专利名称：提供功率、引导模拟测量和通信信号的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电子设备，更具体地说，本发明涉及在两个电子设备之间只使用单对导线提供功率、引导模拟测量信号和引导通信信号的新技术。
背景技术：
迄今为止，还不存在在单对导线上提供功率、引导测量信号和引导通信信号的已知技术。
发明内容
本发明是一种用于在两个电子设备之间在单对导线上提供功率、并由此引导测量信号和通信信号的新技术。
根据本发明的一个优选实施例，第一电子设备通过两条导线电连接到第二电子设备。第一电子设备通过两条导线向第二电子设备供应功率。模拟测量信号可以从第二电子设备被发送到第一电子设备。为此，第二电子设备产生感兴趣的模拟信号并且用出现在导线对上的功率信号的电流分量对其电流调制。第一电子设备解调出现在导线对上的功率信号的调制的电流分量以再现感兴趣的模拟信号。
可以在第一和第二电子设备之间交换通信信号。在单向通信方案中，可以这样来完成通信，即通过用出现在导线对上的功率信号的电压或电流分量来电压或电流调制数字通信信号，并且在其它设备上解调所述功率信号的电压或电流调制的分量以恢复数字通信信号。
在双向通信方案中，可以这样来完成通信，即通过电压调制出现在导线对上的电压信号以表示在设备之间的一个方向上的通信，并且通过电流调制出现在导线对上的功率信号的电流分量以表示在设备之间的相反的方向上的通信。
所述两条导线的功率、信号和通信传输技术可以用于例如具有传感模拟信号的测量探头的系统，所述模拟信号被上载到主机仪器上以被转换为感兴趣的测量值并被进一步处理。测量探头和测试仪器可以仅由两条导线相连，功率、模拟测量信号和双向通信信号在所述两条导线上传输。
当与附图一起考虑时，通过参照如下详细的描述，对本发明的更完整的认识和本发明的很多伴随的优点将会更清楚并且被更好地理解，附图中相似的符号指示相同或类似的元件，其中图1是实现本发明的两条导线功率、测量和通信信号传输技术的系统的第一实施例的上层方框图；图2A是图示了由根据图1的第一系统实施例实现的传感器设备执行的方法的示例实施例的操作流程图；图2B是图示了由根据图1的第一系统实施例实现的主机设备执行的方法的示例实施例的操作流程图；图3是实现本发明的两条导线功率、测量和通信信号传输技术的系统的另一个实施例的上层方框图；图4A是图示了由根据图3的第二系统实施例实现的传感器设备执行的方法的示例实施例的操作流程图；图4B是图示了由根据图3的第二系统实施例实现的主机设备执行的方法的示例实施例的操作流程图；图5是经由单对导线和主机设备可耦合的传感器设备中的电子设备的优选实施例的示意图；图6是通过单对导线和图5的传感器设备可耦合的主机设备中的电子设备的优选实施例的示意图；和图7是图示了图6的主机设备和图5的传感器设备之间信号传送的操作流程图。
具体实施例方式
以下详细描述新的两条导线功率、测量和通信信号传输技术。尽管本发明根据具体的说明性的实施例来描述，但是应该理解到这里描述的实施例只是作为例子，本发明的范围并不因此而受到限制。
1.一般实施例现在详细描述附图，图1是实现本发明的两条导线功率、测量和通信信号传输技术的系统15的上层方框图。系统15包括主机设备20和传感器设备60。传感器设备60经由包括第一导线14和第二导线16的单对导线12连接到主机设备20。
a.功率能力主机设备20包括具有第一功率源41和第二功率源42的功率模块40。在图示的实施例中，第一功率源41和第二功率源42分别由电源和电路接地实现。但是应该意识到第一功率源41和第二功率源42可以根据其它公知的功率标准而有其它不同的实现。
传感器设备60包括含有第一功率源节点81和第二功率源节点82的功率模块80。第一功率源节点81和第二功率源节点82必须被连接到外部功率源(例如主机设备20中的第一功率源41和第二功率源42)以在传感器设备60内作为功率源操作。
根据本发明，导线对12的第一导线14在第一端电连接到位于主机设备20内的第一功率源41，并在第二端电连接到传感器设备60内的第一功率源节点81。第二导线16在第一端电连接到位于主机设备20内的第二功率源42，并在第二端电连接到传感器设备60内的第二功率源节点82。在本优选实施例中，第一功率源41是产生相对于电路接地的电压VCC的可变电源，第二功率源42是电路地。在所述容量中，单对导线12以电压分量VPWR44和电流分量IPWR45向传感器设备60提供功率PWR 43。
b.测量能力传感器设备60包括测量信号处理模块70，其包括测量电路72和电流调制器74。测量电路72传感或接收AC信号71或者对AC信号71进行其它处理。测量电路72将处理过的AC信号73传递到电流调制器74。电流调制器74通过在由导线14和16组成的环路中的DC电流上加入AC分量来对处理过的AC信号73电流调制。
主机设备20包括测量信号处理模块30，其包括电流—电压转换模块、解调器31和测量处理电路33。电流—电压转换模块和解调器31接收出现在导线对12上的功率信号43的调制的电流分量44，从调制的电流分量44解调出处理过的AC信号32并且将解调出的处理过的AC信号32传递到测量处理电路33以进一步处理和分析。在此所述能力中，单对导线12操作以将测量信号73从传感器设备60引导到主机设备20。
c.通信能力在本优选实施例中，如下完成双向通信传感器设备60包括通信模块90，所述通信模块90包括数字电路95、具有发射电路93a和接收电路93b的通信接口94。通信模块90还包括电压调制器97和电流解调器91。
数字电路95可以包括处理器、存储器、传感器和/或其它任何产生数字数据的电路元件或设备。通信接口94包括至少用于编码、格式化以及其它准备将数字电路产生的数字信号传输到主机设备20的标准电路。发射电路93a产生数字传感器数据编码/格式化于其中的串行数字位流96。电压调制器97用出现在导线对12上的功率信号43的电压分量44来电压调制串行数字位流96。
主机设备20包括通信模块50，所述通信模块50包括数字电路51、具有发射电路53a和接收电路53b的通信接口52。通信模块50还包括电压解调器58和电流调制器55。
图2A图示了操作图1的传感器设备60的示例方法。在操作中，当传感器设备60将要发送数据到主机设备20时，传感器设备60的数字电路95产生(步骤1)将要发送到主机20的数字数据。在通信接口94和发射电路93a的控制下，数字数据被转换(步骤2)为数字位流96。电压调制器97用出现在导线对12上的功率信号43的电压分量44来电压调制(步骤3)数字位流96。
图2B图示了操作图1的主机20的示例方法。在主机端，电压解调器58从出现在导线对12上的功率信号43的调制的电压分量44解调(步骤6)串行数字位流96。接收电路53b接收解调的串行数字位流59并且将其传送到通信接口52以从位流解码、解格式化数字数据和恢复数字数据(步骤7)。数字电路51可以包括处理器、存储器、传感器和/或任何其它处理所恢复的数字信号的电路元件或设备。
仍参照图2B，当主机设备20将要发送数据到传感器设备60时，主机电路20上的数字电路51产生将要发送到传感器设备60的数字主机数据(步骤8)。在主机通信接口52和主机发射电路53a的控制下数字主机数据被处理、转换并被作为串行数字主机数据位流54发送出去(步骤9)。电流调制器55用出现在导线对12上的功率信号43的电流分量45来电流调制串行数字主机数据位流54(步骤10)。
再次参照图2A，在传感器端，电流解调器91从出现在导线对12上的功率信号43的调制的电流分量45解调出串行数字主机数据位流92。在本优选实施例中，电流解调器91包括电流—电压转换器，所述电流—电压转换器将出现在导线对12上的功率信号43的调制的电流分量45转换为调制的电压信号，随后是电压解调器，所述电压解调器从调制的电压信号解调串行数字位流92。
接收电路93b接收解调的串行数字位流92并且将其传递到通信接口94以从位流解码、解格式化数字数据以及恢复数字数据(步骤5)。数字电路95可以包括处理器、存储器、传感器和/或任何其它处理恢复的数字信号的电路元件或设备。
在另一个实施例中，完成只从传感器设备60到主机设备20的单向通信。在这个实施例中，主机设备20上的通信模块50中的电流调制器55和发射电路53a可以被省略，并且传感器设备60上的通信模块90中的电流解调器91和接收电路93b可以被省略。
在另一个实施例中，完成只从主机20到传感器设备60的单向通信。在这个实施例中，主机设备20上的通信模块50中的电压解调器58和接收电路53b可以被省略，并且传感器设备60上的通信模块90中的电压调制器97和发射电路93a可以被省略。
在上述能力中，单对导线12操作以在传感器设备60和主机设备20之间以双向方式或以任何方向的单向通信引导通信信号。
图3是实现本发明的两条导线功率、测量和通信信号传输技术的系统100的另一个实施例的上层方框图。系统100包括主机设备120和传感器设备160。传感器设备160经由包括第一导线14和第二导线16的单对导线12被连接到主机设备120。在这个实施例中，传感器160包括与图1的实施例中的传感器设备60中所示的相同的功率模块80和测量信号处理模块70。类似的，主机设备120包括与图1的实施例中的主机设备20中所示的相同的功率模块40和测量信号处理模块30。对于这些模块的描述和操作，读者可以参照上述关于图1的讨论。
在主机设备120和传感器设备160的各自的通信模块150和190中，对应于出现在单对导线12上的功率信号中的电流和电压分量的调制的通信方向被互换了。更具体地说，传感器设备通信模块190包括电流调制器197和电压解调器191，而主机设备通信模块150包括电压调制器155和电流解调器158。
图4A图示了操作图3的传感器设备160的示例方法。在操作中，当传感器设备160产生(步骤101)将要发送到主机120的数字传感器数据时，由数字电路195、通信接口194和传输电路193a协作产生(步骤102)的串行数字位流196被电流调制器197用出现在导线对上的功率信号43的电流分量45电流调制(步骤103)。图4B图示了操作图3的主机设备120的示例方法。在主机侧，电流解调器156被连接以从导线对12接收电流调制的功率信号，从功率信号43的电流分量45解调出(步骤106)串行数字位流，并且将解调出的串行数字位流传送到主机设备通信模块150的数字电路151中的通信接口152的接收电路153b以恢复(步骤107)数字传感器数据。
当主机设备120产生(步骤108)将要发送到传感器设备160的数字传感器数据时，由主机设备通信模块150中的数字电路151、通信接口152和传输电路153a协作产生(步骤109)的串行数字位流154被电压调制器155用出现在导线对12上的功率信号43的电压分量44电压调制(步骤110)。在传感器侧，电压解调器191被连接以从导线对12接收电压调制的功率信号，从功率信号43的电压分量44解调出(步骤104)串行数字位流并且将解调出的数字串行位流传送到传感器设备通信模块190的数字电路195中的通信接口194的接收电路193b以恢复(步骤105)被发送到传感器的数字数据。
在另一个实施例中，完成只从传感器设备160到主机设备120的单向通信。在这个实施例中，主机设备120上的通信模块150中的电压调制器155和传输电路153a被省略，并且传感器设备160上的通信模块190中的电压解调器191和接收电路193b被省略。
在另一个实施例中，完成只从主机设备120到传感器设备160的单向通信。在这个实施例中，主机设备120上的通信模块150中的电流解调器156/158和接收电路153b被省略，并且传感器设备160上的通信模块190中的电流调制器197和传输电路193a可以被省略。
在上述能力中，单对导线12操作以在传感器设备160和主机设备120之间以双向方式或以任何方向的单向通信引导通信信号。
2.示例实施例考虑图5和图6中的主机/传感器系统的优选实施例。
图5是根据本发明实现的电子设备200的优选实施例的示意图。传感器电子设备200包括有源放大器电路210形式的测量电路、通信接口230、处理器240和存储器242。
功率通过导线252和254从外部功率源被供应给传感器电子设备200，其中导线252和254分别可连接到第一功率源节点220和第二功率源节点222。
现在参照有源放大器电路210，电路210是用于放大AC信号AC_IN203的标准放大器电路。放大器电路210操作以增加信噪比并且降低杂散电容的影响。可以有许多替代的电路来实现这个放大效果，对本领域技术人员这是很清楚的。放大器204是标准运算放大器，例如德州仪器公司(Texas Instruments of Dallas，Tex)的TL072。二极管206和208是标准小信号硅二极管，并且二极管202是7.5V齐纳二极管。电阻器212和214是100k欧姆的电阻器，并且电阻器216和218分别是1M欧姆和464欧姆的电阻器。
在操作中，放大器204驱动负载R2 218。放大器204具有连接到第一功率源节点220的第一功率源输入端PWR+和连接第二功率源节点222的第二功率源输入端PWR_。AC信号AC_IN 203在放大器204的第一输入端被接收，并且在电阻器212和214接合处形成的参考信号在放大器204的第二输入端被接收。放大器204驱动电阻器R2 218上与AC输入信号AC_IN 203成比例的电压。当输入信号AC_IN 203的值是DC或者不存在时，没有额外的电流需要被拉过环路。但是，当输入信号AC_IN 203的值使放大器204的输出在其参考电平(例如3V)附近变化时，功率源节点220和222必须将额外的电流拉过环路以适应放大器204的输出端上的电压变化。因此，功率环路导线252和254上的电流基于AC输出信号AC_IN 203随时间变化。优选地，AC输入信号AC_IN 203是低频信号(例如8192Hz)以使VCC的电压值随时间缓慢变化。此外，优选地，放大器的增益和电阻器R2 218的值使得对VCC上的电压值的影响在亚毫伏范围内。这保证了由VCC提供功率的数字电路不受到不利影响。
在优选实施例中，通信接口230是串行接口，其通常包括放大器电路、采样保持电路、帧检测电路和串并转换器。通信接口230还可以包括依赖通信协议的差错检测/纠正电路和指令包提取电路。
处理器240可以由下述任何一个或多个实现微处理器、微控制器、ASIC、FPGA、数字状态机和/或其它数字电路。
传感器200被配置以发送传感器数据到主机设备300(图6)。在图示的实施例中，数字传感器数据在处理器240内部被从并行格式转换为串行位流，并且输出到处理器的串行输出引脚239。电阻器235被耦合到串行输出引脚239和第二功率源节点222之间，所述第二功率源节点222又和导线254是可电耦合的。处理器240具有连接到第一功率源节点220的功率输入引脚VCC和连接第二功率源节点222的地输入引脚GND。在操作中，处理器240在引脚239上输出串行数字传感器数据位流SENSOR_DATA，SENSOR_DATA驱动电阻器235上的电流ISD。当被输出到引脚239的数字位的值是逻辑0时，引脚239上的输出电压是0电平，因此没有额外的电流需要被拉过环路。但是，当被输出到引脚239的数字位的值是逻辑1时，引脚239上的输出电压是逻辑高电平，因此功率源节点220和222必须将额外的电流拉过环路以改变放大器204的输出端的电平。因此，功率环路导线252和254上的电流基于引脚230上的串行数字传感器数据位流SENSOR_DATA而随时间变化。优选地，AC输入信号AC_IN 203是低频信号(例如8192Hz)以使VCC的电压值随时间缓慢变化。此外，优选地，放大器的增益和电阻器R2 218的值使得对VCC上的电压值的影响在亚毫伏范围内。这保证了由VCC提供功率的数字电路不受到不利影响。
图6是可通过单对导线252和254耦合到传感器设备(例如图5的传感器设备200)的主机电路300的示意图。主机电路300包括具有连接到导线252的第一输入和连接到导线254的第二输入的比较器302。由图5的传感器设备200检测到的AC信号AC_IN被比较器302解调。测量计算模块340在比较器302的输出端接收解调的AC信号306并且执行适当的测量计算。
为了从传感器设备200接收数字传感器数据SENSOR_DATA 239，电流调制的功率信号必须被解调和解码。为此，主机电路300包括电流—电压转换器308，其接收出现在导线252和254上的功率信号并且将电流分量转换为电压信号315。主机电路300还包括比较器312，其在一个输入端接收由电流—电压转换器308产生的转换的电压信号315并且在另一个输入端接收参考电压VREF_2314。比较器312将转换的电压信号315的电平与参考电压VREF_2314比较，并且如果调制的信号高于参考电压VREF_2314就在导线316上输出高电平，如果调制的信号低于参考电压VREF_2314就在导线316上输出低电平。因此，比较器316的输出是脉冲流。解码器320在其输入端电耦合到比较器312的输出导线316。解码器320将脉冲流转换为在导线322上输出的并行指令响应。尽管未示出，解码器320可以包括同步电路、用于从脉冲流中恢复每一位的采样保持电路、用于验证信号的正确传输的差错校正电路以及根据具体的传输实现从模拟输入信号中恢复并行数据信号所需要的其它标准功能。处理器350从导线322接收并行指令响应。
主机设备300可以发送数字指令/数据HOST_DATA到传感器设备200。为此，主机设备300产生指令/数据334，指令/数据334被编码模块350编码以产生串行位流HOST_DATA 352。数字调制器360用来自电源304的原始输入信号VCC362电压调制数字位流HOST_DATA 352以产生由导线252和254承载的调制的功率信号。在优选实施例中，原始输入信号VCC362的幅值为6V。调制的功率信号中的调制的数字信号的高电平由约6V的电平表示，调制的功率信号中的调制的数字信号的低电平由约4.5V的电平表示，所述低电平至少高于放大器电路的高信号电平阈值。因此，数字主机数据HOST_DATA 352被承载在功率信号的电压分量上，并且在放大器电路的高信号电平阈值(一般为3-4V)之上的4.5V和6V之间振荡。这样，放大器电路210(图5)不会受到导线252和254上由于调制而产生的信号差异的不良影响。
回到图5中的传感器设备200，从主机设备(例如图6的主机设备300)被发送到处理器240的数字信号用导线252和254上承载的功率信号来调制，从而必须被解调并解码成处理器240所需的形式。为了从导线252和254上承载的调制的功率信号恢复数字主机数据HOST_DATA352，在优选实施例中，通信接口230因此包括比较器232，比较器232在一个输入端连接到第一功率源节点220以接收导线252和254上承载的调制的功率信号，并且在另一个输入端连接到参考电压VREF_1。优选地，参考电压VREF_1设置为5V。比较器232将调制的功率信号的电平与参考电压VREF_1比较，并且如果调制的功率信号高于参考电压VREF_1就在导线233上输出数字高电平，如果调制的功率信号低于参考电压VREF_1就输出数字低电平。因此，比较器232的输出是串行数字脉冲流。解码器236在其输入端电耦合到比较器232的输出导线233。解码器236将串行数字脉冲位流233转换为并行数据，所述并行数据在导线238上被输出到处理器240。尽管未示出，解码器236可以包括放大器电路、用于从脉冲流中恢复每位的采样保持电路、用于检测每个包的开始和结束的同步(帧检测)电路、用于验证信号的正确传输的差错校正电路、串并转换器以及根据具体的传输实现从模拟输入信号中恢复并行数据信号所需要的其它标准功能。
处理器240接收在导线238上的并行指令位，并且执行该指令所指示的操作。
图7是图示了图6的主机设备300和图5的传感器设备200之间的信号传送的操作流程图。假设在所有信号的传输期间功率被供应给传感器设备200。如图所示，主机设备300将电流—电压转换的信号315路由到主机通信接口(步骤402)。
主机300请求传感器设备200标识自身(步骤404)。为了完成这一步，主机设备300产生包含对传感器设备处理器240的恰当的指令的数字主机数据HOST DATA 352，并且用导线252和254上的功率信号将其电压调制。
传感器设备200以它的标识响应主机设备300(步骤406)。为了完成这一步，处理器240从存储器242获得它的标识信息并且将其转换为239上的串行数字位流SENSOR_DATA，在239它被用功率信号来电流调制。
主机设备300验证标识信息(步骤408)。
当假定标识符是有效的，通过产生包括对传感器设备处理器240的恰当的指令的数字主机数据HOST DATA 352，并用导线252和254上的功率信号对其电压调制，主机设备300指示传感器设备200进行测量(步骤410)。
接着，主机设备300将电流—电压转换的信号315路由到主机测量电路(步骤412)。接着，传感器设备200进行模拟测量(步骤414)并且以功率信号对其电流调制。电流调制的测量值被转换为电压信号并且被路由到主机中的测量电路(步骤416)。
尽管已经为了示例的目的而公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应该意识到，可以有各种修改、添加和替代而不偏离如所附权利要求中公开的本发明的范围和精神。目前公开的发明的其它好处和用途也可能在一段时间后会变得清楚。
权利要求
1.一种可经由单对导线耦合到主机设备的传感器设备，所述单对导线包括第一导线和第二导线，并且所述主机设备具有可耦合到所述第一导线的第一功率源与可耦合到所述第二导线的第二功率源，所述传感器设备包括第一功率源节点，可耦合到所述第一导线；第二功率源节点，可耦合到所述第二导线；传感接口，可操作以传感在至少一个被测节点上的至少一个信号；测量电路，可操作以产生交流传感器测量信号；第一电压调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的功率信号的电流分量来调制所述交流传感器测量信号；数字传感器通信电路，可操作以产生包括数字传感器通信信号的串行数字传感器数据位流；和第二电压调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电压分量来调制所述串行数字传感器数据位流。
2.如权利要求1所述的传感器设备，包括电流解调器，可操作以解调出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量以恢复串行数字主机数据位流；和其中，所述数字传感器通信电路可操作以从所述恢复的串行数字主机数据位流来恢复数字主机通信信号。
3.一种经由单对导线和传感器设备可耦合的主机设备，所述单对导线包括第一导线和第二导线，所述传感器设备包括第一功率源节点，可耦合到所述第一导线；第二功率源节点，可耦合到所述第二导线；测量电路，可操作以产生交流传感器测量信号；第一电压调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的功率信号的电压分量来调制所述交流传感器测量信号；数字传感器通信电路，可操作以产生包括数字传感器通信信号的串行数字传感器数据位流；和第二电压调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电压分量来调制所述串行数字传感器数据位流，所述主机设备包括第一功率源，可耦合到所述第一导线；第二功率源，可耦合到所述第二导线；第一电压解调器，可操作以从出现在所述单对导线上的所述功率信号的所述电压分量解调出所述交流传感器测量信号；第二电压解调器，可操作以从出现在所述单对导线上的所述功率信号的所述电压分量解调出所述串行数字传感器数据位流；数字主机通信电路，可操作以从所述恢复的串行数字传感器数据位流来恢复数字传感器通信信号。
4.如权利要求3所述的主机设备，包括数字主机通信电路，可操作以产生包括数字主机通信信号的串行数字主机数据位流；和电流调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量来调制所述串行数字主机数据位流。
5.一种用于在单对导线上传输功率、测量信号和通信信号的系统，包括传感器设备，包括第一功率源节点，耦合到所述第一导线；第二功率源节点，耦合到所述第二导线；传感接口，可操作以传感在至少一个被测节点上的至少一个信号；测量电路，可操作以产生交流传感器测量信号；第一电压调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的功率信号的电压分量来调制所述交流传感器测量信号；数字传感器通信电路，可操作以产生包括数字传感器通信信号的串行数字传感器数据位流；和第二电压调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电压分量来调制所述串行数字传感器数据位流；和主机设备，包括第一功率源，耦合到所述第一导线；第二功率源，耦合到所述第二导线，所述第一功率源和所述第二功率源操作以通过所述单对导线向所述传感器设备供应功率信号；第一电压解调器，可操作以从出现在所述单对导线上的所述功率信号的所述电压分量解调出所述交流传感器测量信号；第二电压解调器，可操作以从出现在所述单对导线上的所述功率信号的所述电压分量解调出所述串行数字传感器数据位流；数字主机通信电路，可操作以从所述恢复的串行数字传感器数据位流来恢复所述数字传感器通信信号。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述主机设备还包括数字主机通信电路，可操作以产生包括数字主机通信信号的串行数字主机数据位流；和电流调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量来调制所述串行数字主机数据位流；以及所述传感器设备还包括电流解调器，可操作以解调出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量以恢复所述串行数字主机数据位流；和其中，所述数字传感器通信电路可操作以从所述恢复的串行数字主机数据位流来恢复所述数字主机通信信号。
7.一种经由单对导线和和主机设备可耦合的传感器设备，所述单对导线包括第一导线和第二导线，并且所述主机设备具有和所述第一导线可耦合的第一功率源与和所述第二导线可耦合的第二功率源，所述传感器设备包括第一功率源节点，可耦合到所述第一导线；第二功率源节点，可耦合到所述第二导线；传感接口，可操作以传感在至少一个被测节点上的至少一个信号；测量电路，可操作以产生交流传感器测量信号；第一电流调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的功率信号的电流分量来调制所述交流传感器测量信号；数字传感器通信电路，可操作以产生包括数字传感器通信信号的串行数字传感器数据位流；和第二电流调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量来调制所述串行数字传感器数据位流。
8.如权利要求7所述的传感器设备，包括电压解调器，可操作以解调出现在所述单对导线上的所述功率信号的电压分量以恢复串行数字主机数据位流；和其中，所述数字传感器通信电路可操作以从所述恢复的串行数字主机数据位流来恢复数字主机通信信号。
9.一种经由单对导线和传感器设备可耦合的主机设备，所述单对导线包括第一导线和第二导线，所述传感器设备包括第一功率源节点，可耦合到所述第一导线；第二功率源节点，可耦合到所述第二导线；传感接口，可操作以传感在至少一个被测节点上的至少一个信号；测量电路，可操作以产生交流传感器测量信号；第一电流调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的功率信号的电流分量来调制所述交流传感器测量信号；数字传感器通信电路，可操作以产生包括数字传感器通信信号的串行数字传感器数据位流；和第二电流调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量来调制所述串行数字传感器数据位流，所述主机设备包括第一功率源，可耦合到所述第一导线；第二功率源，可耦合到所述第二导线；第一电流解调器，可操作以从出现在所述单对导线上的所述功率信号的所述电压分量解调出所述交流传感器测量信号；第二电流解调器，可操作以从出现在所述单对导线上的所述功率信号的所述电流分量解调出所述串行数字传感器数据位流；数字主机通信电路，可操作以从所述恢复的串行数字传感器数据位流来恢复数字传感器通信信号。
10.如权利要求9所述的主机设备，包括数字主机通信电路，可操作以产生包括数字主机通信信号的串行数字主机数据位流；和电压调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量来调制所述串行数字主机数据位流。
11.一种用于在单对导线上传输功率、测量信号和通信信号的系统，包括传感器设备，包括第一功率源节点，耦合到所述第一导线；第二功率源节点，耦合到所述第二导线；传感接口，可操作以传感在至少一个被测节点上的至少一个信号；测量电路，可操作以产生交流传感器测量信号；第一电流调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的功率信号的电流分量来调制所述交流传感器测量信号；数字传感器通信电路，可操作以产生包括数字传感器通信信号的串行数字传感器数据位流；和第二电流调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量来调制所述串行数字传感器数据位流；和主机设备，包括第一功率源，可耦合到所述第一导线；第二功率源，可耦合到所述第二导线，所述第一功率源和所述第二功率源操作以通过所述单对导线向所述传感器设备供应功率信号；第一电流解调器，可操作以从出现在所述单对导线上的所述功率信号的所述电流分量解调出所述交流传感器测量信号；第二电流解调器，可操作以从出现在所述单对导线上的所述功率信号的所述电流分量解调出所述串行数字传感器数据位流；数字主机通信电路，可操作以从所述恢复的串行数字传感器数据位流来恢复所述数字传感器通信信号。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述主机设备还包括数字主机通信电路，可操作以产生包括数字主机通信信号的串行数字主机数据位流；和电压调制器，可操作以用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电压分量调制所述串行数字主机数据位流；以及所述传感器设备还包括电压解调器，可操作以解调出现在所述单对导线上的所述功率信号的所述电压分量来恢复所述串行数字主机数据位流；和其中，所述数字传感器通信电路可操作以从所述恢复的串行数字主机数据位流来恢复所述数字主机通信信号。
13.一种通过单对导线在第一电子设备和第二电子设备之间传输功率、测量信号和通信信号的方法，所述单对导线包括第一导线，电耦合到所述第一电子设备中的第一功率源和所述第二电子设备中的第一功率源节点；以及第二导线，电耦合到所述第一电子设备中的第二功率源和所述第二电子设备中的第二功率源节点，所述方法包括在所述第一电子设备中，在所述单对导线上产生功率信号；在所述第二电子设备中，产生交流测量信号；在所述第二电子设备中，用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量来调制所述交流测量信号；在所述第一电子设备中，解调在所述第一导线对上的所述调制的功率信号的所述电流分量以恢复所述交流测量信号；在所述第二电子设备中，产生第一数字通信信号；在所述第二电子设备中，将所述第一数字通信信号处理为第一串行数字位流；在所述第二电子设备中，用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电压分量来调制所述第一串行数字位流；在所述第一电子设备中，解调出现在所述单对导线上的所述调制的功率信号的所述电压分量以恢复所述第一串行数字位流；以及在所述第一电子设备中，处理所述恢复的第一串行数字位流以恢复所述第一数字通信信号。
14.如权利要求13所述的方法，还包括如下步骤在所述第一电子设备中，产生第二数字通信信号；在所述第一电子设备中，将所述第二数字通信信号处理成第二串行数字位流；在所述第一电子设备中，用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量来调制所述第二串行数字位流；在所述第二电子设备中，解调出现在所述单对导线上的所述调制的功率信号的所述电流分量以恢复所述第二串行数字位流；以及在所述第二电子设备中，处理所述恢复的第二串行数字位流以恢复所述第二数字通信信号。
15.一种通过单对导线在第一电子设备和第二电子设备之间传输功率、测量信号和通信信号的方法，所述单对导线包括第一导线，电耦合到所述第一电子设备中的第一功率源和所述第二电子设备中的第一功率源节点；以及第二导线，电耦合到所述第一电子设备中的第二功率源和所述第二电子设备中的第二功率源节点，所述方法包括在所述第一电子设备中，在所述单对导线上产生功率信号；在所述第二电子设备中，产生交流测量信号；在所述第二电子设备中，用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量来调制所述交流测量信号；在所述第一电子设备中，解调出现在所述单对导线上的所述调制的功率信号的所述电流分量以恢复所述的交流测量信号；在所述第二电子设备中，产生第一数字通信信号；在所述第二电子设备中，将所述第一数字通信信号处理为第一串行数字位流；在所述第二电子设备中，用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电流分量调制所述第一串行数字位流；在所述第一电子设备中，解调出现在所述单对导线上的所述调制的功率信号的所述电流分量以恢复所述第一串行数字位流；以及在所述第一电子设备中，处理所述恢复的第一串行数字位流以恢复所述第一数字通信信号。
16.如权利要求15所述的方法，还包括如下步骤在所述第一电子设备中，产生第二数字通信信号；在所述第一电子设备中，将所述第二数字通信信号处理为第二串行数字位流；在所述第一电子设备中，用出现在所述单对导线上的所述功率信号的电压分量来调制所述第二串行数字位流；在所述第二电子设备中，解调出现在所述单对导线上的所述调制的功率信号的所述电压分量以恢复所述第二串行数字位流；以及在所述第二电子设备中，处理所述恢复的第二串行数字位流以恢复所述第二数字通信信号。
全文摘要
本发明公开了一种用于在两个电子设备之间在单对导线上传输功率、测量信号和通信信号的新技术。主机设备通过单对导线向传感器设备供应功率。传感器设备获取交流测量信号。传感器设备通过调制导线对上的功率信号的电流分量来传输交流测量信号。主机设备解调导线对上的功率信号的电流分量以恢复交流测量信号。传感器设备产生包括传感器通信信号的串行位流，并用出现在导线对上的功率信号的电压或电流分量对其调制。主机设备恰当地解调功率信号以恢复包括传感器通信信号的串行位流。主机设备还可以产生包括主机通信信号的串行位流。主机设备以导线对上的功率信号的另一分量(电流或电压分量)调制串行位流。传感器设备恰当地解调功率信号以恢复包括主机通信信号的串行位流。
文档编号G01R19/00GK1534884SQ20041000312
公开日2004年10月6日 申请日期2004年2月6日 优先权日2003年3月31日
发明者柯蒂斯·艾伦·特斯达尔, 戴维·T·克鲁克, 凯文·G·钱德勒, G 钱德勒, T 克鲁克, 柯蒂斯 艾伦 特斯达尔 申请人:安捷伦科技有限公司