[发明专利]一种高性能的寄生供电方法及其结构

说明书

技术领域

本发明涉及寄生供电领域，尤其是一种利用主从设备之间的通讯数据线对从设备进行供电的高性能寄生供电方法及其结构。

背景技术

寄生供电是一种通过主从设备之间的通讯数据线对从设备进行供电的方式，即在一条导线上，进行数据信号传输的同时还进行电源的传输，它常出现在串行通信中。当系统采用寄生供电时，从设备直接从数据线获取电源，因此从设备无需额外的本地电源配置，减少了从设备外围器件，从而降低了系统成本。通常的寄生供电方法供电能力有限，仅仅能提供uA量级的负载电流，如1-WIRE协议中规定为每个通过寄生供电方式工作的从设备提供5uA的电流，而专利号为“201220682365.3”提出的改进方法又存在寄生供电时无法进行数据通讯的缺陷，因此，在实时监控及信号采集等方面，寄生供电未得到广泛的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种结构简单，无需额外的本地电源配置就可以同时进行数据信号的采集及供电的高性能寄生供电方法及其结构。

本发明所采用的技术方案为：一种高性能的寄生供电方法，包括以下步骤：

1）在主设备收发器与从设备收发器之间连接通讯数据线；

2）在主设备收发器端连接受控上拉模块，在从设备收发器端连接寄生供电模块；

3）受控上拉模块通过通讯数据线上的信号电平控制自动选择强上拉或弱上拉电阻，对寄生供电模块的储能电容充电进而对从设备进行供电。

具体的说，本发明所述的步骤2）中的受控上拉模块包括单稳态电路、强上拉开关管以及弱上拉电阻；所述的单稳态电路的输入端与通讯数据线相连，单稳态电路的输出端与强上拉开关管的控制极相连，强上拉开关管的另外两端与弱上拉电阻的两端并联，并联后的一端与主设备的电源相连，另一端连接通信数据线；所述的寄生供电模块包括整流开关管以及储能电容；所述的整流开关管的控制极连接通信数据线，整流开关管的另外两端中的一端接至通讯数据线，另外一端与储能电容的一端相连并从此端引出寄生电源；储能电容的另一端接地。

本发明所述的步骤3）中通过通讯数据线对从设备供电的方法为：

当通信数据线为空闲高电平时，单稳态电路输出低电平，关闭强上拉开关管，受控上拉模块选择弱上拉电阻，通过弱上拉电阻和寄生供电模块中的整流开关管为储能电容充电，储能电容产生的寄生电源为从设备提供基本的供电；

当通信数据线上的信号从低电平变化到高电平时，单稳态电路将输出暂态，在其输出暂态的期间，强上拉开关管将导通，通讯数据线将与主电源接通并为从设备供电；

当通讯数据线输出高电平状态时，将控制寄生供电模块中的整流开关管导通，为储能电容迅速充电；储能电容产生的寄生电源为从设备供电。

为了避免因电路长时间处于强上拉状态导致主从设备的发送器无法拉低总线电平引起通讯数据错误，本发明所述的单稳态电路由通讯数据线上的上升边沿触发自动控制电路的强上拉状态并将强上拉状态限制在一定时间内，既实现了寄生供电又不影响双方的通信数据。

为保证通信数据可靠，本发明所述的单稳态电路输出的暂态时间小于主、从设备之间传送最短的数据脉冲宽度；所述的脉冲宽度取决于双方通信的数据比特率。设双方通信的数据比特率为S，单稳态电路输出的暂态时间为tp，考虑到双方通讯波特率存在误差以及单稳态电路中RC参数存在离散性，tp应满足以下关系式：

tp=0.8×1S]]>

同时，本发明还提供了一种高性能的寄生供电结构，包括主、从设备收发器以及连接主、从设备收发器的通讯数据线；所述的主设备收发器端设置受控上拉模块以及主电源；所述的从设备收发器端设置寄生供电模块；所述的受控上拉模块通过通讯数据线上的信号电平控制自动选择强上拉或弱上拉电阻，对寄生供电模块的储能电容充电进而对从设备进行供电。本发明所述的单稳态电路为微分型单稳态电路；设Vu为主电源电压，K为从设备允许的最低供电电压相对于主电源电压的系数，RDS1为强上拉开关管的导通电阻，RDS2为整流开关管的导通电阻，I为寄生供电负载电流。则负载电流I满足以下关系式：