ИНТЕРФЕЙСНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОЙ СВЯЗИ ДЛЯ ПРОВОДНОЙ ПАРЫ С ИНДИВИДУАЛЬНО РЕГУЛИРУЕМЫМИ ГРАНИЦАМИ ПЕРЕХОДА
INTERFACE DIGITAL COMMUNICATION CIRCUIT FOR WIRED PAIR WITH INDIVIDUALLY ADJUSTABLE TRANSITION BORDERS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к цифровому интерфейсу связи и более конкретно - к интерфейсной схеме для обеспечения связи устройства с проводной парой, такой как цифровой адресный интерфейс освещения (DALI).
Уровень техники
В последние годы новые или более строгие требования были наложены на системы освещения, такие, как повышенные требования по энергосбережению, и необходимость совмещения растущего многообразия различных видов осветительных устройств (например, лампы накаливания, флуоресцентной лампы, светоизлучающего диода и т.д.) с различными требованиями по управлению, причем с различными типами осветительных устройств, которые часто используются в пределах одного здания или даже одной комнаты. Эти требования приводят к необходимости в больших возможностях и гибкости в управлении осветительных устройств в пределах объекта.
В ответ на эти потребности светотехническая промышленность разработала стандарт цифрового адресного интерфейса освещения (DALI) для цифровой связи между отдельными компонентами системы освещения. Большое разнообразие различных устройств DALI от разных производителей могут быть соединены вместе и интегрированы в систему освещения. Это обеспечивает высокий уровень гибкости в конфигурировании системы освещения при уверенности в совместимости между всеми устройствами. Возможности управления и задания адреса позволяют совместимой системе освещения DALI индивидуально управлять уровнем освещения каждого из источников света, а также легко управлять уровнями освещения для групп источников света.
Для поддержания такой совместимости стандарт DALI накладывает требования на интерфейсы устройств управления и ведомых устройств для совместимости с другими устройствами по шине DALI. Интерфейсы DALI подключаются к двухпроводной дифференциальной шине управления/данных, которая является общей для групп интерфейсов DALI. Сообщения DALI являются последовательными потоками данных и соответствуют би-фазовому кодированию, Manchester IEEE 802.3, в котором битовые переходы происходят между типичными уровнями напряжения 16 вольт (Н) и 0 вольт (L).
Фиг. 1 иллюстрирует отношения диапазона напряжений для дифференциальной двухпроводной линии ("проводной пары") шины DALI (которая также может упоминаться как контур DALI или сеть DALI). Источник питания, как правило, включен в мастер-контроллер, обеспечивая необходимый уровень напряжения на шине DALI. Каждый интерфейс DALI получает информацию путем определения изменений напряжения, представляющих битовые значения, и передает информацию либо не фиксируя или фиксируя (короткое замыкание) напряжение на двухпроводной шине DALI.
Электромагнитные помехи (EMI) являются проблемой для многих электронных устройств и схем. В частности, EMI могут представлять ограничения на амплитуду высокочастотных гармонических составляющих сигналов, переданных по шине связи. Например, стандарт DALI накладывает как верхние, так и нижние ограничения на время нарастания и спада (краевые переходы) сигналов, передаваемых по шине DALI. Соблюдение этих требований должно быть обеспечено посредством интерфейсных схем устройств DALI.
Для соблюдения этих требований были разработаны несколько различных схем интерфейса связи. В частности, примеры интерфейсных схем DALI описаны в: патентной публикации заявки США 2004/0225811; патенте США 6876224, в публикации патентной заявки США 2005/0152440; и в публикации патентной заявки США 2009/0003417.
Тем не менее каждая из этих интерфейсных схем связи имеет определенные недостатки или ограничения, относящиеся к сложности, стоимости и/или производительности.
Таким образом, было бы желательно обеспечить интерфейсную схему связи, которая может обеспечить гибкое управление временем нарастания и спада краевых переходов для удовлетворения желаемой характеристики EMI без неоправданной сложности и стоимости.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение направлено на предлагаемые способы и устройства для обеспечения связи устройства с проводной парой для цифровой связи и, более конкретно, к интерфейсной схеме для обеспечения связи устройства с проводной парой, такой как шина цифрового адресного интерфейса освещения (DALI).
Как правило, в одном аспекте, это устройство включает в себя интерфейсную схему, сконфигурированную с возможностью взаимодействия с контроллером посредством шины цифрового адресного интерфейса освещения (DALI). Интерфейсная схема включает в себя: диодный мост; ограничитель тока; первый оптрон; накопительный конденсатор питания; первое однонаправленное устройство; стабилитрон; второй оптрон; первый фильтр нижних частот первого порядка; второй фильтр нижних частот первого порядка; и полевой транзистор. Диодный мост имеет пару полярно независимых входных выводов, сконфигурированных с возможностью связи с шиной DALI, и дополнительно имеет положительный выходной вывод и отрицательный выходной вывод. Ограничитель тока имеет вход и выход, причем вход соединен с положительным выходным выводом диодного моста. Первый оптрон имеет первый и второй входные выводы и первый и второй выходные выводы, причем первый входной вывод соединен с выходом ограничителя тока, и причем выходные выводы соединены с приемником. Первый оптрон сконфигурирован с возможностью предоставления приемнику принятого сигнала, принимаемого по шине DALI через диодный мост. Накопительный конденсатор питания подключен через первое однонаправленное устройство между выходом ограничителя тока и отрицательным выходным выводом диодного моста. Первое однонаправленное устройство обеспечивает протекание тока с выхода ограничителя тока для накопления напряжения на накопительном конденсаторе питания и предотвращает разрядку напряжения на накопительном конденсаторе питания через ограничитель тока и первый оптрон. Стабилитрон подключен между вторым входным выводом первого оптрона и отрицательным выходным выводом диодного моста и сконфигурирован с возможностью установления уровня напряжения у напряжения, накопленного накопительным конденсатором питания. Второй оптрон имеет первый и второй входные выводы и первый и второй выходные выводы, причем первый и второй входные выводы соединены, чтобы принимать передаваемый сигнал, генерируемый контроллером, и при этом первый выходной вывод соединен, чтобы принимать напряжения питания от накопительного конденсатора питания. Первый фильтр нижних частот первого порядка имеет входной вывод и выходной вывод, причем входной вывод соединен со вторым выходным выводом второго оптрона. Первый фильтр нижних частот первого порядка содержит шунтирующий резистор, подключенный между входным выводом первого фильтра нижних частот первого порядка и отрицательным выходным выводом диодного моста, первый и второй последовательные резисторы, подключенные между входным выводом первого фильтра нижних частот первого порядка и выходным выводом первого фильтра нижних частот первого порядка, второе однонаправленное устройство, подключенное параллельно с одним, из первого или второго последовательных резисторов, и шунтирующий конденсатор, подключенный между выходным выводом первого фильтра нижних частот первого порядка и отрицательным выходным выводом диодного моста. Второй фильтр нижних частот первого порядка имеет входной вывод и выходной вывод, причем входной вывод соединен с выходным выводом первого фильтра нижних частот первого порядка, четвертый резистор подключен между входным выводом и выходным выводом второго фильтра нижних частот первого порядка, и причем второй фильтр нижних частот первого порядка имеет частоту среза, зависимую от напряжения. Полевой транзистор имеет первый и второй выводы, сток и исток, подключенные соответственно с положительным и отрицательным выходными выводами диодного моста, и имеющий вывод затвора, подключенный к выходному выводу второго фильтра нижних частот первого порядка.
В одном варианте воплощения частота среза второго фильтра нижних частот первого порядка уменьшается как функция от увеличивающегося входного напряжения, обеспечиваемого для него, когда входное напряжение превышает пороговое напряжение полевого транзистора.
В другом варианте воплощения второй фильтр нижних частот первого порядка включает в себя шунтирующую емкость между выводом затвора полевого транзистора и отрицательным выходным выводом диодного моста, причем шунтирующая емкость увеличивается, когда входное напряжение на втором фильтре нижних частот первого порядка увеличивается и становится больше, чем пороговое напряжение полевого транзистора.
Согласно другому варианту воплощения устройство включает в себя контроллер, причем контроллер сконфигурирован с возможностью управления осветительным устройством. В соответствии с еще одним вариантом воплощения стабилитрон имеет напряжение пробоя (перегиб стабилитрона), которое составляет между приблизительно 4,7 вольт и приблизительно 6,2 вольт.
Как правило, в другом аспекте это устройство включает в себя интерфейсную схему, выполненную с возможностью взаимодействия с контроллером с помощью шины цифрового адресного интерфейса освещения (DALI). Интерфейсная схема включает в себя: диодный мост; первый оптрон; второй оптрон; управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент; и первый и второй фильтры нижних частот первого порядка. Диодный мост имеет пару полярно независимых входных выводов, выполненных с возможностью связи с шиной DALI, и дополнительно имеет положительный выходной вывод и отрицательный выходной вывод. Первый оптрон функционально соединен с диодным мостом и сконфигурирован с возможностью соединения с приемником принятого сигнала, принимаемого на шине DALI через диодный мост. Второй оптрон выполнен с возможностью приема передаваемого сигнала, генерируемого контроллером. Управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент подключен к положительному и отрицательному выходным выводам диодного моста. Первый и второй фильтры нижних частот первого порядка соединены каскадом между вторым оптроном и выводом управления управляемого напряжением изменяемого резистивного элемента. Первый фильтр нижних частот первого порядка включает в себя развязанные пути зарядки и разрядки таким образом, чтобы развязывать время нарастания передаваемого сигнала и время падения передаваемого сигнала таким образом, что время нарастания отличается от времени падения. Второй фильтр нижних частот первого порядка имеет частоту среза в зависимости от напряжения. Управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент функционально соединен с диодным мостом и сконфигурирован с возможностью предоставлять передаваемый сигнал, сгенерированный контроллером, шине DALI через диодный мост.
В одном варианте воплощения интерфейсная схема дополнительно включает в себя источник напряжения передачи и опорное напряжение передачи для задания напряжения источника напряжения передачи. Источник напряжения передачи подает напряжение на выходную сторону второго оптрона, и опорное напряжение передачи обеспечено током от шины DALI.
Согласно еще одному варианту воплощения управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент содержит полевой транзистор, подключенный между положительным и отрицательным выходными выводами диодного моста.
Согласно еще одному варианту воплощения первый фильтр нижних частот первого порядка содержит: первый и второй последовательные резисторы, подключенные между выходом второго оптрона и входом второго фильтра нижних частот первого порядка; однонаправленное устройство, параллельное с одним из первого или второго последовательных резисторов; и конденсатор, соединенный между выходом первого фильтра нижних частот первого порядка и отрицательным выходным выводом диодного моста.
Согласно еще одному варианту воплощения частота среза второго фильтра нижних частот первого порядка уменьшается, когда входное напряжение на втором фильтре нижних частот первого порядка увеличивается и становится больше, чем пороговое значение.
В соответствии с другим вариантом воплощения второй фильтр нижних частот первого порядка включает в себя шунтирующую емкость, подключенную между выходом второго фильтра нижних частот первого порядка и отрицательным выходным выводом диодного моста, причем шунтирующая емкость увеличивается, когда входное напряжение на втором фильтре нижних частот первого порядка увеличивается и становится больше, чем пороговое значение. В соответствии с одним дополнительным признаком этого варианта воплощения управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент включает в себя полевой транзистор, и пороговое значение равно пороговому напряжению полевого транзистора. В соответствии с другим дополнительным признаком этого варианта воплощения шунтирующая емкость включает в себя емкость затвор-исток полевого транзистора.
В соответствии с еще одним вариантом воплощения устройство дополнительно включает в себя контроллер, причем контроллер сконфигурирован с возможностью управления осветительным устройством.
Как правило, в еще одном аспекте устройство включает в себя интерфейсную схему, сконфигурированную с возможностью обеспечения связи устройства с проводной парой. Интерфейсная схема включает в себя: диодный мост; первое гальваническое изолирующее устройство; второе гальваническое изолирующее устройство; управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент; и первый фильтр. Диодный мост имеет пару полярно независимых входных выводов, сконфигурированных с возможностью связи с проводной парой, и дополнительно имеет положительный выходной вывод и отрицательный выходной вывод. Первое гальваническое изолирующее устройство функционально соединено с диодным мостом и выполнено с возможностью вывода принимаемого сигнала, принятого на проводной паре через диодный мост. Второе гальваническое изолирующее устройство выполнено с возможностью приема передаваемого сигнала. Управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент соединен к положительному и отрицательному выходным выводам диодного моста. Первый фильтр соединен между вторым гальваническим изолирующим устройством и управляемым напряжением изменяемым резистивным элементом. Первый фильтр включает в себя развязанные пути зарядки и разрядки таким образом, чтобы развязывать время нарастания передаваемого сигнала от времени падения передаваемого сигнала. Управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент функционально соединен с диодным мостом и сконфигурирован с возможностью связи по передаваемому сигналу с проводной парой через диодный мост.
В одном варианте воплощения интерфейсная схема дополнительно содержит второй фильтр, подключенный между первым фильтром и управляющим выводом управляемого напряжением изменяемого резистивного элемента, причем второй фильтр имеет частотную характеристику, зависимую от напряжения. В дополнительном варианте этого варианта воплощения первый фильтр включает в себя: первый и второй последовательные резисторы, соединенные между выходом второго гальванического изолирующего устройства и входом второго фильтра; однонаправленное устройство, параллельное с одним из первого или второго последовательных резисторов; и конденсатор, подключенный между входом второго фильтра и отрицательным выходным выводом диодного моста. В соответствии с другим дополнительным вариантом этого варианта воплощения второй фильтр имеет частоту среза, которая уменьшается, когда напряжение на входе второго фильтра увеличивается и становится больше, чем пороговое значение. В соответствии с еще одним дополнительным изменением этого варианта воплощения второй фильтр включает в себя шунтирующую емкость между выходом второго фильтра и отрицательным выходным выводом диодного моста, причем шунтирующая емкость увеличивается, когда входное напряжение на втором фильтре возрастает и становится больше, чем пороговое значение. В соответствии с еще одним дополнительным изменением этого варианта воплощения управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент содержит полевой транзистор, и пороговое значение равно пороговому напряжению полевого транзистора.
Для целей настоящего описания используемый здесь термин "источник света" следует понимать как относящийся к любому одному или более из множества источников излучения, в том числе, но не ограничиваясь ими, источники на основе LED (включающих в себя один или более светодиодов, как определено выше), источники накаливания (например, лампы накаливания, галогеновые лампы), люминесцентные источники, фосфоресцирующие источники, разрядные источники высокой интенсивности (например, натриевые, ртутные и металлогалогеновые лампы), лазеры, другие виды электролюминесцентных источников, пиро-люминесцентные источники (например, пламя), свече-люминесцентные источники (например, газокалильные сетки, источники излучения угольной дуги), фото-люминесцентные источники (например, газообразные разрядные источники), катодные-люминесцентные источники с использованием электронного насыщения, гальвано-люминесцентные источники, кристалло-люминесцентные источники, кине-люминесцентные источники, термо-люминесцентные источники, трибо-люминесцентные источники, сонолюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.
"Драйвер освещения" используется здесь для обозначения устройства, которое подает электроэнергию к одному или более источникам света в такой форме, которая побуждает источники света излучать свет. В частности, драйвер освещения может принять электрическую мощность в первой форме (например, мощность сети переменного тока; фиксированное напряжение постоянного тока; т.д.) и обеспечить питанием во второй форме, которая адаптирована к требованиям источника(ов) света (например, LED источника(ов) света), который он возбуждает.
Термин "модуль освещения" используется здесь для обозначения модуля, который может включать в себя плату (например, печатную плату), имеющую один или больше источников света, установленных на ней, а также один или более связанных с ними электронных компонентов, таких как датчики, источники тока и т.д., и который выполнен с возможностью подключения к драйверу освещения. Такие модули освещения могут быть включены в слоты в осветительном приборе, или материнской плате, на которых может быть предусмотрен драйвер освещения. Такие модули освещения могут быть включены в слоты в осветительном приборе, или материнской плате, на которых может быть предусмотрен драйвер освещения.
Термин "осветительный блок" используется здесь для обозначения устройства, включающего в себя один или более источников света одного или разных типов. Данный осветительный блок может иметь любую из различных монтажных компоновок для источника(в) света, компоновок корпуса/кожуха и форм, и/или электрические и механические конфигурации подключения. Кроме того, данный осветительный блок, необязательно, может быть связан с (например, включать в себя, быть подключенным к и/или пакетированным вместе с) различными другими компонентами (например, схемой управления; драйвером освещения), относящимися к работе источника(ов) света.
Термины "осветительный прибор" и "светильник" используются здесь взаимозаменяемо для обозначения реализации или компоновки одного или нескольких осветительных блоков в конкретном форм-факторе, сборке или упаковке, и могут быть связаны с (например, включать в себя, подключены к и/или пакетированы вместе с) другими компонентами.
Термин «контроллер» используется здесь, как правило, для описания, различных устройств, относящихся к работе одного или более источников света. Контроллер может быть реализован различными способами (например, такими как с выделенным аппаратным средством) для выполнения различных функций, описанных здесь. "Процессор" является одним из примеров контроллера, который может использовать один или более микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с помощью программного обеспечения (например, микрокода) на выполнение различных функций, описанных здесь. Контроллер может быть реализован с использованием или без использования процессора, а также может быть реализован как сочетание выделенного аппаратного средства для выполнения некоторых функций и процессора (например, одного или более запрограммированных микропроцессоров и связанных схем) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые могут быть использованы в различных вариантах воплощения настоящего изобретения, включают в себя, но не ограничиваются ими, обычные микропроцессоры, специализированные интегральные схемы (ASIC) и программируемые вентильные матрицы (FPGA).
Следует понимать, что, когда элемент обозначается как "подключен" или "связан" с другим элементом, он может быть непосредственно подключен или связан с другим элементом или могут присутствовать промежуточные элементы. В отличие от этого, когда элемент указывается как "непосредственно подключен" или "непосредственно соединен" с другим элементом, то промежуточные элементы не присутствуют.
Термин "приблизительно", использованный в данном описании, означает в пределах +/-5% от номинального значения. Термин "по существу" означает в пределах 10% от номинального значения.
Следует иметь в виду, что все комбинации вышеуказанных понятий и дополнительных понятий, более подробно обсуждаемых ниже (при условии, что такие понятия не взаимно несовместимы), рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрываемого здесь. В частности, все комбинации заявленного объекта изобретения, содержащиеся в конце настоящего раскрытия, рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрываемого здесь. Следует также понимать, что терминология, используемая здесь в явном виде, которая также может появляться в любом раскрытии, включенном посредством ссылки, должна восприниматься в соответствии с наиболее конкретными понятиями, раскрытыми здесь.
Краткое описание чертежей
На чертежах одинаковые ссылочные позиции, как правило, относятся к одинаковым частям в различных видах. Кроме того, чертежи необязательно выполнены в масштабе, а напротив, вместо этого, в общем, иллюстрируют принципы изобретения.
Фиг. 1 иллюстрирует соотношения диапазонов напряжения для двух дифференциальных линий напряжения ("проводная пара") шины DALI на передающем и принимающем блоках.
Фиг. 2 является концептуальной схемой устройства, имеющего интерфейсную схему для сопряжения устройства с шиной DALI, в соответствии с различными вариантами воплощения изобретения.
Фиг. 3 является функциональной структурной схемой одного варианта воплощения устройства, имеющего интерфейсную схему для сопряжения устройства с шиной DALI.
Фиг.4 является структурной схемой другого варианта воплощения устройства, имеющего интерфейсную схему для сопряжения устройства с шиной DALI.
Осуществление изобретения
Как описано выше, существует общая потребность в интерфейсной схеме связи, которая может гарантировать, что сигналы, передаваемые через интерфейс, удовлетворяют заданным верхним и нижним пределам по времени нарастания и спада фронтовых переходов сигналов, передаваемых с помощью интерфейсной схемы.
Таким образом, настоящим изобретением было признано и оценено, что было бы полезным обеспечить интерфейсную схему связи, которая обеспечивает более гибкое управление во время нарастания и спада фронтовых переходов передаваемого сигнала.
Ввиду вышеизложенного различные варианты воплощения и реализации настоящего изобретения направлены на интерфейсную схему связи и устройство, которое включает в себя интерфейсную схему связи. В частности, различные варианты воплощения и реализации настоящего изобретения направлены на интерфейсную схему, которая развязывает время нарастания и время спада фронтовых переходов передаваемого сигнала. Кроме того, различные варианты воплощения и реализации настоящего изобретения направлены на интерфейсную схему, которая может достичь дополнительного замедления спадающего фронтового перехода, который в некоторых реализациях, как правило, быстрее, чем нарастающий фронтовой переход.
Чтобы обеспечить конкретную иллюстрацию концепций изобретения, раскрытых в данной патентной заявке, Фиг. 2 является концептуальной схемой одного варианта воплощения устройства 20, имеющего интерфейсную схему 200 для сопряжения устройства с шиной DALI. Следует иметь в виду, что устройство DALI предоставляется в качестве примерного применения концепций изобретения, но в концепции изобретения могут быть применены к другим интерфейсам связи и, в частности, к интерфейсной схеме для сопряжения устройств с другими проводными парами.
В примере, показанном на Фиг. 2, устройство 20 является устройством DALI и может включать в себя контроллер 27 для управления работой одного или более световых блоков или светильников с помощью сигналов, передаваемых по шине DALI. Каждый блок освещения или светильник может включать в себя драйвер освещения и/или балласт вместе с одним или более источниками света.
Интерфейсная схема 200 включает в себя: диодный мост 210; первое гальваническое изолирующее устройство 220; второе гальваническое изолирующее устройство 230; первый фильтр 240; второй фильтр 250; и управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 260.
Диодный мост 210 имеет полярно независимые входные выводы, связанные с проводной парой (например, шиной DALI), и также имеет положительный выходной вывод и отрицательный выходной вывод.
Первое гальваническое изолирующее устройство 220 функционально подключено к диодному мосту 210 и выводит принимаемый сигнал, полученный по шине DALI с помощью диодного моста 210. В устройстве 20 первое гальваническое изолирующее устройство 220 выводит принимаемый сигнал на контроллер 27 устройства 20, например, через схему согласования принятого сигнала, не показано. Первое гальваническое изолирующее устройство 220 обеспечивает возможность для интерфейсной схемы 200 сообщать принимаемый сигнал в контроллер 27 при сохранении гальванической изоляции между шиной DALI и интерфейсной схемой 200 с одной стороны, и остальным устройством 20, в том числе контроллером 27, с другой стороны.
Второе гальваническое изолирующее устройство 230 выполнено с возможностью приема передающего сигнала от контроллера 27 устройства 20, например, с помощью схемы согласования сигнала передачи контроллера, не показано, и подает сигнал передачи на первый фильтр 240. Второе гальваническое изолирующее устройство 230 обеспечивает способность для интерфейсной схемы 200 принимать сигнал передачи от контроллера 27, сохраняя при этом гальваническую изоляцию между шиной DALI и интерфейсной схемой 200 с одной стороны, и остальным устройством 20, в том числе контроллером 27, с другой стороны.
CN,
PN
PN
CN
PN
PN
PN
TH
PN
CN
PN
CN
Управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 260 подключен между положительным и отрицательным выходными выводами диодного моста 210, обозначенными на Фиг. 2 как узлы P и N, соответственно. В частности, управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 260 имеет первый вывод, подключенный к положительному выходному выводу диодного моста 210, и второй вывод, подключенный к отрицательному выходному выводу диодного моста 210. Управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 260 также имеет вывод управления, который подключен к выходу второго фильтра 250 в узле, обозначенном как С на Фиг. 2, и к которому прикладывается управляющее напряжение V которое варьирует сопротивление R управляемого напряжением изменяемого резистивного элемента 260. То есть сопротивление управляемого напряжением изменяемого резистивного элемента 260 между узлами P и N является функцией напряжения между узлами С и N: R(V). В некоторых вариантах воплощения управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 260 имеет переменное сопротивление R, которое изменяется в диапазоне низкого значения в несколько Ом (например, <10 Ом, как 2-8 Ом) до высокого значения в несколько мегаОм. Интерфейс 200 передает высокое значение напряжения (например, напряжение 16 вольт ±4,5 вольт) к проводной паре (например, шине DALI), побуждая управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 260 иметь высокое сопротивление R (например, >1 MΩ), и передает низкое значение напряжения (например, напряжение 0 вольт ±4,5 вольт) к шине DALI, побуждая управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 260 иметь низкое сопротивление R (например, <10Ω). В контексте шины DALI данные передаются при заданной скорости передачи информации (например, 1200 бит/с), используя Манчестер кодирование, так что каждый бит данных включает в себя часть с высоким значением напряжения и часть с низким значением напряжения. В некоторых вариантах воплощения управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент может содержать полевой транзистор (FET). В некоторых вариантах воплощения управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 260 может иметь пороговое напряжение V 3-4 вольт, причем сопротивление R очень низкое (например, <10Ω) для управления или ввода напряжения V, которое больше, чем пороговое напряжение, и сопротивление R очень высокое (например, >1 MΩ) для управления или ввода напряжения V, которое меньше порогового напряжения.
Первый и второй фильтры 240 и 250 расположены каскадом (последовательное соединение) между вторым гальваническим изолирующим устройством 230 и управляемым напряжением изменяемым резистивным элементом 260 и обеспечивают средства для индивидуального регулирования или управления временем нарастания и временем спада фронтовых переходов данных, передаваемых по интерфейсу 200. Более конкретно, первый и второй фильтры 240 и 250 получают передаваемый сигнал, содержащий передаваемые данные (например, данные, генерируемые процессором 27) через второе гальваническое изолирующее устройство 230 и согласуют фронтовые переходы этого передаваемого сигнала перед подачей передаваемых данных на управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 260 с тем, чтобы управлять EMI, генерируемым посредством интерфейса 200.
Первый фильтр 240 включает в себя развязанные пути заряда и разряда для передаваемого сигнала, который передается от второго гальванического изолирующего устройства 230. Посредством развязывания путей заряда и разряда в первом фильтре 240 время нарастания и время спада передаваемого сигнала могут отдельно регулироваться так, чтобы отличаться друг от друга для обеспечения повышенной гибкости для управления фронтовыми переходами передаваемого сигнала, и, таким образом, управляя EMI, сгенерированным с помощью интерфейсной схемы 200. Например, в некоторых вариантах воплощения первый фильтр 240 может замедлить время падения переходов данных в передаваемом сигнале в меньшей степени по отношению к времени нарастания переходов данных в передаваемом сигнале таким образом, чтобы управлять EMI сгенерированным посредством интерфейсной схемы 200 в желательной форме.
IN
IN
Второй фильтр 250 имеет передаточную функцию, частота отклика которой является функцией входного напряжения, показанного в качестве V на Фиг. 2: X(f, V). Преимущественно, второй фильтр 250 имеет частотный отклик, зависимый от напряжения, такой, что его ширина полосы пропускания снижается в области напряжения, где сопротивление управляемого напряжением изменяемого резистивного элемента 260 уменьшается таким образом, чтобы снизить напряжение на шине DALI к минимуму. Этим можно добиться желаемого дополнительного замедления падающих фронтовых переходов передаваемого сигнала на шине DALI, которые в противном случае могут быть быстрее, чем нарастающие фронтовые переходы. Таким образом, общий EMI, генерируемый от интерфейса 200, может быть уменьшен при соблюдении требований по времени передаваемых данных интерфейса DALI.
В некоторых вариантах воплощения второй фильтр 250 может быть опущен, тем самым обеспечивая преимущество простоты, но в некоторых случаях, привнося недостаток в плане сниженной гибкости и ухудшения характеристики EMI.
Фиг. 3 представляет собой более подробную структурную схему одного варианта воплощения устройства 30, имеющего интерфейсную схему 300 для сопряжения устройства с шиной DALI. В частности, устройство 30 может быть одним примерным вариантом воплощения устройства 20, и интерфейсная схема 300 может быть одним примерным вариантом воплощения интерфейсной 200 схемы.
В примере, показанном на Фиг. 3, устройство 30 является устройством DALI и может включать в себя контроллер 27 для управления работой одного или более блоков освещения или светильников с помощью сигналов, передаваемых по шине DALI. Каждый блок освещения или светильник может включать в себя драйвер освещения и/или балласт вместе с одним или более источниками света.
Интерфейсная схема 300 включает в себя: диодный мост 210; первый оптрон 320; второй оптрон 330; первый фильтр 340; второй фильтр 350; управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 360; источник 370 напряжения передачи; источник 380 опорного напряжения; ограничитель тока 390; и первое однонаправленное устройство 395.
Первый оптрон 320 имеет первый и второй входные выводы и первый и второй выходные выводы. Первый входной вывод функционально подключен к диодному мосту 210 через ограничитель 390 тока, а выходные выводы выполнены с возможностью вывода принимаемого сигнала, полученного на шине DALI через диодный мост 210. В устройстве 30 принимаемый сигнал выводится на контроллер 27 устройства 30, например, с помощью схемы согласования принятого сигнала. Первый оптрон 320 является одним из вариантов воплощения гальванического изолирующего устройства и, в принципе, другое гальваническое изолирующее устройство может замещать его в различных вариантах воплощения интерфейсной схемы.
Второй оптрон 330 имеет первый и второй входные выводы и первый и второй выходные выводы. Второй оптрон 330 выполнен с возможностью приема передаваемого сигнала между первым и вторым входными выводами. Передаваемый сигнал может быть получен от контроллера 27 либо непосредственно, либо через схему согласования передаваемого сигнала контроллера. Первый выходной вывод (например, коллектор) второго оптрона 330 принимает напряжение передачи от источника 370 напряжения передачи и второй выходной вывод (например, эмиттер) второго оптрона 330 выводит передаваемые данные на первый фильтр 340. Второй оптрон 330 является одним вариантом воплощения гальванического изолирующего устройства и, в принципе, другое гальваническое изолирующее устройство может замещать его в различных вариантах воплощения интерфейсной схемы.
Управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 360 работает как управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент 260, описанный выше, и поэтому его описание не будет повторяться.
Первый и второй фильтры 340 и 350 расположены каскадом (последовательное соединение) между вторым оптроном 330 и управляемым напряжением изменяемым резистивным элементом 360 и обеспечивают средства для индивидуального регулирования или управления временем нарастания и временем спада фронтовых переходов данных, передаваемых интерфейсом 300. Более конкретно, первый и второй фильтры 340 и 350 принимают передаваемый сигнал, содержащий передаваемые данные (например, данные, генерируемые процессором 27) через второй оптрон 330, и согласует фронтовые переходы этого передаваемого сигнала перед подачей передаваемых данных к управляемому напряжением изменяемому резистивному элементу 360 так, чтобы управлять EMI, сгенерированным посредством интерфейса 300.
с
D
D
с
Первый фильтр 340 включает в себя развязанные пути заряда и разряда, чтобы развязать время нарастания передаваемого сигнала от времени спада передаваемого сигнала. В результате, в некоторых вариантах воплощения первый фильтр 340 может замедлить время спада переходов данных в передаваемом сигнале в меньшей степени по отношению к времени нарастания переходов данных в передаваемом сигнале. Преимущественно, первый фильтр 340 включает в себя фильтр нижних частот первого порядка. В этом случае первый фильтр 340 может иметь первую постоянную времени τ для пути разряда и вторую, другую, постоянную времени τ для пути разряда, где τ может быть больше, чем τ. Преимущественно, первый фильтр 340 упоминается по отношению к отрицательному выходному выводу диодного моста 210.
variable
Второй фильтр 350 имеет частотную характеристику, зависимую от напряжения. Преимущественно, второй фильтр 350 имеет частотную характеристику, зависимую от напряжения так, что его ширина полосы пропускания уменьшается в области напряжения, где сопротивление управляемого напряжением изменяемого резистивного элемента 360 уменьшается таким образом, чтобы снизить напряжение на шине DALI до минимума. Этим можно добиться желаемого дополнительного замедления падающих фронтовых переходов передаваемого сигнала по шине DALI, которые в противном случае могут быть быстрее, чем нарастающие фронтовые переходы. Таким образом, общие EMI, сгенерированные от интерфейса 300, могут быть уменьшены при одновременном выполнении требований по времени переходов данных интерфейса DALI. Преимущественно, второй фильтр 350 является фильтром нижних частот первого порядка. В этом случае второй фильтр 350 может иметь переменную постоянную времени τ. Преимущественно, второй фильтр 350 имеет частоту среза, которая уменьшается, когда входное напряжение второго фильтра 350 увеличивается и превышает пороговое значение. В некоторых вариантах воплощения пороговое значение равно пороговому напряжению полевого транзистора, используемого для управляемого напряжением изменяемого резистивного элемента 360. Преимущественно, второй фильтр 350 опирается относительно отрицательного выходного вывода диодного моста 210. В некоторых вариантах воплощения второй фильтр 350 включает в себя шунтирующую емкость между выходом второго фильтра 350 и отрицательным выходным выводом диодного моста 210, причем шунтирующая емкость увеличивается, когда входное напряжение второго фильтра 350 увеличивается и превышает пороговое значение.
variable
с
D
Преимущественно, постоянная времени τ второго фильтра 350 может быть меньше, чем постоянные времени τ и τ первого фильтра 340.
Подобно интерфейсной схеме 200, в некоторых вариантах воплощения интерфейсной схемы 300 второй фильтр 350 может быть опущен, тем самым обеспечивая преимущество простоты, но в некоторых случаях несет недостаток в плане уменьшения гибкости и ухудшения характеристики EMI.
Источник 370 напряжения передачи подключен последовательно с первым однонаправленным устройством 395 между выходом ограничителя 390 тока и отрицательным выходным выводом диодного моста 210. Источник 370 напряжения передачи обеспечивает подачу тока от шины DALI с помощью ограничителя 390 тока и первого однонаправленного устройства 395 и подает напряжение передачи для управления выходной стороной второго оптрона 330. Первое однонаправленное устройство 395 позволяет току протекать с выхода ограничителя 390 тока к источнику 370 напряжения передачи заряда, но предотвращает протекание тока в противоположном направлении от источника 370 передачи к ограничителю 390 тока и/или первому оптрону 320 (например, когда принимаемый сигнал соответствует низкому дифференциальному напряжению на шине DALI). Соответственно, первое однонаправленное устройство 395 предотвращает разрядку источника 370 напряжения передачи через ограничитель 390 тока и/или первый оптрон 320.
Источник 380 опорного напряжения передачи подключен между вторым входным выводом первого оптрона 320 и отрицательным выходным выводом диодного моста 210 и устанавливает амплитуду колебания напряжения на втором выходном выводе (эмиттер) второго оптрона 330. В некоторых вариантах воплощения источник 380 опорного напряжения передачи может содержать стабилитрон. В некоторых вариантах воплощения стабилитрон имеет пробой (перегиб стабилитрона) напряжения в диапазоне между приблизительно 4,7 вольт до 6,2 вольт.
Фиг.4 представляет собой структурную схему другого варианта воплощения устройства 40, имеющего интерфейсную схему 400 для сопряжения устройства с шиной DALI. В частности, устройство 40 может быть одним примерным вариантом воплощения устройства 20 и/или 30, и интерфейсная схема 400 может быть одним примерным вариантом воплощения интерфейсной схемы 200 и/или 300.
В примере, показанном на Фиг. 4, устройство 40 является устройством DALI и может включать в себя контроллер для управления работой одного или более осветительных блоков с помощью сигналов, передаваемых по шине DALI.
Интерфейсная схема 400 включает в себя: диодный мост 210; первый оптрон 320; второй оптрон 330; первый фильтр 440; второй фильтр 450; полевой транзистор 460; накопительный конденсатор 470 передаваемого питания; стабилитрон 480; ограничитель 390 тока; и диод 495.
Для краткости, описания элементов интерфейсной схемы 400, которые идентичны элементам интерфейсных схем 200 и/или 300, не будут повторяться.
Накопительный конденсатор 470 передаваемого питания показан в качестве одного примера варианта воплощения источника 370 напряжения передачи интерфейсной схемы 300, и диод 495 показан в качестве одного примера варианта воплощения первого однонаправленного устройства 395 интерфейсной схемы 300. Стабилитрон 480 показан в качестве одного примера воплощения источника 380 опорного напряжения передачи интерфейсной схемы 300.
Полевой транзистор (FET) 460 показан в качестве одного примера варианта воплощения управляемого напряжением изменяемого резистивного элемента 360 Фиг. 3.
с
D
D
с
В интерфейсной схеме 400 первый фильтр 440 является фильтром нижних частот первого порядка. Первый фильтр 440 включает в себя: шунтирующий резистор 442, подключенный между входным выводом первого фильтра 440 и отрицательным выводом диодного моста 210; первый и второй резисторы 444 и 448, соответственно, подключены между входным выводом первого фильтра 440 и выходным выводом первого фильтра 440; второе однонаправленное устройство 446 подключено параллельно или с первым резистором 444 или со вторым последовательным резистором 448 (например, первый последовательный резистор 444 на Фиг.4); и шунтирующая емкость 449 подключена между выходным выводом первого фильтра 440 и отрицательным выходным выводом диодного моста 210. В некоторых вариантах воплощения второй последовательный резистор 448 может быть опущен (короткое замыкание). В некоторых вариантах воплощения второе однонаправленное устройство 446 может быть диодом. С помощью второго однонаправленного устройства 446 первый фильтр 440 развязывает пути заряда и разряда, чтобы развязать время нарастания передаваемого сигнала от времени падения передаваемого сигнала. В некоторых вариантах воплощения второе однонаправленное устройство 446 может быть сконфигурировано с возможностью передачи тока только от входа первого фильтра 440 на выход первого фильтра 440, предотвращая протекание тока через него с выхода первого фильтра 440 на вход первого фильтра 440. В других вариантах воплощения второе однонаправленное устройство 446 может быть сконфигурировано с возможностью только передачи тока с выхода первого фильтра 440 на вход первого фильтра 440, предотвращая протекание тока через него от входа первого фильтра 440 на выход первого фильтра 440. Более конкретно, первый фильтр 440 имеет первую постоянную времени τ для пути разряда и вторую, другую, постоянную времени τ для траектории разряда. В некоторых преимущественных вариантах воплощения τ больше, чем τ. В этом случае первый фильтр 440 может замедлить время падения переходов данных в передаваемом сигнале в меньшей степени по отношению к времени нарастания переходов данных в передаваемом сигнале. В связи с логической инверсией через полевой транзистор 460 противоположное становится истиной для времен нарастания и падения переходов данных по шине DALI.
GS
th
GS
GS
GS
GS
GS
TH
В интерфейсной схеме 400 второй фильтр 450 включает в себя последовательный резистор, подключенный между выходным выводом первого фильтра 440 и управляющим выводом (например, выводом затвора) полевого транзистора 460. По желанию, второй фильтр 450 также включает в себя шунтирующий конденсатор между управляющим выводом (например, выводом затвора) полевого транзистора 460 и отрицательным выходным выводом диодного моста 210, который параллелен паразитной емкости C затвор-исток полевого транзистора 460. Преимущественно, во втором фильтре 450 шунтирующая емкость между выводом затвора полевого транзистора 460 и отрицательным выходным выводом диодного моста 210 возрастает, когда входное напряжение на втором фильтре 450 увеличивается и превышает пороговое значение. Преимущественно, пороговое значение может быть равно пороговому напряжению V полевого транзистора 460. В некоторых вариантах воплощения шунтирующая емкость второго фильтра 450 может быть опущена и шунтирующая емкость второго фильтра 450 реализуется паразитной емкостью C затвор-исток полевого транзистора 460, которая преимущественно является функцией от напряжения затвор-исток V: C(V). Более конкретно, емкость затвор-исток C полевого транзистора 460 возрастает по мере увеличения напряжения затвор-исток, когда напряжение затвор-исток превышает пороговое напряжение V.
Подобно интерфейсным схемам 200 и 300, в некоторых вариантах воплощения интерфейсной схемы 400, второй фильтр 450 может быть опущен. Более конкретно, последовательный резистор и шунтирующий конденсатор могут быть опущены, и в этом случае паразитная емкость полевого транзистора 460 по-прежнему будет присутствовать. Соответственно, величина шунтирующего конденсатора в первом фильтре 440 должна быть уменьшена по сравнению с вариантом воплощения, когда оба - первый и второй фильтры 440 и 450 присутствуют.
Следует понимать, что для обеспечения конкретных иллюстраций были раскрыты выше примерные варианты воплощения в контексте устройства DALI, взаимодействующего с шиной Дали, причем концепции, описанные выше, не должны быть настолько ограниченными и могут быть применены к другим интерфейсам связи для других сетей, систем, шин или контуров и, в частности, к интерфейсу связи для проводной пары.
В то время как некоторые варианты воплощения изобретения были описаны и проиллюстрированы в данном описании, специалистам в данной области техники легко представить себе различные другие средства и/или структуры для выполнения функции и/или получения результатов и/или одного или более описанных здесь преимуществ, и каждая из таких вариаций и/или модификаций, считается находящейся в пределах объема вариантов воплощения изобретения, описанных в данном документе. В более общем смысле, специалистам в данной области техники понятно, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные здесь, предназначены в качестве примера, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретного применения или применений, для которых используется изобретение. Специалистам в данной области техники будет понятно, или имеется возможность установить, используя не более чем рутинные эксперименты, многие эквиваленты конкретных вариантов воплощения согласно вариантам воплощения изобретения, описанным здесь. Таким образом, следует понимать, что вышеприведенные варианты воплощения представлены только в виде примера, и что в рамках объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов варианты воплощения могут осуществляться на практике иначе, чем это конкретно описано и заявлено. Предлагаемые в изобретении варианты воплощения настоящего раскрытия направлены на каждый отдельный признак, систему, предмет, материал, набор и/или способ, описанные в данном документе.
Все определения, как определено и используется здесь, следует понимать с возможностью управления над словарными определениями, определениями в документах, включенными в качестве ссылки, и/или обычными значениями определенных терминов.
Перечисление в формуле изобретения элементов в единственном числе не исключает их множества.
Термин "и/или", используемые здесь в описании и в формуле изобретения, следует понимать как означающий "один или оба" из элементов, связанных таким образом, т.е. элементов, которые конъюнктивно присутствуют в некоторых случаях и дизъюнктивно присутствует в других случаях. Другие элементы могут необязательно присутствовать, кроме элементов, специально определяемых посредством выражения "и/или", или связанных или не связанных с этими определенными элементами.
Кроме того, следует понимать, что, если явно не указано обратное, в любых способах, заявленных здесь, которые включают более чем один этап или действие, порядок этапов или действий способа необязательно ограничен порядком, в котором этапы или действия способа перечисляются. Кроме того, ссылочные позиции, представленные в формуле изобретения в скобках, если таковые имеются, приведены только для удобства и не должны быть истолкованы как ограничивающие формулу изобретения в любом случае.