[发明专利]基于CPCI总线的多串口数据通信卡设备及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及数据通信领域，特别涉及CPCI总线通信技术领域，具体是指一种基于CPCI 总线的多串口数据通信卡设备及其方法。

背景技术

现代社会中，随着数据通信技术的不断发展，在工业控制领域已经得到了越多的应用。 同时，在广泛使用的工控机领域，RS232/RS485串行通信已经成为常规的模式。

作为压缩PCI(Compact PCI，简称为CPCI)技术规范，使得流行的PCI总线兼容架构 可以用欧洲卡的规格实现。这种模块化的CPCI模板可以灵活组合成适合各种不同工业现场 应用的系统。为了提高CPCI系统的可维护性，需要在CPCI产品上增加热插拔功能，使得 CPCI模板可以在不需要关断电源情况下，插入或拔出正在运行的系统，而不影响或破坏系统 的正常工作，从而为高可用性(High Availability)设计奠定基础。

PICMG 2.0 Revision 3.0规定了背板上各插槽之间，系统槽与背板，I/O模板与背板之间 严格的互连关系；定义了背板、模板和前后面板的结构和尺寸；定义P1支持32位PCI操作， P1和P2支持64位PCI操作，P3、P4和P5留给用户使用或作为总线扩展用。规范还为33MHz 和66MHz工作频率的Clock信号分布，定义了严格的设计规则。规范还定义了系统管理总线， 并为背板上每个插槽定义了唯一对应的物理地址。CPCI系统由金属外壳和前、后面板组成的 整体导电以及ESD电路设计，使得CPCI具有电磁辐射屏蔽和静电释放能力，表现出良好的 电磁兼容性。

RS-232协议是一个最初用于调制解调器、打印机及其它PC外设的通讯标准，提供单 端20kbps的波特率，后来速率提高至1Mbps。RS-232的其它技术指标包括：标称±5V发送 电平、±3V接收电平(间隔/符号)、2V共模抑制、2200pF最大电缆负载电容、300最大驱动 器输出电阻、3k最小接收器(负载)阻抗、100英尺(典型值)最大电缆长度。RS-232协 议只能够用于点对点通信系统，不能用于多点通信系统，所有RS-232系统都必须遵从这些 限制。

RS-422协议是单向、全双工通信协议，适合嘈杂的工业环境。RS-422规范允许单个 驱动器与多个接收器通信，数据信号采用差分传输方式，速率最高可达50Mbps。接收器共模 范围为±7V，驱动器输出电阻最大值为100，接收器输入阻抗可低至4k。

RS-485协议是双向、半双工通信协议，允许多个驱动器和接收器挂接在总线上，其中 每个驱动器都能够脱离总线。该规范满足所有RS-422的要求，而且比RS-422稳定性更强。 具有更高的接收器输入阻抗和更宽的共模范围(-7V至+12V)。驱动器能够驱动32个单位 负载，即允许总线上并联32个12k的接收器。对于输入阻抗更高的接收器，一条总线上允许 连接的单位负载数也较高。RS-485接收器可随意组合，连接至同一总线，但要保证这些电路 的实际并联阻抗不高于32个单位负载(375)。由此可见，RS485适用于多主机/驱动器工业 环境，通信距离较长淡通信速率不高的场合。

同时，iCoupler是ADI公司的一项专利隔离技术。它是一种基于芯片尺寸的变压器，而 非传统的基于光电耦合器所采用的发光二极管(LED)与光电二极管的组合。由于其取消了 光电耦合器中影响效率的光电转换环节，因此其功耗仅为光电耦合器的1/10～1/50。采用了 iCoupler技术的数字隔离器利用平面磁场专利隔离技术，并采用变压器专利技术集成变压器 驱动和接收电路，同时不再需要驱动34″的外部电路，从而在性能方面表现出色。数字隔离 器使用了芯片级制造工艺直接在芯片上制造iCoupler变压器，只需一个芯片就能支持高速数 据通信，同时能满足医用设备、高电压工业应用、电源以及其他高隔离度环境的严格隔离要 求。iCoupler数字隔离器的隔离通道具有比光电耦合器更高的数据传输速率，时序精度和瞬 态共模抑制能力，因此iCoupler数字隔离器非常适合在各种工业上的应用，包括数据通信、 数据转换器接口以及其他多通道隔离应用。

虽然以上技术都已经发展的比较成熟，但是还没有一种技术方案能够将以上技术手段进 行整合应用，并应用于工控机的数据通信方面。

发明内容