая схема 114 электрически изолирует первый фрагмент 100a от второго фрагмента 100b, предотвращая проведение электрического шума, неустановившихся состояний, высоких напряжений или т.п., например, из первого фрагмента 100a во второй фрагмент 100b, в то же время все еще предоставляя возможность передачи сигнала 140a управления передачей данных из первого фрагмента 100a во второй фрагмент 100b.
Как показано на фиг. 2, сигнал 140a управления передачей данных предоставляется управляющей развязывающей схеме 114 в двунаправленной развязывающей схеме 110. Управляющая развязывающая схема 114 принимает сигнал 140a управления передачей данных и предоставляет сигнал 140a управления передачей данных коммутатору 120b шинного приемопередатчика для управления состоянием коммутатора 120b шинного приемопередатчика. Как может быть видно, сигнал 140a управления передачей данных также предоставляется коммутатору 120a процессорного приемопередатчика, прежде чем сигнал 140a управления передачей данных принимается управляющей развязывающей схемой 114, чтобы управлять состоянием коммутатора 120a процессорного приемопередатчика.
Управляющая развязывающая схема 114 может включать в себя импульсный трансформатор, такой как, например, импульсный трансформатор на печатной плате (PCB). Импульсный трансформатор может быть желателен, когда сигнал управления передачей данных кодируется в импульсы. Такой вариант осуществления управляющей развязывающей схемы 114 описывается со ссылкой на фиг. 4. Обращаясь к фиг. 2, импульсный трансформатор может гарантировать, что импульс, предоставляемый управляющей развязывающей схемой 114, имеет желаемую форму, такую как форма, которая является практически такой же, что и форма импульса, предоставляемого импульсному трансформатору. Например, импульс, предоставляемый управляющей развязывающей схемой 114, может иметь время нарастания и ширину, которая является практически такой же, что и у импульса, принимаемого импульсным трансформатором. Поскольку импульс, предоставляемый управляющей развязывающей схемой 114, является практически таким же, что и импульс, предоставляемый импульсным трансформатором, коммутатор 120b шинного приемопередатчика может приводиться в действие по желанию.
Хотя управляющая развязывающая схема 114 может включать в себя импульсный трансформатор, любая подходящая развязывающая схема может быть применена. Например, управляющая развязывающая схема 114 может включать в себя специальный трансформатор, спроектированный для других сигналов управления передачей данных. Другое средство изоляции первого фрагмента 100a и второго фрагмента 100b, в то же время все еще предоставляющее возможность передачи сигнала 140a управления передачей данных во второй фрагмент 100b, может быть применено. Пример обсуждается ниже со ссылкой на фиг. 3.
Как показано на фиг. 3, двунаправленная развязывающая схема 210 включает в себя схему 214a формирования импульсов, соединенную с возможностью связи с первым фрагментом 200a. В частности, схема 214a формирования импульсов соединяется с возможностью связи с процессором 240 через первый управляющий сигнальный узел 270a. Схема 214a формирования импульсов также соединяется с возможностью связи с трансформатором 212 в двунаправленной развязывающей схеме 210. Двунаправленная развязывающая схема 210 также включает в себя схему 214b декодирования импульсов, которая соединяется с возможностью связи с трансформатором 212 и вторым фрагментом 200b. Более конкретно, схема 214b декодирования импульсов соединяется с возможностью связи с коммутатором 220b шинного приемопередатчика через второй управляющий сигнальный узел 270b. Первый и второй управляющие сигнальные узлы 270a, 270b могут предоставлять сигнал 240a управления передачей данных коммутаторам 220a, 220b процессорного и шинного приемопередатчиков в одинаковой или различной форме. Схема 214a формирования импульсов и схема 214b декодирования импульсов описываются более подробно ниже со ссылкой на фиг. 4.
Обращаясь к фиг. 3, сигнал 240a управления передачей данных предоставляется в схему 214a формирования импульсов. Схема 214a формирования импульсов принимает сигнал 240a управления передачей данных и предоставляет импульсный сигнал трансформатору 212. Трансформатор 212 предоставляет принятый импульс в схему 214b декодирования импульсов. Схема декодирования импульсов декодирует импульсный сигнал в сигнал 240a управления передачей данных, который предоставляется коммутатору 220b шинного приемопередатчика для управления коммутатором 220b шинного приемопередатчика. Как может быть видно, прежде чем сигнал 240a управления передачей данных принимается схемой 214a формирования импульсов, сигнал 240a управления передачей данных также предоставляется коммутатору 220a процессорного приемопередатчика для управления коммутатором 220a процессорного приемопередатчика.
Передающая и принимающая конфигурация электронного оборудования
Управление коммутатором 120a, 220a процессорного приемопередатчика и коммутатором 120b, 220b шинного приемопередатчика может включать в себя переключение их позиций. Например, одна позиция в коммутаторе 120a, 220a процессорного приемопередатчика может соединять с возможностью связи процессорный вывод 110a, 210a двунаправленной развязывающей схемы 110, 210 с процессорным передающим выводом 132at, 232at. Другая позиция коммутатора в коммутаторе 120a, 220a процессорного приемопередатчика может соединять с возможностью связи процессорный вывод 110a, 210a с процессорным приемным выводом 134at, 234at. В коммутаторе 120b, 220b шинного приемопередатчика позиция может соединять с возможностью связи шинный вывод 110b, 210b с шинным передающим выводом 132bt, 232bt. Другая позиция коммутатора в коммутаторе 120b, 220b шинного приемопередатчика может соединять с возможностью связи шинный вывод 110b, 210b с шинным приемным выводом 134bt, 234bt. Любые подходящие позиции могут быть применены.
Процессор 140, 240 может связываться с шинным контуром L1, L2, управляя позициями коммутаторов для коммутатора 120a, 220a процессорного приемопередатчика и коммутатора 120b, 220b шинного приемопередатчика, так что процессорная передающая схема 132a, 232a в первом фрагменте 100a, 200a соединяется с возможностью связи с процессорным выводом 110a, 210a, а шинная передающая схема 132b, 232b во втором фрагменте 100b, 200b соединяется с возможностью связи с шинным выводом 110b, 210b. Соответственно, процессор 140, 240 может предоставлять данные в шинный контур L1, L2 через процессорную передающую схему 132a, 232a, трансформатор 112, 212 и шинную передающую схему 132b, 232b. Соответственно, электронное оборудование 100, 200 помещается в передающую конфигурацию. Как может быть понятно, электронное оборудование 100, 200 может также быть помещено в принимающую конфигурацию.
Посредством помещения электронного оборудования 100, 200 в передающую конфигурацию или принимающую конфигурацию трансформатор 112, 212 может быть использован для двунаправленной передачи сигнала. Поскольку только единственный трансформатор 112, 212 используется в качестве единственной точки развязки или схемы с двумя входами для цифровых передач данных в любое заданное время, эховозврат, присутствующий в электронном оборудовании 10 предшествующего уровня техники на фиг. 1, может не присутствовать. Кроме того, трансформатор 112, 212 может иметь хорошую целостность синусоидальной (например, HART) формы волны. Например, во время передачи HART-бита, трансформатор 112, 212 может выводить синусоидальный сигнал, имеющий форму, которая является практически такой же, что и форма, принимаемая трансформатором 112, 212. Дополнительно, трансформатор 112, 212 может также быть спроектирован, чтобы удовлетворять разнесению для одобрения работы в опасных условиях.
Управляющая развязывающая схема
Фиг. 4 показывает подробный вид управляющей развязывающей схемы 410, применяющей трансформатор 412 для сигнала 140a, 240a управления передачей данных, такой как импульсный развязывающий трансформатор, применяемый в управляющей развязывающей схеме 114, или трансформатор 212, описанный выше со ссылкой на фиг. 2 и 3. Как показано на фиг. 4, управляющая развязывающая схема 410 включает в себя трансформатор 412, соединенный с возможностью связи со схемой 414a формирования импульсов и схемой 414b декодирования импульсов. Схема 414a формирования импульсов и схема 414b декодирования импульсов могут быть включены в управляющую развязывающую схему 114, описанную выше со ссылкой на фиг. 2. Схема 414a формирования импульсов и схема 414b декодирования импульсов могут также быть такими же, что и схема 214a формирования импульсов и схема 214b декодирования импульсов, описанные выше со ссылкой на фиг. 3.
Фиг. 5 показывает временную диаграмму 500 сигнала, включающую в себя ось 510 времени и ось 520 битового состояния. Временная диаграмма 500 сигнала показана как включающая в себя сигнал 530 управления передачей данных, импульсный сигнал 540 и декодированный сигнал 530' управления передачей данных. Сигнал 530 управления передачей данных может быть таким же, что и сигнал управления передачей данных, описанный выше со ссылкой на фиг. 2 и 3. Импульсный сигнал 540 может быть сформирован посредством схемы формирования импульсов в управляющей развязывающей схеме 114, описанной со ссылкой на фиг. 2, или схемы 214a формирования импульсов, показанной на фиг. 3. Импульсный сигнал 540 может быть декодирован посредством схемы декодирования импульсов в управляющей развязывающей схеме 114, описанной со ссылкой на фиг. 2, или схемы 214a декодирования импульсов, показанной на фиг. 3. Импульсный сигнал 540 может быть декодирован в декодированный сигнал 530' управления передачей данных.
Как показано на фиг. 4, схема 414a формирования импульсов принимает сигнал 530 управления передачей данных от первого фрагмента электронного оборудования, такого как, например, электронное оборудование 100, 200, описанное выше со ссылкой на фиг. 2 и 3. Первый фрагмент может быть первыми фрагментами 100a, 200a, описанными выше со ссылкой на фиг. 2 и 3. Как показано на фиг. 5, сигнал 530 управления передачей данных является цифровым сигналом, где, например, битовое значение "1" может соответствовать электронному оборудованию 100, 200, конфигурируемому для приема данных из контуров L1, L2. Т.е., коммутатор 120a, 220a процессорного приемопередатчика и коммутатор 120b, 220b шинного приемопередатчика соединяют с возможностью связи трансформатор 112, 212 с процессорной принимающей схемой 134a, 234a и шинной принимающей схемой 134b, 234b и коммуникационно развязывают трансформатор 112, 212 от процессорной передающей схемы 132a, 232a и шинной передающей схемы 132b, 232b.
Как может быть понятно, когда сигнал 530 управления передачей данных находится в битовом значении "0", электронное оборудование 100, 200 может быть сконфигурировано для передачи данных в шинные контуры L1, L2. В этой конфигурации процессорные передающие схемы 132a, 232a и шинные передающие схемы 132b, 232b могут быть соединены с возможностью связи с трансформаторами 112, 212, а процессорные принимающие схемы 134a, 234a и шинные принимающие схемы 134b, 234b могут быть коммуникационно развязаны от трансформаторов 112, 212.
Управление по сигналу 530 управления передачей данных коммутаторами 120a, 220a процессорного приемопередатчика и коммутаторами 120b, 220b шинного приемопередатчика иллюстрируется штриховыми линиями между сигналами 140a, 240a управления передачей данных и коммутаторами 120a, 220a процессорного приемопередатчика и коммутаторами 120b, 220b шинного приемопередатчика на фиг. 2 и 3. Как может быть понятно, как показано на фиг. 2 и 3, сигнал 530 управления передачей данных может также быть предоставлен в управляющую развязывающую схему 114 и схему 214a формирования импульсов и предоставлен посредством управляющей развязывающей схемы 114 и схемы 214b декодирования импульсов, функции которой описываются со ссылкой на фиг. 4.
Как показано на фиг. 4, схема 414a формирования импульсов принимает сигнал 530 управления передачей данных, который иллюстрируется как цифровая форма волны, и формирует импульсный сигнал 540. Импульсы в импульсном сигнале 540 могут быть в диапазоне микросекунд (кГц) и, следовательно, могут быть отфильтрованы из контура мА-тока посредством простого низкочастотного фильтра. Импульсы в импульсном сигнале 540 показаны как состоящие из положительного импульса и отрицательного импульса. Однако, любой подходящий импульсный сигнал может быть применен.
Схема 414a формирования импульсов может создавать положительный импульс и отрицательный импульс посредством переключения опорного напряжения, на полпути между источником напряжения, между питанием и заземлением. Продолжительность может регулироваться посредством резистивно-емкостной (RC) схемы синхронизации. Однако, любое подходящее средство может быть применено для создания показанного импульсного сигнала 540 или любого другого импульсного сигнала.
Схема 414b декодирования импульсов декодирует импульсный сигнал 540 в декодированный сигнал 530' управления передачей данных. В оном примере схема 414b декодирования импульсов может состоять из двух МОП-транзисторов, которые обнаруживают положительный или отрицательный импульс и запирают его с помощью триггерной схемы (синхронизируемого D-типа). Положительное обнаружение запирает "коммутатор" в одном направлении, а отрицательный импульс запирает "коммутатор" в другом направлении. В варианте осуществления на фиг. 3, амплитуда импульсного сигнала 540 может быть больше амплитуды цифровых передач данных. Соответственно, цифровые передачи данных не обнаруживаются, например, посредством двух МОП-транзисторов. Например, амплитуда импульсного сигнала 540 может быть больше порогового значения для запирания двух МОП-транзисторов, тогда как амплитуда цифровых передач данных может быть меньше порогового значения для запирания. В результате, только импульсный сигнал 540 декодируется в декодированный сигнал 530' управления передачей данных. Соответственно, декодированный сигнал 530' управления передачей данных может быть повторно создан и использован для управления, например, коммутаторами 120b, 220b шинного приемопередатчика, показанными на фиг. 2 и 3. Однако любое подходящее средство может быть применено для декодирования импульсного сигнала 540 в декодированный сигнал 530' управления передачей данных.
Как обсуждалось выше, трансформатор 412, показанный на фиг. 4, может быть импульсным трансформатором в управляющей развязывающей схеме 114, показанной на фиг. 2, или трансформатором 212, показанным на фиг. 3. Обе двунаправленные развязывающие схемы 110, 210, показанные на фиг. 2 и 3, используют импульсные сигналы для переключения между принимающей конфигурацией и передающей конфигурацией. Трансформатор 212, показанный на фиг. 3, может пропускать HART-частоты 1200 Гц и 2200 Гц. Соответственно, трансформатор 212 может включать в себя магнитные сердечники вследствие относительно низких частот. Управляющая развязывающая схема 114, показанная на фиг. 2, может пропускать только относительно высокочастотный импульс, такой как импульсный сигнал 540, показанный на фиг. 5, и может, следовательно, быть спроектирована соответствующим образом. Двунаправленная развязывающая схема 110 на фиг. 2 может подходить для маломощных применений, а двунаправленная развязывающая схема 210 на фиг. 3 может использовать обычный трансформатор для передачи и импульсного сигнала 540, и цифровых передач данных. Однако, как может быть понятно, любая подходящая развязывающая схема может быть применена и необязательно требует использования импульсных сигналов.
Способ электрической изоляции фрагмента электронного оборудования
Фиг. 6 показывает способ 600 электрической изоляции фрагмента электронного оборудования. Как показано на фиг. 6, способ 600 начинается приемом с помощью двунаправленной развязывающей схемы сигнала управления передачей данных на этапе 610. Двунаправленная развязывающая схема может отделять первый фрагмент и второй фрагмент электронного оборудования. Сигнал управления передачей данных предоставляется посредством первого фрагмента. На этапе 620 способ 600 предоставляет с помощью двунаправленной развязывающей схемы принятый сигнал управления передачей данных коммутатору шинного приемопередатчика, расположенному во втором фрагменте.
Способ 600 может дополнительно включать в себя предоставление трансформатора в двунаправленной развязывающей схеме. Трансформатор, предоставленный посредством способа 600, может или не может быть таким же, что и трансформаторы 112, 212, обсужденные выше со ссылкой на фиг. 2 и 3. Когда трансформатор предусматривается в двунаправленной развязывающей схеме, способ 600 может дополнительно включать в себя предоставление и соединение с возможностью связи схемы формирования импульсов с трансформатором и предоставление и соединение с возможностью связи схемы декодирования импульсов с трансформатором.
Схема формирования импульсов может принимать сигнал управления передачей данных от первого фрагмента, формировать импульсный сигнал на основе сигнала управления передачей данных и предоставляет импульсный сигнал трансформатору. Схема декодирования импульсов может принимать импульсный сигнал от трансформатора и декодировать принятый импульсный сигнал в сигнал управления передачей данных, принятый коммутатором шинного приемопередатчика. Схема формирования импульсов и схема декодирования импульсов, применяемые способом 600, могут соответственно быть такими же, что и схема 214a, 414a формирования импульсов и схема 214b, 414b декодирования импульсов, описанные выше, хотя любые подходящие схемы могут быть применены.
Дополнительно или альтернативно, способ 600 может дополнительно включать в себя предоставление управляющей развязывающей схемы. Когда управляющая развязывающая схема предоставляется, способ 600 может также включать в себя прием с помощью управляющей развязывающей схемы сигнала управления передачей данных и предоставление с помощью управляющей развязывающей схемы принятого сигнала управления передачей данных коммутатору шинного приемопередатчика, расположенному во втором фрагменте. Управляющая развязывающая схема, применяемая способом 600, может или не может быть управляющей развязывающей схемой 114, описанной выше со ссылкой на фиг. 2, хотя любая подходящая развязывающая схема может быть применена.
Предоставление управляющей развязывающей схемы может включать в себя предоставление схемы формирования импульсов, которая принимает сигнал управления передачей данных и формирует импульсный сигнал на основе сигнала управления передачей данных, и предоставление и соединение с возможностью связи трансформатора со схемой формирования импульсов. Трансформатор может принимать импульсный сигнал от схемы формирования импульсов и предоставлять импульсный сигнал. Предоставление управляющей развязывающей схемы может также включать в себя предоставление и соединение с возможностью связывания схемы декодирования импульсов с трансформатором. Схема декодирования импульсов может принимать импульсный сигнал, предоставляемый трансформатором, и декодировать принятый импульсный сигнал в сигнал управления передачей данных, принимаемый коммутатором шинного приемопередатчика. Схема формирования импульсов и схема декодирования импульсов могут быть схемой формирования импульсов и схемой декодирования импульсов, включенными в управляющую развязывающую схему 114, описанную выше со ссылкой на фиг. 2, хотя могут быть применены любые подходящие схемы.
Способ 600 может также включать в себя предоставление и размещение коммутатора процессорного приемопередатчика в первом фрагменте и конфигурирование коммутатора процессорного приемопередатчика для управления по сигналу управления передачей данных. Коммутатор процессорного приемопередатчика, применяемый способом 600, может быть коммутаторами 120a, 220a процессорного приемопередатчика, описанными выше, хотя любой подходящий коммутатор может быть применен.
Способ 600 может дополнительно включать в себя предоставление схемы процессорного приемопередатчика, имеющей процессорный передающий вывод и процессорный приемный вывод. Схема процессорного приемопередатчика, применяемая способом 600, может быть схемами 130a, 230a процессорного приемопередатчика, описанными выше со ссылкой на фиг. 2 и 3. Когда схема процессорного приемопередатчика предоставляется, способ 600 может также включать в себя выборочное соединение с возможностью связи коммутатора процессорного приемопередатчика с процессорным передающим выводом и процессорным приемным выводом.
Этап предоставления схемы процессорного приемопередатчика может включать в себя предоставление процессорной передающей схемы и процессорной принимающей схемы. Когда процессорная передающая схема и процессорная принимающая схема предусматриваются, способ 600 может также включать в себя прием с помощью процессорной передающей схемы цифровой информации, предоставляемой процессором в первом фрагменте, и передачу с помощью процессорной передающей схемы принятой цифровой информации коммутатору процессорного приемопередатчика, и/или прием с помощью процессорной принимающей схемы цифровой информации от коммутатора процессорного приемопередатчика и передачу с помощью процессорной принимающей схемы принятой цифровой информации процессору.
Способ 600 может дополнительно включать в себя предоставление схемы шинного приемопередатчика, имеющей шинный передающий вывод и шинный приемный вывод, и выборочное соединение с возможностью связи коммутатора шинного приемопередатчика с шинным передающим выводом и шинным приемным выводом. Предоставление схемы шинного приемопередатчика может содержать предоставление шинной передающей схемы и шинной принимающей схемы. Когда шинная передающая схема и шинная принимающая схема предоставляются, способ 600 может дополнительно включать в себя прием с помощью шинной передающей схемы цифровой информации от коммутатора шинного приемопередатчика и передачу принятой цифровой информации в шинный контур, и прием с помощью шинной принимающей схемы цифровой информации из шинного контура и передачу принятой цифровой информации коммутатору шинного приемопередатчика.
Электронное оборудование 100, 200, и, в частности, двунаправленная развязывающая схема 110, 210 электрически изолирует первый фрагмент 100a, 200a электронного оборудования 100, 200 и второй фрагмент 100b, 200b электронного оборудования 100, 200 друг от друга. Двунаправленная развязывающая схема 110, 210 применяет единственное изолирующее устройство в качестве единственной точки развязки, такое как трансформаторы 112, 212, описанные выше, как для приема информации из шинных контуров L1, L2, так и для передачи информации в шинные контуры L1, L2. В результате, меньше пространства платы используется, и проблема эховозврата устраняется.
Подробные описания вышеупомянутых вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, рассматриваемых изобретателями как находящиеся в рамках настоящего описания. В действительности, специалисты в области техники поймут, что определенные элементы вышеописанных вариантов осуществления могут по-разному быть объединены или устранены, чтобы создавать дополнительные варианты осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления попадают в рамки и учения настоящего описания. Также обычным специалистам в данной области техники будет очевидно, что вышеописанные варианты осуществления могут быть объединены в целом или частично, чтобы создавать дополнительные варианты осуществления в рамках и учениях настоящего описания.
Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления описываются в данном документе в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в рамках настоящего описания, как поймут специалисты в связанной области техники. Учения, предоставленные в данном документе, могут быть применены к другому электронному оборудованию, а не только к вариантам осуществления, описанным выше и показанным на сопровождающих чертежах. Соответственно, рамки вариантов осуществления, описанных выше, должны быть определены из последующей формулы изобретения.