适用于半双工总线信号方向控制的电路结构及控制方法

技术领域

本发明涉及半双工数据传输技术领域，具体地，涉及一种适用于半双工总线信号方向控制的电路结构及控制方法。

背景技术

半双工(Half Duplex)数据传输指数据可以在一个信号载体的两个方向上传输，但是不能同时传输。例如，在一个局域网上使用具有半双工传输的技术，一个工作站可以在线上发送数据，然后立即在线上接收数据，这些数据来自数据刚刚传输的方向。半双工在通信过程的任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能有一个方向上的传输存在。采用半双工方式时，通信系统每一端的发送器和接收器，通过收/发开关转接到通信线上，进行方向的切换，因此，会产生时间延迟。

现有电路多采用继电器，继电器开关速率远远低于高速模拟开关，所以无法实现类似于CAN和1553B这样的通信速率1M以上的高速总线的通信方向及时切换。尤其是对于ACK信号，由于CAN总线对于ACK信号的实时性要求较高，若无法即使返回ACK信号，则会出现通信系统异常。现有技术多采用主控芯片在判断总线信号处于ACK段时，由主控芯片自主生成一个ACK信号返回给发送端，这样会导致如果总线接收端的确因为数据接收错误导致并没有发出ACK信号，但是总线发送端却收到了ACK信号，也会导致系统通信异常。

经过检索，专利文献CN211042350U公开了一种超声波流量计接收和发射通道切换电路，包括信号方向切换电路和通道选择电路；信号方向切换电路通过继电器K1的双刀双掷触点实现超声波信号接收和发送的切换；通道选择电路通过继电器K1两路常开触点实现两个换能器交替发射和接收超声波信号；信号方向选择电路中的双刀双掷触点与通道选择电路中的两路常开触点分别对应串联。该现有技术采用继电器对信号方向进行切换，但是不足之处在于无法实现高速信号线的信号方向的实时切换。

因此，亟需研发设计一种对半双工总线的信号方向进行实时切换的控制电路结构及控制方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于半双工总线信号方向控制的电路结构及控制方法，解决了总线信号方向的实时准确控制。

根据本发明提供的一种适用于半双工总线信号方向控制的电路结构，包括：控制模块、ADC模块、总线PHY模块和高速模拟开关模块；

控制模块接收所述总线PHY模块的PHY信号，根据PHY信号解析总线信号，按照总线协议判断总线信号的通信方向；控制模块发送开关命令控制高速模拟开关模块；ADC模块接收总线的电气信号；控制模块与ADC模块通过总线连接。

优选地，还包括故障注入或其它总线物理层应用模块，故障注入或其它总线物理层应用模块设置在总线物理层单一方向上。

优选地，故障注入或其它总线物理层应用模块由输入端口输入信号，由输出端口输出信号，进行故障注入或其它物理层应用。

优选地，还包括输入端口和输出端口，输入端口和输出端口级联在总线的物理线路上。

优选地，高速模拟开关模块设置有四个高速模拟开关S1、S2、S3和S4，根据总线的波特率选择高速模拟开关的最小导通与关断时间。

优选地，总线协议包括RS485协议、CAN协议或者IIC协议。

优选地，总线PHY模块包括输入PHY和输出PHY，输入PHY与输入端口设置在同一总线上，输出PHY和输出端口设置再另一条同一总线上。

根据本发明提供的一种适用于半双工总线信号方向控制的控制方法，利用上述的适用于半双工总线信号方向控制的电路结构进行半双工总线的信号方向控制，包括如下步骤：

步骤1：当适用于半双工总线信号方向控制的电路结构处于初始状态时，高速模拟开关S1和S2导通，高速模拟开关S3和S4断开，此时，输入PHY与输入端口连通，输出PHY和输出端口连通。

优选地，还包括步骤2：当控制模块收到输入PHY的总线起始位信号，控制模块将高速模拟开关S3导通，高速模拟开关S2断开；当控制模块收到输入PHY的总线结束位时，高速模拟开关重新恢复至初始状态。

优选地，还包括步骤3：当控制模块检测到总线即将处于ACK段，则将高速模拟开关S4导通，高速模拟开关S3断开；当控制模块判断ACK段即将结束，再将高速模拟开关S3导通，高速模拟开关S4断开，直至总线信号发送完成。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过采用高速模拟开关模块，从而实现了信号方向的及时切换，避免因为ACK信号等没有及时返回而导致的系统通信错误。

2、本发明通过采用控制模块和总线PHY模块构成的总线信号解析，从而实现利用控制模块中大量IO口及并行高速处理的优点，可以实现对多路信号的实时解析，信号方向的实时控制。

3、本发明利用高速模拟开关，总线PHY模块，ADC模块，可以实现对多路半双工总线的信号方向切换，从而实现对多路半双工总线上的数据监控，电气信号采集，故障注入等应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中适用于半双工总线信号方向控制的电路结构的整体示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供了一种适用于半双工总线信号方向控制的电路结构，包括：控制模块、ADC模块、总线PHY模块、高速模拟开关模块和故障注入或其它总线物理层应用模块。

控制模块接收总线PHY模块的PHY信号，根据PHY信号解析总线信号，按照总线协议判断总线信号的通信方向，总线协议包括RS485协议、CAN协议或者IIC协议，控制模块为FPGA。

高速模拟开关模块设置有四个高速模拟开关S1、S2、S3和S4，根据总线的波特率选择高速模拟开关的最小导通与关断时间，控制模块发送开关命令控制高速模拟开关模块。

ADC模块接收总线的电气信号；控制模块与ADC模块通过总线连接。

总线PHY模块为总线PHY芯片，用于将总线上的物理电气信号转换为控制模块能够接受的电平信号。

故障注入或其它总线物理层应用模块设置在总线物理层单一方向上，故障注入或其它总线物理层应用模块由输入端口输入信号，由输出端口输出信号，进行故障注入或其它物理层应用。

若用于多路总线，只需将图中除控制模块外的其它电路部分进行多路复制。

本发明还提供了一种适用于半双工总线信号方向控制的控制方法，利用上述的适用于半双工总线信号方向控制的电路结构进行半双工总线的信号方向控制，包括如下步骤：

步骤1：当适用于半双工总线信号方向控制的电路结构处于初始状态时，高速模拟开关S1和S2导通，高速模拟开关S3和S4断开，此时，输入PHY与输入端口连通，输出PHY和输出端口连通。

步骤2：当控制模块收到输入PHY的总线起始位信号，控制模块将高速模拟开关S3导通，高速模拟开关S2断开；当控制模块收到输入PHY的总线结束位时，高速模拟开关重新恢复至初始状态。即在信号是从输入端口输入，输出端口输出的通信方向时，高速模拟开关S1和S3导通，高速模拟开关S2和S4断开，正向信号可进行故障注入或其它物理层应用。

步骤3：当控制模块检测到总线即将处于ACK段，则将高速模拟开关S4导通，高速模拟开关S3断开；当控制模块判断ACK段即将结束，再将高速模拟开关S3导通，高速模拟开关S4断开，直至总线信号发送完成。

反之，当控制模块收到输出PHY的总线起始位信号，则步骤2为控制模块将高速模拟开关S4导通，高速模拟开关S1断开。当控制模块收到输出PHY的总线结束位时，开关重新恢复至初始状态。即在信号是从输出端口输入，输入端口输出的通信方向时，高速模拟开关S2和S4导通，高速模拟开关S1和S3断开，反向信号不进行故障注入或其它物理层应用。

本发明采用由高速模拟开关模块与控制模块组成的半双工总线信号方向控制的电路”可以将的总线接收端的ACK响应及时返回给发送端，真正实现了总线信号方向的实时准确控制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。