携能现场总线模块及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种携能现场总线模块及其系统，携能现场总线模块，由Po‑CAN总线收发器和Po‑CAN总线终端组成，携能现场总线系统包括携能现场总线模块，其中，Po‑CAN总线收发器、设备内部电源系统、电源和CAN总线控制器构成一个Po‑CAN节点，在携能现场总线系统的Po‑CAN总线/电源线上有N个并联的Po‑CAN节点，所述Po‑CAN总线终端的供电端连接携能现场总线系统的供电电源或者不连接携能现场总线系统的供电电源。本发明专利技术在保持与CAN总线系统兼容的条件下，在一对传输线上同时传输数据又能传递电源，且具备自我侦听功能，从而实现与标准CAN总线收发器在物理层的兼容，应用中无需改动协议层和应用层。

【技术实现步骤摘要】
携能现场总线模块及其系统
本专利技术属于CAN总线通信
，特别是涉及一种携能现场总线模块及其系统。
技术介绍
CAN总线(ControllerAreaNetwork)是目前应用最广的现场总线之一，不仅被广泛用在工业控制和汽车电子系统，在航天运载、航空飞行器、武器系统也被广泛采纳。虽然总线系统省去了并行的电缆，但由于现场总线最少仍需要四线(电源双线，差分数据双线)，在载荷重量和空间极为有限的应用场景，例如航天器/飞行器中内，若希望进一步节省空间和体积，仍然会受到电缆数量的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种携能现场总线模块及其系统，解决了现有技术中现场总线最少仍需要四线，受到电缆数量的限制的问题。本专利技术所采用的技术方案是，携能现场总线模块，由Po-CAN总线收发器和Po-CAN总线终端组成；所述Po-CAN总线收发器，用于对Po-CAN总线/电源线上的数据进行调制和解调，并完成数据调制和Po-CAN总线/电源线的供电电源的复用；所述Po-CAN总线终端，用于实现数据信号和Po-CAN总线/电源线的供电电源的隔离，防止数据信号传入Po-CAN总线/电源线的供电电源内；并起到信号吸收作用，将传递到Po-CAN总线/电源线末端的信号吸收，避免其二次反射。进一步的，所述Po-CAN总线收发器，由第一电源滤波器、电源变换模块、逻辑接口、UWB脉冲成型调制器、UWB发射信号驱动器、第一隔离耦合器、第二隔离耦合器、UWB接收信号放大器、UWB脉冲检测解调器组成；所述第一电源滤波器，用于阻隔Po-CAN总线/电源线的供电电源上的UWB即超宽带信号，阻止UWB信号进入设备内部电源系统；所述电源变换模块，用于提供Po-CAN总线收发器内所有电路的稳压电源，并提供UWB脉冲所需的高电压；所述逻辑接口，用于对TXD数据和RXD数据进行整型，使之成为标准晶体管-晶体管逻辑电平的数字信号；所述UWB脉冲成型调制器，用于将逻辑接口整型的TXD数据转换成超宽带脉冲信号，传输至UWB发射信号驱动器；所述UWB发射信号驱动器，用于将超宽带脉冲信号进行幅值放大，并传输至第一隔离耦合器；所述第一隔离耦合器，用于将放大的超宽带脉冲信号耦合至Po-CAN总线/电源线上；所述第二隔离耦合器，用于感应Po-CAN总线/电源线上携带的调制信息，并将信号传输至UWB接收信号放大器；所述UWB接收信号放大器，用于放大第二隔离耦合器接收的信号，并传输至UWB脉冲检测解调器；所述UWB脉冲检测解调器，用于对UWB接收信号放大器输出的信号进行判决和解调，还原数据波形并传送给逻辑接口。进一步的，所述Po-CAN总线终端由第二电源滤波器、第三隔离耦合器和终端电阻组成。所述第二电源滤波器，用于对Po-CAN总线/电源线的供电电源中特定频率的频点进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号；所述终端电阻，用于吸收UWB信号传至Po-CAN总线/电源线末端能量，避免产生二次反射；所述第三隔离耦合器，用于将终端电阻和直流电源隔离开，避免终端电阻吸收Po-CAN总线/电源线的供电电源上的能量。本专利技术所采用的另一种技术方案是，携能现场总线系统，所述系统包括携能现场总线模块，其中，所述Po-CAN总线收发器、设备内部电源系统、电源和CAN总线控制器构成一个Po-CAN节点，在携能现场总线系统的Po-CAN总线/电源线上有N个并联的Po-CAN节点，所述Po-CAN总线终端的供电端连接携能现场总线系统的供电电源或者不连接携能现场总线系统的供电电源。进一步的，所述电源为+5V电源，电源分别与设备内部电源系统和CAN总线控制器相连接，Po-CAN总线收发器上的P/D+脚连接至携能现场总线系统外部Po-CAN总线/电源线正极；P/D-脚连接至携能现场总线系统外部Po-CAN总线/电源线负极；P+脚连接至设备内部电源系统电源线正极；P-脚连接至设备内部电源系统电源线负极；TXD脚即数据发送脚，连接至CAN总线控制器的数据发送端；RXD脚即数据接收脚，连接至CAN总线控制器的数据接收端；VCC脚即电源输入引脚，连接至+5V电源；GND脚即电源接地引脚，连接至携能现场总线系统的地；所述Po-CAN总线终端的P/D+脚连接至携能现场总线系统外部总线/电源线正极；P/D-脚连接至携能现场总线系统外部总线/电源线负极。本专利技术的有益效果是：(1)相比传统CAN总线网络，本专利技术能够节省50％的导线和连接器接头数量；(2)实现与标准CAN总线收发器兼容的集成化接口组件，且具备自我侦听功能，从而实现与标准CAN总线收发器在物理层的兼容，应用中无需改动协议层和应用层；(3)采用UWB通信机制，附加的转发时延极低，在100ns以内，速率高达10Mbps，支持新型的高速CAN总线。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是Po-CAN总线收发器示意图；图2是Po-CAN总线终端示意图；图3a是携能现场总线系统拓扑图一；图3b是携能现场总线系统拓扑图二。图中，1.Po-CAN总线收发器，2.Po-CAN总线终端，1-1.第一电源滤波器，1-2.电源变换模块，1-3.逻辑接口，1-4.UWB脉冲成型调制器，1-5.UWB发射信号驱动器，1-6.第一隔离耦合器，1-7.第二隔离耦合器，1-8.UWB接收信号放大器，1-9.UWB脉冲检测解调器，2-1.第二电源滤波器，2-2.第三隔离耦合器，2-3.终端电阻。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。携能现场总线(PowerOverCAN)模块，PowerOverCAN记为Po-CAN，由Po-CAN总线收发器1和Po-CAN总线终端2组成；Po-CAN总线收发器1，用于对Po-CAN总线/电源线上的数据进行调制和解调，并完成数据调制和Po-CAN总线/电源线的供电电源的复用；Po-CAN总线终端2，用于实现数据信号和Po-CAN总线/电源线的供电电源的隔离，防止数据信号传入Po-CAN总线/电源线的供电电源内；并起到信号吸收作用，将传递到Po-CAN总线/电源线末端的信号吸收，避免其二次反射。实际应用中，Po-CAN总线收发器1替代传统的CAN收发器接口IC，Po-CAN总线终端2则替代终端电阻使用。Po-CAN总线收发器1，由第一电源滤波器1-1、电源变换模块1-2、逻辑接口1-3、UWB脉冲成型调制器1-4、UWB发射信号驱动器1-5、第一隔离耦合器1-6、第二隔离耦合器1-7、UWB接收信号放大器1-8、UWB脉冲检测解调器1-9组成；第一电源滤波器1-1，用于阻隔Po-CAN总线/电源线的供电电源上的UWB即超宽带信号，阻止UWB信号进入设备内部电源系统；电源变换模块1-2，用于提供Po-CA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.携能现场总线模块，其特征在于，由Po‑CAN总线收发器(1)和Po‑CAN总线终端(2)组成；所述Po‑CAN总线收发器(1)，用于对Po‑CAN总线/电源线上的数据进行调制和解调，并完成数据调制和Po‑CAN总线/电源线的供电电源的复用；所述Po‑CAN总线终端(2)，用于实现数据信号和Po‑CAN总线/电源线的供电电源的隔离，防止数据信号传入Po‑CAN总线/电源线的供电电源内；并起到信号吸收作用，将传递到Po‑CAN总线/电源线末端的信号吸收，避免其二次反射。

【技术特征摘要】
1.携能现场总线模块，其特征在于，由Po-CAN总线收发器(1)和Po-CAN总线终端(2)组成；所述Po-CAN总线收发器(1)，用于对Po-CAN总线/电源线上的数据进行调制和解调，并完成数据调制和Po-CAN总线/电源线的供电电源的复用；所述Po-CAN总线终端(2)，用于实现数据信号和Po-CAN总线/电源线的供电电源的隔离，防止数据信号传入Po-CAN总线/电源线的供电电源内；并起到信号吸收作用，将传递到Po-CAN总线/电源线末端的信号吸收，避免其二次反射。2.根据权利要求1所述的携能现场总线模块，其特征在于，所述Po-CAN总线收发器(1)，由第一电源滤波器(1-1)、电源变换模块(1-2)、逻辑接口(1-3)、UWB脉冲成型调制器(1-4)、UWB发射信号驱动器(1-5)、第一隔离耦合器(1-6)、第二隔离耦合器(1-7)、UWB接收信号放大器(1-8)、UWB脉冲检测解调器(1-9)组成；所述第一电源滤波器(1-1)，用于阻隔Po-CAN总线/电源线的供电电源上的UWB即超宽带信号，阻止UWB信号进入设备内部电源系统；所述电源变换模块(1-2)，用于提供Po-CAN总线收发器(1)内所有电路的稳压电源，并提供UWB脉冲所需的高电压；所述逻辑接口(1-3)，用于对TXD数据和RXD数据进行整型，使之成为标准晶体管-晶体管逻辑电平的数字信号；所述UWB脉冲成型调制器(1-4)，用于将逻辑接口(1-3)整型的TXD数据转换成超宽带脉冲信号，传输至UWB发射信号驱动器(1-5)；所述UWB发射信号驱动器(1-5)，用于将超宽带脉冲信号进行幅值放大，并传输至第一隔离耦合器(1-6)；所述第一隔离耦合器(1-6)，用于将放大的超宽带脉冲信号耦合至Po-CAN总线/电源线上；所述第二隔离耦合器(1-7)，用于感应Po-CAN总线/电源线上携带的调制信息，并将信号传输至UWB接收信号放大器(1-8)；所述UWB接收信号放大器(1-8)，用于放大第二隔离耦合器(1-7)接收的信号，并传输至UWB脉冲检测解调器(1-9)；所述UW...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢楷，权磊，刘少伟，刘艳，徐越，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61