隔离模块之间提供数据通信、同步和故障检测的通信架构制造技术

电子系统包括：具有第一控制单元的主模块，该第一控制单元具有一个或多个第一串行接口，对该第一控制单元编程以通过一个或多个第一串行接口输出第一数据信号和第一时钟信号；和具有第二控制单元的从模块，该第二控制单元具有第二串行接口。该从模块通过第二串行接口接收第一时钟信号，并且对第二控制单元编程来对于故障状况监测从模块并且通过第二串行接口输出第二时钟信号，该第二时钟信号（i）如果在从模块上未检测到故障状况则与第一时钟信号相同，并且（ii）如果在从模块上检测到故障状况则是具有预定格式的修改的时钟信号。

A communication architecture providing data communications, synchronization, and fault detection between isolation modules

The electronic system includes: a main module has a first control unit, the first control unit has one or more first serial interface, the first control unit programming through one or more first serial interface outputs a first data signal and a first clock signal and a second control unit; the control unit from the module, second with second serial interface. From the second through the serial interface module receives a first clock signal and the second control unit programming for fault monitoring from the module and second through the serial interface to output the second clock signal, the second clock signal (I) if the slave module was not detected on the fault with the first clock signal, and (II) if the module detects the fault condition is to modify the clock signal having a predetermined format.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】隔离模块之间提供数据通信、同步和故障检测的通信架构相关申请的交叉引用 该申请根据35 U.S.C.§ 119(e)要求来自2010年12月22日提交的名为“Communication Architecture for Multilevel Power Converter (多电平功率转换器的通信架构)”的临时美国专利申请号61/426，081的优选权，其的内容通过引用结合于此。
本专利技术关于采用多个模块(其中每个模块可包括一个或多个印刷电路板(PCB)和/或其他电子组件)的电子系统(例如而没有限制地，多电平功率逆变器或有源前端)，并且特别地涉及用于在这样的电子系统中的隔离模块之间提供数据通信、同步和故障检测的通信架构。
技术介绍
众所周知多个不同的功率转换模块/系统，用于将来自一个形式的功率转换成另一个。例如，多电平功率逆变器是功率电子装置，其构造成从DC输入电压产生AC波形。作为另一个示例，有源前端(也叫作可控整流器)是功率电子装置，其中AC波形被转换成DC电压。这样的功率转换模块/系统在很多种应用(例如而没有限制地，变速马达驱动器)中使用，并且频繁地需要跨系统的通信链路的高度同步的定时和/或系统中链路之间的快速故障响应。许多当前的工业电子系统采用异步数据通信(其中未采用串行时钟(SCLK))并且需要专门的物理接口和拓扑。这些异步拓扑需要下面的技术方案中的一个来提供同步:(i)时间戳消息，其需要专用硬件 和处理时间，或(ii)仅用于同步的完全独立的通信线(其添加额外的连接，例如额外的光纤)。许多当前的系统利用时间戳方法来保持同步。案例是IEEE 1588规范，其允许跨以太网的同步。标准需要包括在每个节点的以太网系统中的专门的时间戳硬件。另外，中央集线器/交换机也添加到系统来满足标准以太网星形拓扑。尽管对于每个模块将仅需要两个光纤来实现这样的系统，中央集线器/交换机也将需要两个光纤。遗憾地，光纤以太网集线器/交换机不如它们的铜对应物那样常见或成本有效。另外的缺点包括牺牲通信带宽中的一些来为要传播的同步消息提供时间。另外，众所周知的EtherCAT?系统是IEEE 1588规范的变化形式，其中完全在硬件中进行同步，并且使用环形拓扑来代替星形。不需要交换机，但每个模块必须具有两个数据通路来提供往返信息，这是同步所需要的。这两个数据通路需要每模块四个光纤收发器(2Rx/Tx对)。而且，需要的EtherCAT?硬件接口集成电路(IC)添加额外的成本和整合工作。标准通信技术方案中没有一个似乎提供专用的方法来快速标记故障而不发送特定数据消息(注意，发送故障数据消息是不可期望的，因为消息必须在故障动作可能发生之前被完全接收并且解码，从而导致相对慢的检测性能)。提供快速故障线的常用方法已经提供给专用健康线(系统上的任何节点在检测到问题时可以将其下拉)。这样的系统的问题是它需要额外的光纤接口，其不是实际通信方案的部分。从而，存在对于提供有效方法来传送可在电子系统(例如而没有限制地，功率转换模块/系统(例如，多电平功率逆变器或有源前端))中可采用的数据和同步信息的通信架构的需要。
技术实现思路
在一个实施例中，提供一种电子系统，例如而没有限制地，形成马达驱动器的部分的多电平功率逆变器。该系统包括:具有第一控制单元的主模块，该第一控制单元具有一个或多个第一串行接口(例如，SPI接口)，对该第一控制单元编程以通过一个或多个第一串行接口输出第一数据信号和第一时钟信号；和具有第二控制单元的从模块，该第二控制单元具有第二串行接口(例如，SPI接口)。该从模块通过第二串行接口接收第一时钟信号，并且对第二控制单元编程来对于故障状况监测从模块并且通过第二串行接口输出第二时钟信号，所述第二时钟信号(i)如果在从模块上未检测到故障状况则与第一时钟信号相同，并且(ii)如果在从模块上检测到故障状况则是具有预定格式的修改的时钟信号。在另一个实施例中，提供一种在电子系统中提供同步信息和故障检测信息的方法。该方法包括:在电子系统的主模块中生成第一数据信号和第一时钟信号，该主模块具有一个或多个第一串行接口 ；并且通过该一个或多个第一串行接口输出来自主模块的第一数据信号和第一时钟信号。该方法进一步包括通过电子系统的从模块的第二串行接口接收第一时钟信号，并且对于从模块上的故障状况监测从模块。最后，该方法包括，响应于接收从模块中的时钟信号，通过第二串行接口向电子系统的主模块或额外的从模块输出第二时钟信号，该第二时钟信号(i)如果在从模块上未检测到故障状况则与第一时钟信号相同，并且[11]如果在从模块上检测到故障状况则是具有预定格式的修改的时钟信号。本专利技术的这些和其他目的、特征和特性以及结构的有关元件的操作方法和功能和部件的组合以及制造经济在参照附图考虑下列描述和附上的权利要求时将变得更明显，其中的全部形成该说明书的部分，其中类似的标号指代各种图中对应的部件。然而，要明确地理解图仅仅是为了说明和描述的目的并且不意在作为本专利技术的限制的限定。【附图说明】图1是根据一个特定的非限制性示范性实施例实现本专利技术的通信架构的电子系统的不意图； 图2是根据示范性实施例形成图1的电子系统的部分的主模块的示意图； 图3是根据示范性实施例形成图1的电子系统的部分的从模块的示意图； 图4示出在间断SPI方案中采用、如可用于实现本专利技术的振荡时钟信号； 图5示出在本专利技术中采用来指示故障的修改的振荡时钟信号； 图6示出根据备选的特定非限制性示范性实施例实现本专利技术的通信架构的电子系统的不意图； 图7是根据示范性实施例形成图6的电子系统的部分的主模块的示意图； 图8是根据另一个备选的特定非限制性示范性实施例实现本专利技术的通信架构的电子系统的不意图；图9是根据示范性实施例形成图8的电子系统的部分的主模块的示意图；以及图10是根据再另一个备选的特定非限制性示范性实施例实现本专利技术的通信架构的电子系统的不意图。【具体实施方式】如本文使用的，单数形式的“一(a)”、“一(an)”和“该”包括复数个指代物，除非上下文另外清楚地指明。如本文使用的，两个或以上部件或组件“耦合”的陈述将意指这些部件直接或间接(即，通过一个或多个中间部件或组件)联接在一起或一起操作，只要存在链路即可。如本文使用的，“直接耦合”意指两个元件彼此直接接触。如本文使用的，“固定耦合”或“固定的”意指两个组件耦合以便作为一个移动同时维持相对于彼此的恒定取向。如本文使用的，单词“单一的”意指组件形成为单个件或单元。即，包括独立形成并且然后耦合在一起作为单元的件的组件不是“单一的”组件或本体。如本文采用的，两个或以上的部件或组件彼此“接合”的陈述将意指这些部件直接或通过一个或多个中间部件或组件而对彼此施加力。如本文采用的，术语“数量”将意指一或大于一的整数(即，多个)。 本文使用的方向短语，诸如(例如并且无限制地)顶部、底部、左边、右边、上部、下部、前面、背面和其的派生词涉及在图中示出的元件的取向，并且对权利要求不是限制性的除非在其中明确地详述。在示范性实施例中，本专利技术提供一种通信架构，其可用于电子系统中模块到模块通信(其中每个模块可包括，例如并且没有限制地，一个或多个印刷电路板(PCB)和/或其他电子组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子系统，包括：主模块，其具有第一控制单元，所述第一控制单元具有一个或多个第一串行接口，对所述第一控制单元编程以通过所述一个或多个第一串行接口输出第一数据信号和第一时钟信号；和从模块，其具有第二控制单元，所述第二控制单元具有第二串行接口，所述从模块通过所述第二串行接口接收所述第一时钟信号，对所述第二控制单元编程来对于故障状况监测所述从模块并且通过所述第二串行接口输出第二时钟信号，所述第二时钟信号（i）如果在所述从模块上未检测到故障状况则与所述第一时钟信号相同，并且（ii）如果在所述从模块上检测到故障状况则是具有预定格式的修改的时钟信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.22 US 61/4260811.一种电子系统,包括: 主模块，其具有第一控制单元，所述第一控制单元具有一个或多个第一串行接口，对所述第一控制单元编程以通过所述一个或多个第一串行接口输出第一数据信号和第一时钟信号；和 从模块，其具有第二控制单元，所述第二控制单元具有第二串行接口，所述从模块通过所述第二串行接口接收所述第一时钟信号，对所述第二控制单元编程来对于故障状况监测所述从模块并且通过所述第二串行接口输出第二时钟信号，所述第二时钟信号(i)如果在所述从模块上未检测到故障状况则与所述第一时钟信号相同，并且(i i)如果在所述从模块上检测到故障状况则是具有预定格式的修改的时钟信号。2.如权利要求1所述的电子系统，其中，进一步对所述第二控制单元编程以响应于在从模块上检测到故障状态而使所述从模块进入预定的安全状态。3.如权利要求1所述的电子系统，进一步包括具有额外的第二控制单元的额外的从模块，所述额外的第二控制单元具有额外的第二串行接口，其从所述从模块接收所述第二时钟信号。4.如权利要求3所述的电子系统，其中，对所述额外的第二控制单元编程以响应于确定所述第二时钟信号是修改的时钟信号而使所述额外的从模块进入预定的安全状态。5.如权利要求1所述的电子系统，其中，具有预定格式的所述修改的时钟信号是具有预定逻辑状态的时钟信号。6.如权利要求5所述的电子系统，其中，所述预定逻辑状态是逻辑高状态。7.如权利要求1所述的 电子系统，其中，所述一个或多个第一串行接口和所述第二串行接口每个是SPI接口。8.如权利要求1所述的电子系统，其中，所述从模块通过所述第二串行接口接收所述第一数据信号，其中进一步对所述第二控制单元编程来(a)确定它是否需要生成修改的数据信号，以及(b)通过所述第二串行接口输出第二数据信号，所述第二数据信号:(i)如果确定它不需要生成修改的数据信号则与所述第一数据信号相同，并且(ii)如果确定它确实需要生成所述修改的数据信号则是所述修改的数据信号。9.如权利要求8所述的电子系统，进一步包括额外的从模块，所述额外的从模块从所述从模块接收所述第二数据信号。10.如权利要求1所述的电子系统，其中，所述一个或多个第一串行接口包括第一主串行接口和第二主串行接口，其中对所述第一控制单元编程以通过所述第一主串行接口输出所述第一时钟信号，并且其中所述主模块通过所述第二主串行接口从所述从模块或额外的从模块接收从时钟信号，所述额外的从模块作为所述电子系统的部分而提供。11.如权利要求10所述的电子系统，其中，对所述第一控制单元编程以通过所述第一主串行接口输出所述第一数据信号，并且其中所述主模块通过所述第二主串行接口从所述从模块或所述额外的从模块接收从数据信号。12.如权利要求10所述的电子系统，其中，进一步对所述第一控制单元编程以响应于确定所述从时钟信号具有预定格式而使所述主模块进入预定的安全状态。13.如权利要求12所述的电子系统，其中，进一步对所述第一控制单元编程以响应于确定所述从时钟信号具有所述预定格式而通过所述一个或多个第一串行接口将具有所述预定格式的修改的第一时钟信号输出到所述从模块。14.如权利要求13所述的电子系统，其中，所述从模块响应于接收所述修改的第一时钟信号而进入预定的安全状态。15.如权利要求1所述的电子系统，其中，进一步对所述第一控制单元编程以响应于在所述主模块上检测到故障状况而通过所述一个或多个第一串行接口输出具有所述预定格式的修改的第一时钟信号。16.如权利要求1所述的电子系统，其中，进一步对所述第一控制单元编程以响应于在所述主模块上检测到所述故障状况而使所述主模块进入预定的安全状态。17.如权利要求1所述的电子系统，其中，所述主模块的所述一个或多个第一串行接口通过第一光纤连接而直接耦合于所述从模块的所述第二串行接口，所述第一光纤连接包括多个光纤。18.如权利要求1所述的电子系统，进一步包括一个或多个额外的从模块，其中所述主模块、所述从模块和所述一个或多个额外的从模块采用菊链配置而互连以形成采用所述菊链配置的多个菊链模块，其中每个额外的从模块具有额外的第二控制单元，所述额外的第二控制单元具有额外的第二串行接口，其中每个额外的从模块通过所述额外的第二串行接口从采用所述菊链配置的菊链模块的紧接前一个接收相应的时钟信号，其中在每个额外的从模块中，对所述额外的第二控制单元编程来对于故障状况监测所述额外的从模块并且通过所述额外的第二串行接口输出额外的第二时钟信号，所述额外的第二时钟信号(i)如果在所述额外的从模块上未检测到故障状况则与所述相应的时钟信号相同，并且(ii)如果在所述额外的从模块上检测到故障状况则是具有所述预定格式的修改的时钟信号，其中采用所述菊链配置的所述一个或多个额外的从模块中的第一个的额外的第二串行接口直接耦合于所述从模块的所述第二串行接口，并且其中采用所述菊链的所述一个或多个额外的从模块中的最后一个的额外的第二串行接口直接耦合于所述主模块的一个或多个第一串行接口。19.如权利要求18所述的电子系统，其中，所述主模块、所述从模块和所述一个或多个额外的从模块采用菊链配置通过多个光纤连接而互连，所述多个光纤连接每个具有多个光纤。20.如权利要求18所述的电子系统，其中，所述从模块和所述一个或多个额外的从模块在数量上总计是二。21.如权利要求18所述的电子系统，其中，所述从模块和所述一个或多个额外的从模块在数量上总计是三或以上。22.如权利要求1所述的电子系统，其中，所述主模块的所述第一控制单元具有一个或多个额外的第一串行接口，其中对所述第一控制单元编程以通过所述一个或多个额外的第一串行接口输出额外的第一数据信号和额外的第一时钟信号，所述电子系统进一步包括额外的从模块，其中所述主模块、所述从模块和所述额外的从模块采用星形拓扑而互连，其中所述额外的从模块具有额外的第二控制单元，所述额外的第二控制单元具有额外的第二串行接口，其中所述额外的从模块通过所述额外的第二串行接口接收所述额外的第一时钟信号，其中对所述额外的第二控制单元编程来对于故障状况监测所述额外的从模块并且通过所述额外的第二串行接口输出额外的第二时钟信号，所述额外的第二时钟信号(i)如果在所述额外的从模块上未检测到故障状况则与所述额外的第一时钟信号相同，并且(ii)如果在所述额外的从模块上检测到故障状况则是具有所述预定格式的额外的修改的时钟信号。23.如权利要求22所述的电子系统，其中，所述主模块的一个或多个第一串行接口通过包括多个光纤的第一光纤连接而直接耦合于所述从模块的所述第二串行接口，并且其中所述一个或多个额外的串行接口通过包括多个光纤的第二光纤连接而直接耦合于所述额外的从模块的所述额外的第二串行接口。24.如权利要求22所述的电子系统，其中，对所述从模块的所述第二控制单元编程以通过所述第二串行接口将第一从数据信号输出到所述主模块的所述第一控制单元，并且其中对所述额外的从模块的所述额外的第二控制单元编程以通过所述额外的第二串行接口将第二从数据信号输出到所述主模块的所述第一控制单元。25.如权利要求22所述的电子系统，其中，进一步对所述第一控制单元编程以(i)响应于在所述一个或多个额外的串行接口上从所述额外...

【专利技术属性】
技术研发人员：B维纳斯，ND贝纳维德斯，
申请(专利权)人：通用电气能源能量变换技术有限公司，
类型：
国别省市：