一种通讯隔离电路及装置的制作方法

1.本技术涉及通讯隔离电路领域，具体涉及一种通讯隔离电路及装置。


背景技术：

2.i2c(inter－integrated circuit)总线是电子行业用于通讯的两线式串行总线，主要用于连接微控制器及其外围设备的信息传输。i2c总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今同时用于开关电源与系统服务器中，其中包括单个及多个电源模块状态的通信。例如管理员可对各个电源模块进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源的输出电压和系统的风扇转速。并可随时监控开关电源的输入，输出，风扇转速及温度情况等多个参数，增加了系统的安全性及管理的便捷性。
3.i2c总线是由数据线sda和时钟scl构成的串行总线，可发送和接收数据。在中央处理器(central processing unit，cpu)与被控集成电路(integrated circuit，ic)之间、ic与ic之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，i2c总线上并接的每一模块电路既是主控器(或被控器)，又是发送器(或接收器)，这取决于它所要完成的功能。cpu发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别(如对比度、亮度等)及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。
4.i2c总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
5.开始信号：scl为高电平时，sda由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
6.结束信号：scl为低电平时，sda由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
7.应答信号：接收数据的ic在接收到8bit数据后，向发送数据的ic发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。cpu向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，cpu接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
8.i2c规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件(通常为微控制器)控制，主器件产生串行时钟(scl)控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。sda线上的数据状态仅在scl为低电平的期间才能改变，scl为高电平的期间，sda状态的改变被用来表示起始和停止条件。
9.在服务器电源中，为了更好地兼容系统工作及灵活调节与控制，电源端都要使用i2c通讯与系统进行信息的汇报与读取，并对相应的指令做出对应的响应，但是如若电源发生故障，则会影响系统正常通讯。


技术实现要素：

10.为了解决上述问题的至少一个，本技术提供一种通讯隔离电路，包括：
11.通讯处理器，包括两个通讯信号端子以及一供电端子；
12.两个通讯信号输入端，各自独立地与一通讯信号端子对应耦接，用于输入一通讯信号；
13.电源，分别耦接两个所述通讯信号输入端、对应的通讯信号端子以及所述供电端子；以及
14.隔离模块，用于在所述电源故障时，断开每个所述通讯信号输入端至对应的通讯信号端子的信号输入。
15.在可选的实施例中，所述隔离模块包括第一隔离单元和第二隔离单元，每个所述隔离单元与所述电源耦接，并基于所述电源产生的高电平导通所述通讯信号输入端至对应的通讯信号端子的信号输入通道。
16.在可选的实施例中，所述第一隔离单元包括第一开关元件以及第一二极管元件，所述第二隔离单元包括第二开关元件以及第二二极管元件；
17.所述第一开关元件的控制端和输入端与电源耦接，其输出端与对应通讯信号输入端耦接，所述第一二极管元件的输入端耦接在所述第一开关元件的输入端，并与对应通讯信号端子耦接，其输出端与所述第一开关元件的输出端耦接；
18.所述第二开关元件的控制端和输入端耦接一第一节点，其输出端耦接对应通讯信号输入端，所述第二二极管元件的输入端耦接所述第一节点，其输出端耦接所述第二开关元件的输出端。
19.在可选的实施例中，所述通讯处理器进一步包括多个接地端子，所述接地端子各自与地线端耦接，并且均与一第二节点耦接。
20.在可选的实施例中，还包括：
21.电容，其一端与所述地线端耦接，另一端与所述第二节点耦接。
22.在可选的实施例中，所述第一二极管元件和/或所述第二二极管元件为肖特基二极管元件。
23.在可选的实施例中，还包括：
24.第一电阻，耦接在所述第一开关元件与对应的电源端之间。
25.在可选的实施例中，还包括：
26.第二电阻，耦接在第一开关元件与对应的通讯信号输入端之间。
27.在可选的实施例中，还包括：
28.第三电阻，耦接在所述第一节点与所述供电端子之间。
29.在可选的实施例中，还包括：
30.第四电阻，耦接在所述第二开关元件与对应的通讯信号输入端之间。
31.在可选的实施例中，所述通讯隔离电路用于i2c总线，两个通讯信号包括i2c总线的数据信号以及i2c总线的时钟信号，相对应地，通讯信号端子包括数据信号端子和时钟信号端子。
32.本技术进一步提供一种通讯隔离装置，包括如上所述的隔离电路。
33.本技术的有益效果如下：
34.本技术提供一种通讯隔离电路及装置，通过设置隔离模块，在所述电源故障时，断开每个所述通讯信号输入端至对应的通讯信号端子的信号输入，进而解决了传统i2c通讯信号未隔离处理而导致冗余电源的可靠性下降问题，简单快速实现了i2c通讯线路上电源模块间的相互隔离与独立运行，避免了由于单个电源的通讯问题而导致其它电源模块的通讯都将处于失效中，提升了整个冗余工作的可靠性。
附图说明
35.为了更清楚地说明本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。在附图中：
36.图1是本技术一个实施例提供的现有技术的通讯隔离电路的结构示意图。
37.图2是本技术另一个实施例提供的通讯隔离电路的结构示意图。
具体实施方式
38.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本技术实施例做进一步详细说明。在此，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，但并不作为对本技术的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
39.在服务器电源中，为了更好地兼容系统工作及灵活调节与控制，电源端都要使用i2c通讯与系统进行信息的汇报与读取，并对相应的指令做出对应的响应。
40.传统i2c通讯线路方案如图1，sda与scl分别由10kω的电阻r11与r14上拉至3.3v，内部微控制单元(microcontroller unit；mcu)_与外部联接的sda与scl信号再串一个22ω的防静电电阻r12与r13，3.3v电源与mcu的vcc端子耦接，和接地端质检连接电容c1(图中c1参数为1uf/25v)但服务器电源往往涉及到多个电源模块并联使用，如果当一个模块电源的内部3.3v供电异常而会导致其它各电源模块都无法与系统正常通讯，严重降低了冗余电源的可靠性。
41.基于此，本技术提供一种通讯隔离电路，包括：
42.通讯处理器，包括两个通讯信号端子以及一供电端子；
43.两个通讯信号输入端，各自独立地与一通讯信号端子对应耦接，用于输入一通讯信号；
44.电源，分别耦接两个所述通讯信号输入端、对应的通讯信号端子以及所述供电端子；以及
45.隔离模块，用于在所述电源故障时，断开每个所述通讯信号输入端至对应的通讯信号端子的信号输入。
46.本技术提供一种通讯隔离电路，通过设置隔离模块，在所述电源故障时，断开每个所述通讯信号输入端至对应的通讯信号端子的信号输入，进而解决了传统i2c通讯信号未隔离处理而导致冗余电源的可靠性下降问题，简单快速实现了i2c通讯线路上电源模块间的相互隔离与独立运行，避免了由于单个电源的通讯问题而导致其它电源模块的通讯都将
处于失效中，提升了整个冗余工作的可靠性。
47.在本技术中，可以理解，通讯处理器可以为本领域内常用处理器，例如微处理器mcu等，本技术对此不做限制。
48.下面结合图2对本技术进行详细说明。
49.在本技术实施例中，所述通讯隔离电路用于i2c总线，两个通讯信号包括i2c总线的数据信号以及i2c总线的时钟信号，相对应地，通讯信号端子包括数据信号端子和时钟信号端子。如图2所示，两个通讯信号分别为sda信号和scl信号，其中sda信号指的是i2c总线的数据信号线，scl信号指的是时钟信号，在此不作赘述。
50.可以理解，本技术不仅仅可用于i2c总线，也可用于其他总线线路等，在此不做限制。本技术籍由i2c总线存在的问题进行展开，本隔离电路可以用于与i2c总线相似的通讯线路，即需要两个通讯信号完成信号交互的线路都可以用于本技术，本技术不做赘述。
51.本领域技术人员明了，在本技术实施例中，图2中的3.3v电源线包括两个，但该两个导线均为引自同一电源，也即本电源提供两个3.3v导线，以及mcu的供电导线的电平输出，本技术对此不作过多赘述。
52.具体的，在本技术中，所述隔离模块包括第一隔离单元和第二隔离单元，每个所述隔离单元与所述电源耦接，并基于所述电源产生的高电平导通所述通讯信号输入端至对应的通讯信号端子的信号输入通道。
53.举例而言，在本技术中，请继续结合图2所示，所述隔离模块包括第一隔离单元和第二隔离单元，所述第一隔离单元包括第一开关元件q4以及第一二极管元件d3，所述第二隔离单元包括第二开关元件q5以及第二二极管元件d4。
54.如图2所示，所述第一开关元件q4的控制端(图2中q4的2号引脚)和输入端(图2中q4的1号引脚)与对应电源端(图2中的a端)耦接，其输出端(图2中q4的3号引脚)与对应通讯信号输入端(sda输入端)耦接，所述第一二极管元件d3的输入端(图2中d3的1号引脚)耦接在所述第一开关元件q4的输入端(图2中q4的1号引脚)，并与对应通讯信号端子(图2中mcu的sda端子，也即mcu的5号引脚)耦接，其输出端(图2中d3的2号引脚)与所述第一开关元件q4的输出端(图2中q4的3号引脚)耦接。
55.在图2中的实施例中，所述第二开关元件q5的控制端(图2中q5的2号引脚)和输入端(图2中q5的1号引脚)耦接所述第一节点(节点m1)，其输出端(图2中q5的3号引脚)耦接对应通讯信号输入端(scl输入端)，所述第二二极管元件d4的输入端(图2中d4的1号引脚)耦接所述第一节点(节点m1)，其输出端(图2中d4的2号引脚)耦接所述第二开关元件q5的输出端(图2中q5的3号引脚)。
56.可以理解，本技术中，两个电源端为同一电源上的两个端子，本领域技术人员明了，在整个i2c通讯信号传输过程中，每个通讯隔离电路对应一电源，服务器电源往往涉及到并联的多个电源模块，本技术中每个通讯隔离电路对应一电源模块。
57.在具体使用时，当两个通讯信号均为低电平时，即sda信号和scl信号均输入低电平，第一开关元件q4和第二开关元件q5的控制端均由3.3v驱动，进而第一开关元件q4和第二开关元件q5导通，此时通讯处理器mcu的sda端子和scl端子处的电压高于sda线输入端和scl线输入端，由于第一开关元件q4导通，因此sda信号输入端可拉低mcu的sda端子，同理，由于第二开关元件q4导通，因此scl信号输入端可拉低mcu的scl端子，进而实现了mcu与外
部i2c线路的信号电平一致。
58.当sda输入信号和scl输入信号置为高电平或者浮空电平时，由于3.3v导通第一开关元件q4和第二开关元件q5，由于3.3v高于sda和scl输入信号的电压，由于d3和d4单向导通的作用，此时sda和scl输入信号端无法通过d3和d4拉高mcu的5号引脚sda端子和6号引脚scl端子，此时可以通过第一开关元件q4和第二开关元件q5将3.3v电压送出至sda输入信号端和scl输入信号端。
59.进一步的，图2中的d3和d4还可以进一步降低3.3v导出sda输入信号端和scl输入信号端时的压降，具体的，3.3v经过第一开关元件q4和第二开关元件q5，由于常规三极管的管内压降大约为0.5v，则通过第一开关元件q4和第二开关元件q5之后，只能导出2.8v电压，无法满足通讯电平3.0v的需要，本技术通过上述电路设置，第一开关元件q4和第一二极管元件d3之间并联，d3的正向压降仅为0.1v，因此sda输入信号和scl输入信号可以送出高达3.2v的电压，满足通讯电平3.0v的要求，有效保证了通讯的可靠性。
60.当本技术的电源3.3v出现故障时(即不产生电压)，则图中的3.3v电源线输出0v电平，此时第一开关元件q4和第二开关元件q5低电平驱动而断开，但是第一二极管元件d3和第二二极管元件d4处于单向导通状态，此时可以将mcu产生的sda信号和scl信号经过d3和d4送至sda输入信号端和scl输入信号端，同时外部的高电平无法经过sda输入信号端和scl输入信号端传导到mcu内部，进而电源的损坏不会影响通讯总线sda，scl的信号电平正常运行，保证了其它电源仍可正常通讯读取与控制要求。
61.本领域技术人员明了，本技术的第一开关元件和第二开关元件可以为nmos或者pmos，具体的，图2中的开关元件均为nmos管；但是可以用一个pmos和一个反相器的进行组合使用，替代nmos管的功能，本技术不做限制。
62.本领域技术人员明了，对于上述实施例，隔离模块可以定义为上述一开关元件和一二级管的并联组合，在本技术的其他实施例中，隔离模块还可以为其他等效电路，在此不作赘述。
63.此外，在可选的实施例中，其中耦接所述供电端子的电源端与所述供电端子之间设有第二节点，所述通讯处理器进一步包括多个接地端子，所述接地端子各自与地线端耦接，并且均与所述第二节点耦接。本技术的通讯隔离电路还包括：电容c2，其一端与所述地线端耦接，另一端与所述第二节点m2耦接。
64.在本实施例中，如图2所示，电容c2起到滤波作用，在本技术中，电容可以为1uf/25v，当然该电容参数仅仅作为示例，本技术对电容参数不作限定，只要满足要求即可。
65.在可选的实施例中，所述第一二极管元件和/或所述第二二极管元件为肖特基二极管元件。该实施例中，肖特基二极管元件d3，d4主要用于弥补开关mos体内二极管元件压差(0.5v)大而导致sda，scl高电平时信号电压只有2.8v左右，可能会造成通讯不良，而肖特基二极管元件d3，d4在小电流(1ma左右)时的正向压降只有0.1v，所以sda，scl的高电平信号可达到3.2v以上的电压，满足通讯电平3.0v的要求，有效保证了通讯的可靠性。
66.在可选的实施例中，还包括：第一电阻r15，耦接在所述第一开关元件q4与对应的电源端3.3v之间。
67.在可选的实施例中，还包括：第二电阻r16，耦接在第一开关元件q4与对应的通讯信号输入端sda之间。
68.在可选的实施例中，还包括：第三电阻r18，耦接在所述第一节点m1与所述供电端子vcc之间。
69.在可选的实施例中，还包括：第四电阻r17，耦接在所述第二开关元件q5与对应的通讯信号输入端scl之间。
70.在一些实施例中，图2中的d3和d4的型号为sd 103ax，q4和q5的型号为2n 7002dw，r15＝10kω，r16＝22ω，r16＝22ω，r17＝22ω，r18＝10kω，c2的参数为1uf/25v，当然，本发明不限于此，图2中仅仅作为示例，进一步的，图1和图2中的mcu的1-4以及7号端子与本技术的核心构思并无关联，本技术对此不作赘述。
71.在本技术中，第一至第四电阻具有电路限流功能，可以保护电路避免电路电流过大。
72.从上述技术方案中可以看出，本技术的通讯隔离电路，当单个电源模块的内部3.3v出现问题时(如没有电压)，用于隔离处理的开关mos q4，q5的ds极一直处理断开，内部的损坏将不影响通讯总线sda，scl的信号电平正常运行，保证了其它电源仍可正常通讯读取与控制要求。本技术采用简易低成本方案有效实现i2c通讯线路隔离处理目的，提升冗余开关电源通讯控制的可靠性，避免了传统方案的高失效率问题，满足开关电源行业越来越高的可靠性要求。
73.进一步的，本技术还提供一种i2c总线的通讯隔离装置，包括如上所述的隔离电路，具体的，隔离装置还包括一外壳，外壳内设有该隔离电路，抑或是隔离装置还包括一承载台，隔离电路可以裸露在外部，本技术不限于此。
74.可以理解，本技术的隔离装置，由于其隔离电路通过设置隔离模块，在所述电源故障时，断开每个所述通讯信号输入端至对应的通讯信号端子的信号输入，进而解决了传统i2c通讯信号未隔离处理而导致冗余电源的可靠性下降问题，简单快速实现了i2c通讯线路上电源模块间的相互隔离与独立运行，避免了由于单个电源的通讯问题而导致其它电源模块的通讯都将处于失效中，提升了整个冗余工作的可靠性。
75.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
76.以上所述的具体实施例，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术的具体实施例而已，并不用于限定本技术的保护范围，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。