專利名稱：支持多接口類型和端接的現(xiàn)場總線接口電路板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題涉及總線接ロ，并且更具體地說，涉及支持多接ロ類型的接ロ電路板。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，有許多連接器接ロ，例如 串行總線和現(xiàn)場總線。不同的儀表可能需要不同的接ロ。因此，例如計算機等控制系統(tǒng)可包括若干個不同接ロ，這會占據(jù)控制系統(tǒng)上有限的硬件空間。但是，當(dāng)前儀表通常實現(xiàn)數(shù)量有限的接ロ類型，其中包括過程現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)、控制器局域網(wǎng)總線(CANBUS)及基金會現(xiàn)場總線(HI FF)。即使接ロ類型數(shù)量有限，有限的硬件空間仍會被多個接ロ塞滿。在減少所用硬件空間的ー種嘗試中，制造商采用了外部子板，其中每個特定類型的接ロ具有単獨的電路板，從而可減少所用硬件空間。然后，主控制電路板在制造時會安裝可選的接ロ子板之一。雖然多個接ロ全部可與單獨連接器共存，但除了由額外零件而增加的成本之外，需要更多的板面積用于額外零件和連接器。另外，由于不會同時使用多個接ロ，裝置變得更加昂貴并且比所需的更大。在減少所用硬件空間量的其它嘗試中，端接選擇使用了開關(guān)以連接或斷開電阻器的端接陣列。但這個解決方案要求用戶基于沿總線的裝置位置定位并設(shè)置開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的ー個方面，描述了ー種接ロ電路板設(shè)備。該接ロ電路板設(shè)備可包括共享的電路板底座；安置在電路板底座上并具有配置成接收多個收發(fā)器部件類型的電路收發(fā)器部位的收發(fā)器部分；安置在電路板底座上并具有配置成接收多個端接部件類型的電路端接部位的端接部分；以及操作地耦合到收發(fā)器部分和端接部分的連接部分，其中基于多個收發(fā)器部件類型和多個端接部件類型，收發(fā)器部分、端接部分和連接部分可配置成支持多個接ロ類型。按照本發(fā)明的另ー個方面，描述了ー種現(xiàn)場總線接ロ電路板系統(tǒng)。該現(xiàn)場總線接ロ電路板可包括共享的電路板底座，包括安置在電路板底座上并具有配置成接收多個收發(fā)器部件類型的電路收發(fā)器部位的收發(fā)器部分；安置在電路板底座上并具有配置成接收多個端接部件類型的電路端接部位的端接部分；操作地耦合到收發(fā)器部分和端接部分的連接部分；以及操作地耦合到電路板底座并且具有實現(xiàn)用于多個接ロ類型的協(xié)議和信號的指令的控制器。通過結(jié)合附圖的下文描述，這些及其它優(yōu)點和特征將變得更顯而易見。


在本說明書的結(jié)論部分的權(quán)利要求中具體指出作為本發(fā)明的主題并明確要求其權(quán)益。通過以下結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點顯而易見，在附圖中圖I示出包括支持多接ロ類型的示范接ロ電路板的系統(tǒng)的框圖。圖2示出根據(jù)示范實施例的連接器的引腳分配和類別選擇的表格。圖3示出示范電路的電路圖，其中可在根據(jù)示范實施例進行制造時選擇多個接ロ類型和相應(yīng)零件。詳細描述參照附圖、作為舉例來說明本發(fā)明的實施例以及優(yōu)點和特征。
具體實施例方式圖I示出包括支持多接ロ類型的示范接ロ電路板100的系統(tǒng)10的框圖。如本文中所述，電子系統(tǒng)包含許多類型的接ロ，并且相似的系統(tǒng)僅在連接器處提供的串行接ロ類型方面有所不同。例如，控制模塊缺乏足夠尺寸以支持多個連接器，促成用于每個特定接ロ形式的不同模塊類型，如用于PROFIBUS、CANBUS和Hl FF的單獨模型。PROFIBUS、CANBUS和HlFF均使用相同的連接器形式。例如，連接器形式可以是但不限于DB9、RJ、DIN和接線條。為了便于說明，在本文中描述DB9形連接器。如圖2中所示，接ロ形式PROFIBUS、CANBUS和Hl FF使用相同的連接器形式，但引腳分配和類別(公插頭或母插座)有所不同，如圖2中所示。在示范實施例中，本文所述的系統(tǒng)采用常見電路板底座布局，以使得電路板上安裝的零件在接ロ類型之間變化，同時允許以較低的每塊板成本實現(xiàn)裸電路板的大量使用。雖然PROFIBUS、CANBUS和Hl FF描述為可共存的三種接ロ類型并且在電路板100上制造，但是應(yīng)該意識到，在其它示范實施例中可考慮其它類型的接ロ。因此，PROFIBUS、CANBUS和Hl FF僅為說明性目的討論。示范電路板100可包括可全部在電路板上共存的若干部分105、110、115、120，并且有利地在制造時配置成用作接ロ類型之一(例如PROFIBUS、CANBUS和Hl FF)。第一收發(fā)器部分105可配置用于PROFIBUS和Hl FF收發(fā)器，可包括可選的RS485半雙エ收發(fā)器，其輸出還耦合到端接部分110。電路板100可進ー步包括配置用于CANBUS接口和收發(fā)器的第二收發(fā)器部分115，它也連接到端接部分110。第一收發(fā)器部分和第二收發(fā)器部分105、115和端接電路進一歩通過跳線(例如，零歐姆電阻器)的矩陣部分120耦合到DB9連接器的連接部分125。如圖2的表格200所示并如本文中進ー步描述的，DB9連接器的引腳分配和類別選擇可在制造過程中確定要在電路板100上設(shè)置什么類型的接ロ時確定和設(shè)置。然后，DB9連接器可耦合到系統(tǒng)10的現(xiàn)場總線130。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會意識到，多個接ロ類型中的每ー個具有映射到DB9連接器的唯一信號。在示范實施例中，矩陣部分120配置成支持卩隹一信號映射的姆ー個。在示范實施例中，電路板100的接ロ通過來自系統(tǒng)10的邏輯和/或FPGA控制器部分135的一組共享信號進行控制，基于板上安裝的選擇的接ロ為信號指配不同功能。例如，由制造商加載到控制器部分的固件可確定接ロ類型所實現(xiàn)的協(xié)議和信號。在示范實施例中，控制器部分135可以是基于以太網(wǎng)的?？刂破鞑糠?35可進ー步耦合到系統(tǒng)10中的其它接ロ /電子器件140。如本文中所述，制造商基于材料單為所需接ロ選擇要安裝的特定零件，其中包括集成電路、電阻器的特定零件和其它部件基于接ロ類型添加或移除。因此，示范電路板100在較大系統(tǒng)10內(nèi)提供現(xiàn)場總線130接ロ并支持多種類型的協(xié)議和連接中的ー個，其中協(xié)議類型(例如，PROFIBUS、CANBUS和Hl FF)在制造接ロ時通過接ロ的電路板100上安裝的部件的選擇進行選擇。連接經(jīng)由常見共享的連接器形式(例如DB9)，并進ー步執(zhí)行制造部件選擇以將特定連接器引腳指配到接ロ功能。接ロ的操作經(jīng)由到電路板的系統(tǒng)10的其余部分的連接，其中基于安裝的接ロ，這些連接具有不同功能?，F(xiàn)場總線接ロ電路板100進ー步支持內(nèi)部控制的端接網(wǎng)絡(luò)(例如，端接部分110)，以使得包含此電路板和接ロ的模塊可安裝在沿接ロ總線的任何位置而無需額外端接。圖3示出示范電路300的電路圖，其中在制造時選擇PROFIBUS、CANBUS和Hl FF及相應(yīng)零件。如本文中所述，電路300包括三個收發(fā)器部分UT1、UT2、UT3。該布局進ー步包括端接部分T，其中包括電阻器RTI、RT2、RT3、RT4、RT5、RT6、RT7、繼電器Kl和晶體管QT。電 路 300 進ー步包括 FPGA 輸入線路 0PTI0N1、0PTI0N2、0PTI0N3、0PTI0N4、0PTI0N5、0PTI0N6。該布局進ー步包括輸出線路RJ1、RJ2、RJ3、RJ4、RJ5、RJ6(例如，O歐姆跳線)作為跳線矩陣，以與外部連接器C(例如，本文所述的DB9連接器)進行接ロ。如本文中所述，電路300包括可在制造時配置成若干接ロ(例如但不限于PROFIBUS、CANBUS和Hl FF)中的一個的部件部分，如接下來所述。對于PROFIBUS，UTI、RTI、RT3、RT3、RT4、RT6、RT7、QT、KI 安裝在電路 300 上。另外，母DB9連接器安裝在連接器部分C中。跳線RJ1、RJ3連接以使得UTI高態(tài)有效輸出(CANH)連接到母DB9的連接器引腳3 (參見圖2)。跳線RJ2、RJ4連接以使得低態(tài)有效輸出(信號CANL)去往母DB9連接器的連接器引腳8 (參見圖2)。跳線RJ5、RJ6連接以使得UTl的公共信號去往DB9連接器的引腳5 (參見圖2)。對于PR0FIBUS，UT2、UT3和RT5未安裝?？刂破鞯男盘枮?PTI0N1 (用于接收器有效，RA)、0PTI0N2 (用于傳送啟用，TE)、0PTI0N3 (用于接收器返回，RB)、0PTI0N4 (用于傳送輸出，TA)、0PTI0N5 (用于端接控制)、以及0PTI0N6 (用于經(jīng)由晶體管QT和繼電器Kl來自端接部分T的繼電器反饋)。UTl輸入進一歩包括浮動供電電壓Vbs和控制電壓νω。對于Hl FF，UT1、RT1、RT2、RT3、RT4、RT6、RT7、QT、K1 安裝在電路 300 上。另外，公DB9連接器連接在連接器部分C中。跳線RJ1、RJ3連接以使得UTI高態(tài)有效輸出(CANH)連接到DB9公連接器的連接器引腳6 (參見圖2)。跳線RJ2、RJ4連接以使得低態(tài)有效輸出(信號CANL)去往公DB9連接器的連接器引腳7 (參見圖2)。對于Hl FF，UT2、UT3和RT5未安裝?？刂破鞯男盘枮?PTI0N1 (用于接收器有效)、0PTI0N2(用于傳送啟用)、0PTI0N3(用于接收器返回)、0PTI0N4 (用于傳送輸出)、0PTI0N5(用于端接控制)、以及0PTI0N6(用于經(jīng)由晶體管QT和繼電器Kl來自端接部分T的繼電器反饋)。UTl輸入進一歩包括浮動供電電壓Vbs和控制電壓Vro。對于CANBUS，UT2、UT3、RT2、RT5、RT6、RT7、Q1、K1 安裝在電路 300 上。另外，公 DB9連接器連接在連接器部分C中。跳線RJ1、RJ3連接以使得UT3高態(tài)有效輸出(CANH)連接到DB9公連接器的連接器引腳7 (參見圖2)。跳線RJ2、RJ4連接以使得低態(tài)有效輸出(信-CANL)去往公DB9連接器的連接器引腳5和6(參見圖2)。對于CANBUS，UT1、RT1、RT3和RT5未安裝?？刂破鞯男盘枮?PTI0N1 (用于選擇)、0PTI0N2 (用于時鐘)、0PTI0N3 (用于到CAN的數(shù)據(jù))、0PTI0N4 (用于來自CAN的數(shù)據(jù))、0PTI0N5 (用于CAN中斷)、以及0PTI0N6 (用于經(jīng)由晶體管QT和繼電器Kl來自端接部分T的繼電器反饋)。接ロ控制相似地隨接ロ類型變化。如本文中針對PROFIBUS和HlFF所述，收發(fā)器部分UTl可以是RS485收發(fā)器，如圖3中所示。因此，PROFIBUS和Hl FF均依靠半雙エ串行傳輸，由控制邏輯內(nèi)的UART控制，它可在31. 25Kbps操作。對于PROFIBUS和Hl FF，電學(xué)上的主要不同在于連接器的類別和連接。CANBUS實現(xiàn)經(jīng)由UT2到接ロ驅(qū)動程序的同步外圍接ロ(SPI)端ロ，重新指配選項引腳用于選擇(UT2上的NCS輸入)、時鐘(UT2上的SCK輸入)及數(shù)據(jù)流(UT2上的SI和SO)。此外，UT2將TXD和RXD信號分別映射到UT3上的TXD、RXD信號。信號1/01輸出到端接部分T。UT3輸入進ー步包括參考計時器Rs和參考電壓Vref,浮動供電電壓Vbs和控制電壓VCQ。如本文中所述，總線的端接也在電路300中提供。端接需要電路與用于傳輸線路端接的端接電阻器連接和斷開，如接下來所述。在包含電路300的模塊沿總線與其它模塊一起附連到現(xiàn)場總線時，總線末端需要端接，并且對于在總線中部內(nèi)連接的模塊，需要斷開端接。繼電器Kl允許晶體管RT1、RT2和RT3的端接陣列的連接，例如允許上拉端接、并聯(lián)端接和下拉端接。作為繼電器將端接從總線斷開的反饋，晶體管RT6和RT7允許在繼電器Kl連接端接時拉低0ΡΤΙ0Ν6信號并在Kl斷開端接時拉高0ΡΤΙ0Ν6信號。繼電器Kl的控制通過晶體管QT實現(xiàn)，由0ΡΤΙ0Ν5 (使用相同收發(fā)器UTl的PROFIBUS或Hl FF)或來自CAN接ロ UT2的1/01信號驅(qū)動。因此，繼電器Kl可以是雙極雙擲(DTOT)繼電器，與需要更昂貴繼電器的具有単獨反饋開關(guān)的三極繼電器形成対比，由此降低了電路300的成本。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會意識到的，本發(fā)明的方面，例如作為在制造時加載以按照配置(如，在FPGA控制器部分135中)匹配硬件的具有不同代碼分支的一個程序或不同程序的組成部分的、生成適當(dāng)信息流和以不同方式驅(qū)動可配置線路的指令，可實現(xiàn)為系統(tǒng)、方法或計算機程序產(chǎn)品以視所選接ロ提供信號的控制和功能性。相應(yīng)地，本發(fā)明的方面可采取全硬件實施例、全軟件實施例(包括固件、常駐軟件、微碼等)或者組合軟件和硬件方面的實施例的形式，它們在本文一般可全部稱作“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，本發(fā)明的方面可采取在一個或多個計算機可讀存儲介質(zhì)中實現(xiàn)的計算機程序產(chǎn)品的形式，介質(zhì)中包含計算機可讀程序代碼。
可使用一個或多個計算機可讀介質(zhì)的任何組合。計算機可讀介質(zhì)可以是計算機可讀信號介質(zhì)或計算機可讀存儲介質(zhì)。例如，計算機可讀存儲介質(zhì)可以是但不限于是電子、磁、光、電磁、紅外線或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備、裝置或以上各項的任何適當(dāng)組合。計算機可讀存儲介質(zhì)的更具體示例(非詳盡列表)將包括下列各項具有一個或多個電線的電連接、便攜計算機磁盤、硬盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦可編程只讀存儲器(EPR0M或閃速存儲器)、光纖、便攜壓縮盤只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲裝置、磁存儲裝置或以上各項的任何適當(dāng)組合。在本文檔的上下文中，計算機可讀存儲介質(zhì)可以是可包含或存儲由指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用或者與其結(jié)合使用的程序的任何有形介質(zhì)。計算機可讀信號介質(zhì)可包括其中包含計算機可讀程序代碼(例如，在基帶中或作為載波的組成部分)的傳播數(shù)據(jù)信號。這種傳播信號可采用多種形式的任何之一，包括但并不限于電磁、光或其任何適當(dāng)組合。計算機可讀信號介質(zhì)可以是不屬于計算機可讀存儲介質(zhì)并且可傳遞、傳播或傳輸由指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用或者與其結(jié)合使用的程序的任何計算機可讀介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)上包含的程序代碼可使用任何適當(dāng)介質(zhì)進行傳送，介質(zhì)包括但不限于無線、有線、光纖纜線、RF等或以上各項的任何適當(dāng)組合。用于執(zhí)行本發(fā)明的方面操作的計算機程序代碼可通過ー種或多種編程語言的任何組合來編寫，包括如Java、Smalltalk或C++等面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，或如“C”編程語言或類似編程語言等常規(guī)過程編程語言。程序代碼可完全在用戶計算機上、部分在用戶計算機上作為獨立軟件包運行，部分在用戶計算機且部分在遠程計算機上或者完全在遠程計算機或服務(wù)器上運行。在后一種情形下，遠程計算機可通過任何類型的網(wǎng)絡(luò)連接到用戶的計算機，網(wǎng)絡(luò)包括局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)，或者可到外部計算機(例如，通過使用因特網(wǎng)服務(wù)提供商的因特網(wǎng))的連接。技術(shù)效果包括因?qū)崿F(xiàn)常見電路板以容納多個接ロ類型的基本部分和部件而降低的成本。通過在共享的電路板布局上結(jié)合多種功能實現(xiàn)的制造和硬件開發(fā)成本的降低。通過使用常見電路板，大規(guī)模制造帶來的更大產(chǎn)量導(dǎo)致更低的總成本。本文所述的示范實施例進ー步包括可編程總線端接，使能經(jīng)由固件的控制信號更 改。本文所述的示范實施例進ー步包括當(dāng)僅使用DPDT繼電器(其成本低于3PDT繼電器)時繼電器操作的診斷驗證。硬件中的多協(xié)議支持進ー步需要端接電路中的變化。通過提供繼電器開關(guān)和端接電阻器網(wǎng)絡(luò)，協(xié)議的不同可通過材料單更改來提供(改變電阻器的移除和/或插入及值)。繼電器開關(guān)還允許模塊沿現(xiàn)場總線的定位，其中端點需要連接端接，而線纜中部連接需要斷開端接。過去的實現(xiàn)需要用戶設(shè)置跳線或開關(guān)以便選擇端接，本文所述的示范實施例實現(xiàn)模塊內(nèi)部設(shè)置控制下的繼電器(通常由另ー接ロ如以太網(wǎng)或控制面板設(shè)置供應(yīng))。雖然僅結(jié)合有限數(shù)量的實施例詳細描述了本發(fā)明，但是易于理解本發(fā)明并不局限于所公開的實施例。更確切地，本發(fā)明可修改以結(jié)合上文未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的改變、變更、替換或等效布置。另外，雖然描述了本發(fā)明的多種實施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的方面可僅包括描述的實施例中的ー些。因此，本發(fā)明并不受上述描述的限制，而是僅由所附權(quán)利要求來限制。
權(quán)利要求
1.ー種接ロ電路板設(shè)備，包括 共享的電路板(100)底座； 收發(fā)器部分(115)，其安置在所述電路板(100)底座上并具有配置成接收多個收發(fā)器部件類型的電路收發(fā)器部位； 端接部分(110)，其安置在所述電路板(100)底座上并具有配置成接收多個端接部件類型的電路端接部位；以及 連接部分(125)，其操作地耦合到所述收發(fā)器部分和端接部分(115、110)， 其中所述收發(fā)器部分(115)、所述端接部分(110)和所述連接部分(125)可配置成基于所述多個收發(fā)器部件類型和所述多個端接部件類型支持多個接ロ類型。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，還包括安置在所述端接部分(110)與所述連接部分(125)之間的矩陣部分(120)。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述矩陣部分(120)還安置在所述收發(fā)器部分(115)與所述連接部分(125)之間。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述矩陣部分(120)配置成路由接ロ信號到安置在所述連接部分(125)中的連接器。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述矩陣部分(120)配置成支持所述多個接ロ類型，所述多個接ロ類型中的每ー個具有映射到所述連接器的唯一信號。
6.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述收發(fā)器部分(115)和所述端接部分(110)配置成接收多個控制器信號輸入，所述控制器信號輸入中的每ー個基于所述多個接ロ類型的選擇的接ロ類型具有唯一的配置。
7.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述端接部分(110)配置成支持用于所述多個接ロ類型的多個端接類型。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述端接部分(110)包括多個端接電阻器，其配置成支持用于所述多個接ロ類型的每ー個的端接。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述端接部分(110)包括配置成連接所述端接電阻器與所述連接部分的繼電器。
10.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述收發(fā)器部分(115)配置成支持ー個或多個收發(fā)器類型，所述ー個或多個收發(fā)器類型配置成支持所述多個接ロ類型。
全文摘要
本發(fā)明為“支持多接口類型和端接的現(xiàn)場總線接口電路板”。一種接口電路板設(shè)備可包括共享的電路板(100)底座；安置在電路板(100)底座上并具有配置成接收多個收發(fā)器部件類型的電路收發(fā)器部位的收發(fā)器部分(115)；安置在電路板(100)底座上并具有配置成接收多個端接部件類型的電路端接部位的端接部分(110)；以及操作地耦合到收發(fā)器部分和端接部分(115、110)的連接部分(125)，其中基于多個收發(fā)器部件類型和多個端接部件類型，收發(fā)器部分(115)、端接部分(110)和連接部分(125)可配置成支持多個接口類型。
文檔編號G06F13/40GK102693204SQ20121002606
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者D·M·阿利, 沈龍輝, 許曄 申請人:通用電氣公司