本申請要求于2014年4月2日提交的序列號為61/974,225名稱為“Frequency multiplexed battery communications”的美國臨時申請的權益，其全部內容通過引用并入本文。

背景技術：

存在多種類型能量存儲系統(tǒng)。例如，一些系統(tǒng)在可再充電電解池中存儲電能。能夠期望對能量存儲系統(tǒng)的元件的一定水平的控制以確保安全和有效的操作。

技術實現要素：

在第一方面中，能量存儲系統(tǒng)包括：主機；能量存儲模塊；多個節(jié)點，每個節(jié)點在能量存儲模塊中的對應的一個能量存儲模塊處被實施并被配置為監(jiān)測和控制那個能量存儲模塊；通信和數據傳輸介質，形成從主機的第一部分順序地通過節(jié)點到主機的第二部分的環(huán)；并且在每個節(jié)點中，第一和第二裝置，被配置為使用通信和數據傳輸介質來執(zhí)行至少部分冗余通信和數據傳輸功能。

實施方式可以包括下列特征中的任意或全部。第一和第二裝置執(zhí)行完全冗余通信和數據傳輸功能。通過第二裝置執(zhí)行的通信和數據傳輸功能與通過第一裝置執(zhí)行的通信和數據傳輸功能相比具有降低的精確性。第一和第二裝置在節(jié)點上執(zhí)行完全冗余監(jiān)測或測量功能。通信和數據傳輸介質由兩個物理導體組成，并且其中通信和數據傳輸在具有不同數據方案的兩個物理導體之上執(zhí)行。通信和數據傳輸介質和節(jié)點中的每個節(jié)點通過變壓器耦合和無源頻分復用連接到彼此。無源頻分復用通過無源交叉電路執(zhí)行，無源交叉電路包括具有到第一裝置的RL電路的低通臂部和具有到第二裝置的RC電路的高通臂部，其中，變壓器耦合包括通信和數據傳輸介質與無源交叉電路之間的磁變壓器。無源交叉電路進一步包括在RL和RC電路中的每個上的相應的次級低通濾波器路徑，每個次級低通濾波器路徑包括串聯(lián)電阻器和旁路電容器。能量存儲系統(tǒng)進一步包括在高通臂部的次級低通濾波器路徑中的RC高通濾波器。節(jié)點包括其中執(zhí)行第一和第二裝置的至少一個集成電路，其中RL和RC電路和次級低通濾波器路徑被定位在至少一個集成電路之外，并且其中RC高通濾波器是至少一個集成電路的一部分。頻移鍵控信號至少在高通臂部中傳輸，其中節(jié)點包括被配置為在頻移鍵控信號的分量之間鑒別的頻率鑒別電路，其中頻率鑒別電路形成包括至少兩個單采樣延遲寄存器和具有第一加法器的反饋環(huán)的數據路徑，并且其中頻移鍵控信號通過定位在兩個單采樣延遲寄存器之間的第二加法器而被添加到數據路徑。頻率鑒別電路包括數據路徑中的邏輯非，其中頻移鍵控信號使用二的補符號表示來表示，在補符號表示中，信號(x)的算術邏輯非由-x＝NOT(x)+1產生，并且其中頻率鑒別電路在執(zhí)行邏輯非時省略+1運算。頻率鑒別電路具有由增益框中的常數k限定的響應頻率，使得k＝0將響應頻率居中在頻移鍵控信號的采樣頻率的四分之一處。針對頻率鑒別電路的常數k被選擇為+/-2^q，其中q是整數，其中，頻率鑒別電路具有實施表示增益框的移位的布線連接的改變。對于負值的常數k，頻率鑒別電路包括在反饋環(huán)中的加法器之后的邏輯非運算。頻率鑒別電路包括范數檢測器框，所述范數檢測器框產生表示通過頻率鑒別電路的能量積累的輸出，其中當輸出超過閾值時，頻率鑒別電路重置單采樣延遲寄存器。第一加法器和第二加法器中的每一個加法器均具有帶符號的溢出檢測，其中，頻率鑒別電路執(zhí)行通過由從第一和第二加法器的相應的溢出信號的邏輯或組合的閾值檢測。頻率鑒別電路包括被配置為將頻率鑒別脈沖流鎖存的鎖存框、累加器寄存器組和ALU，其中，鎖存框針對累加器寄存器組和ALU產生(i)對于輸入值1為真、對于輸入值-1為假并且對于輸入值0為假的方向信號，(ii)如果1或-1出現則為真、0則其它的遞增遞減信號。第一和第二裝置接收相應的第一和第二信號分量，其中，節(jié)點包括用于檢測信號能量的轉換的至少一個邊緣檢測器，邊緣檢測器被配置為在具有值為-1或1的雙極、矩形脈沖響應的脈沖密度流上執(zhí)行卷積，以使得卷積涉及有條件的符號改變運算。

在第二方面中，能量存儲系統(tǒng)包括：主機；多個能量存儲模塊；多個節(jié)點，每個節(jié)點在能量存儲模塊中的對應的一個能量存儲模塊處被實施并且被配置為監(jiān)測并控制那個能量存儲模塊；通信和數據傳輸介質，形成從主機的第一部分順序地通過每個節(jié)點到主機的第二部分的環(huán)；在每個節(jié)點中，用于使用通信和數據傳輸介質執(zhí)行至少部分冗余通信和數據傳輸功能的裝置。

在第三方面中，在能量存儲系統(tǒng)中的通信和傳輸數據的方法包括：在能量存儲系統(tǒng)中，產生從主機到多個節(jié)點中的每一個節(jié)點的信號，節(jié)點中的每個節(jié)點在能量存儲模塊中的對應的一個能量存儲模塊處被實施并被配置為監(jiān)測和控制那個能量存儲模塊，信號通過通信和數據傳輸介質而被接收，所述通信和數據傳輸介質形成從主機的第一部分順序地通過每個節(jié)點到主機的第二部分的環(huán)；將信號的第一部分引導至節(jié)點中的第一裝置；將信號的第二部分引導至節(jié)點中的第二裝置；通過第一裝置并基于第一部分來執(zhí)行通信或數據傳輸的第一功能；通過第二裝置并基于第二部分來執(zhí)行通信或數據傳輸的第二功能，第一和第二功能至少部分地冗余。

實施方式可以包括以下特征中的任意或全部。方法進一步包括將主機配置為僅以環(huán)中的順時針方向將信號發(fā)送至以順時針方向設置在通信和數據傳輸介質的特定段之前的任意節(jié)點，并且僅以在環(huán)中的逆時針方向將信號發(fā)送至以逆時針方向設置在特定段之前的任意節(jié)點，其中，節(jié)點中的每個節(jié)點被配置為僅以順時針或逆時針方向做出響應，信號按照逆時針或順時針方向到達節(jié)點。每個節(jié)點被配置為在通信和數據傳輸介質中以順時針和逆時針方向傳輸對來自主機的信號的相同的響應。主機基于具有曼徹斯特編碼的頻移鍵控使用信號方案，方法包括將具有由節(jié)點中的每個節(jié)點中的編碼器識別的同步序列的有效信號優(yōu)先，并且將具有從不出現在有效信號內的非法模式的同步序列優(yōu)先。節(jié)點包括對信號x和y執(zhí)行頻率鑒別的濾波器，方法進一步包括確定近似的信號能量為|x|+|y|或為Max(|x|，|y|)，并且將近似的信號能量與閾值進行比較。近似信號能量被確定為Max(|x|，|y|)，并且其中閾值被設置為需要一個與節(jié)點中的數據總線的寬度相比附加位來表示的數，方法進一步包括檢測近似信號能量將要達到閾值，并在產生等于閾值的近似信號能量之前丟棄一個附加位。方法進一步包括在每個節(jié)點中執(zhí)行邊緣檢測以用于檢測信號能量的轉換。邊緣檢測包括在脈沖密度流上的卷積，方法進一步包括對脈沖密度流進行下采樣，以使得輸出樣本以卷積核率的固定數量的倍數而產生。邊緣檢測中的累加的一個循環(huán)以在累加的循環(huán)期間最多一個輸入脈沖到達的這樣的速率來執(zhí)行。正脈沖在累加的循環(huán)期間到達，方法進一步包括針對累加的下一循環(huán)將正脈沖鎖存，并且之后從累加器寄存器添加或減去正脈沖，除非負脈沖也在累加的循環(huán)期間到達，在這種情況下方法進一步包括取消正輸入脈沖。

附圖說明

圖1示出能量存儲中的通信系統(tǒng)的示例。

圖2示出具有可以在圖1的通信系統(tǒng)中的子節(jié)點中使用的節(jié)點結構的示例。

圖3示出用于圖2的節(jié)點結構的邏輯節(jié)點連接的示例。

圖4示出可以與圖2的節(jié)點一起使用的變壓器和交叉網絡的示例。

圖5示出可以用在圖4的交叉網絡中的接收器信號路徑的示例。

圖6示出可以用在圖2的任意子節(jié)點中的數字信號處理元件的示例。

圖7A示出可以用于圖2的任意子節(jié)點中的頻率鑒別的濾波框的示例。

圖7B示出呈現圖7A的濾波器框中的實體的圖表的示例。

圖8示出可以用于圖2的任意子節(jié)點中的頻率鑒別的另一濾波器框的示例。

圖9示出濾波器框和重置信號的示例。

圖10概念性地示出下采樣卷積的積分和清除(integrate-and-dump)的示例。

圖11示出用于邊緣檢測器的卷積操作的示例。

圖12A示出可以與圖2的任意子節(jié)點的數據路徑中的邊緣檢測一起使用的鎖存框的示例。

圖12B示出可以與圖2的任意子節(jié)點的數據路徑中的邊緣檢測一起使用的累加器寄存器組、ALU和比較框的示例。

圖12C示出可以與圖2的任意子節(jié)點的數據路徑中的邊緣檢測使用的計時邏輯的示例。

具體實施方式

本文獻描述在能量存儲系統(tǒng)(諸如鋰離子電池單元的電池組)的通信和數據傳輸中的冗余功能性能的示例。分布式電池監(jiān)測系統(tǒng)可以使用電池中的相鄰通信節(jié)點中的僅兩個電導體來體現關于所有通信和數據傳輸功能的至少部分功能冗余。在一些實施方式中，兩個獨立的分開的通信方案共享環(huán)形拓撲的同一電流隔離的(galvanically isolated)通信介質，其可以在節(jié)點處物理地分段。每個方案關于每個介質段是雙向的，以允許數據繞著環(huán)形以任意路徑(或兩個路徑)路由。這可以降低或消除在通信介質的任意段處的中斷的影響。

一些或全部節(jié)點可以具有分配有相應的方案的物理上分開且功能上冗余的裝置，其可以降低或消除這種裝置的中斷或毀壞的影響。在一些實施方式中，冗余的裝置可以具有某種程度上不同的功能。例如，第一裝置可以具有與第二裝置相似的測量功能，但是第一裝置中的那些功能可以具有降低的精確性規(guī)格或要求。這可以諸如在電動車輛的傳動系統(tǒng)內提供能量存儲系統(tǒng)的故障容差和可靠操作，同時最小化附加成本。作為另一示例，當目標是僅提供在給定失效情境中必須的數據時，裝置可以具有完全不同的功能，以便實現期望水平的系統(tǒng)功能。

圖1示出能量存儲110的通信系統(tǒng)100的示例。在特定上下文中，能量存儲是被設計和實施用于提供能量和/或被提供能量的單元。能量存儲可以被安裝作為車輛中的該(或一個)能量源，諸如以電動車輛中的電池組形式，或其可以用作與電力源(例如，太陽能電池板)組合的電能的固定存儲，僅舉兩個示例。

通信系統(tǒng)100包括主機120，主機120不時與多個節(jié)點中的任意節(jié)點或全部節(jié)點通信接合，以諸如監(jiān)測它們的狀態(tài)或從它們收集數據。主機可以以軟件、固件或硬件或其組合實施。例如，主機可以包括用于使用多個方案以與節(jié)點通信并與它們交換數據傳輸的可執(zhí)行指令。

通信系統(tǒng)100包括多個節(jié)點130。這里，節(jié)點被標記為N₁到N_n，其中n等于或大于2。從網絡視角，主機120也可以被視為節(jié)點，因為其與總線上的其它實體通信并且被它們識別。然而，為了清楚，將在本描述中遵循上述術語。

節(jié)點中的每個與能量存儲110中的特定能量存儲模塊140相關聯(lián)地實施。即，節(jié)點控制相關聯(lián)的能量存儲模塊的操作并且可以監(jiān)測其操作和其它特性。節(jié)點可以以軟件、固件或硬件或其組合而實施。例如，節(jié)點可以包括用于使用多個方案來與主機通信并與其交換數據傳輸的可執(zhí)行指令。

在一些實施方式中，分配有節(jié)點的能量存儲模塊為能量存儲110中的物理上隔離的單元。例如，模塊為包含彼此電連接的鋰離子電池單池的殼體，其中，殼體具有在其外部用于對電池單池充電或放電的電觸點。

通信系統(tǒng)100包括將節(jié)點對130連接到彼此而成為連續(xù)的串的通信介質150，并且串的端部連接到主機。這為通信系統(tǒng)100提供具有環(huán)形拓撲的環(huán)的形式。介質被用于傳輸在任意方向(即，順時針或逆時針)通過整個環(huán)或通過其一部分而傳播的信號。介質可以由以足夠保真度(fidelity)傳輸信號的任意材料制成，以使得其可以由系統(tǒng)中的意圖接收方檢測到。例如，當電信號將被傳輸時，介質應該包括導電材料。

也就是說，通信系統(tǒng)100可以被實施為使得關于安全操作、適當的監(jiān)測和有效能量管理來控制多個能量存儲模塊中的每個。例如，主機和節(jié)點被配置為在彼此之間通信和傳輸數據。通信系統(tǒng)促使由主機從節(jié)點收集數據，并且促使從主機到每個節(jié)點的信號的傳輸以啟用或停用在節(jié)點中可執(zhí)行的任意功能以及對這種信號的響應的傳輸。在一些實施方式中，通信系統(tǒng)被配置為使得所有的數據傳遞通過來自主機的命令或請求而啟動，其可以簡化協(xié)議并消除對于總線仲裁方案需要。

在一些實施方式中，主機收集關于涉及網絡上的每個節(jié)點的通信、和/或跨通信介質的每個段的數據通信的成功和失敗的統(tǒng)計。這可以允許主機選擇其行為以避免使用其懷疑的間歇或錯誤操作的任意段。在一些實施方式中，主機可以在網絡上偶爾傳輸數據或詢問網絡的完整性。例如，傳輸的程序包可以繞著環(huán)路由直到其返回到達主機，和/或分組可以對節(jié)點發(fā)出指令以自主地開始順序的段的測試。這些和其它功能可以輔助主機以逐個段為基礎來確定的網絡的完整性，從而有利于嘗試隔離網絡中的故障。

上面提及了能量存儲110和能量存儲模塊140以為通信系統(tǒng)的示例提供說明性的內容。為了簡單，說明性示例的這些和一些其它方面將不在下面的說明中明確地示出。并且，連接到環(huán)形拓撲的網絡中的主機和節(jié)點可以具有關于彼此不同的空間關系。這樣，各種元件的不同的布局模式或疊加模式可以被使用，僅舉一些示例。

圖2示出具有可以在圖1的通信系統(tǒng)中的子節(jié)點中使用的節(jié)點結構的示例。分別標記為N_k-i和N_k的兩個節(jié)點被示出在該示例中，其中k為從1到n的數字，n為在特定實施方式中的節(jié)點的總數。即，該示例涉及環(huán)形拓撲中任意地方處的任意節(jié)點對130。如之前提及的，兩個節(jié)點通過通信介質的段連接，段這里標記為Mk。

節(jié)點中的每個具有監(jiān)測或測量裝置，這里分別標記為P(主子節(jié)點)和S(次子節(jié)點)。在該實例中，針對每個節(jié)點示出兩個子節(jié)點，但是可以使用多于兩個子節(jié)點。這種裝置將基于通過使用兩個或多個通信方案的介質的信號關于至少通信和數據傳輸執(zhí)行冗余功能。子節(jié)點可以在節(jié)點中物理上彼此分離。在當前示例中，與主子節(jié)點相比，在次子節(jié)點中已經犧牲了一些性能方面，因此，以P和S標記。然而，在其它實施方式中，這些裝置可以在功能方面相同并因此完全冗余。

現在轉到介質段M_k，這以及引導到相應的子節(jié)點P和S的雙箭頭對對應于圖1中的通信介質150的特定段。這些介質段促使使用一個通信方案在所有P子節(jié)點和主機之間的通信，并且它們也促使使用另一通信方案在所有S子節(jié)點和主機之間的通信。

被用在通信系統(tǒng)的環(huán)形總線上的每個通信方案提供在面對特定介質段的失效時也將信息分組成功傳輸到給定節(jié)點的能力。這為介質中的單點(single point)故障提供容差。在一些實施方式中，方案以也在面對僅間歇故障的介質段時以此方式操作，其可以進一步增加系統(tǒng)的可靠性。

被標記為X的元件被設置在介質段M_k和引導至相應的子節(jié)點的雙箭頭對之間。即，節(jié)點中的每個(在本示例中N_k-1和N_k)具有兩個元件X，其允許(至少)兩個通信方案共享具有最小干擾的同一段通信介質。在一些實施方式中，元件X包括無源元件，諸如電阻器、電容器、電感和變壓器。例如，這可以提供花費、穩(wěn)健性和/或可靠性方面的優(yōu)勢。然而，在其它實施方式中，元件X相反地或額外地可以包括有源元件。

在通信系統(tǒng)的一些實施方式中使用無源頻分復用。這可以使得冗余對(這里，子節(jié)點)的兩個裝置能夠在同一段通信介質上同時操作并且完全忽略彼此的操作狀態(tài)。在某種程度上不同地陳述，任意裝置的故障中斷其功能上冗余的另一半的操作的風險可以被最小化。另外，無源多路復用并不限于兩倍冗余子網絡，而是可以被應用到任意數量的冗余子網絡。這允許多于兩個子節(jié)點訪問通信介質而不互相干擾。

在頻分復用實施方式中，元件X可以用來在頻域中對信號進行濾波，使得一個頻帶中的信號被允許從一個子節(jié)點P傳播到另一子節(jié)點P，同時基本上防止這些信號傳播到子節(jié)點S。另一方面，另一頻帶中的信號被允許以相反的方式傳播，從子節(jié)點S到S，并防止到達P。在示圖中，這通過將元件X與相應的子節(jié)點P和S連接的雙箭頭表示。

在一些實施方式中，頻帶被選擇以使得它們中的一個名義上(nominally)包括0Hz，直流(DC)信號。這使得那個帶通過使用低通濾波器而被容易地選擇并且通過使用高通濾波器而排除。作為關于信號傳輸的示例，在這種濾波之后，兩個信號帶被組合并且連接到允許跨電流隔離屏障的信號傳輸而基本上沒有在頻率上的選擇性的元件。各種合適類型元件中的任意元件可以被用于該目的，包括但不限于磁變壓器、DC阻斷電容器、聲學耦合器或跨電絕緣構件傳輸并接收信號的另一裝置。

圖3示出用于圖2的節(jié)點結構的邏輯節(jié)點連接的示例。該示例對應于之前的示圖，除了示出指示邏輯數據流的箭頭300。因此，上面討論的介質段、元件X和表示物理信號流的雙箭頭在這里以虛線示出。

元件X允許通信系統(tǒng)有效地分解到分開的、互相可操作的子系統(tǒng)，在這些示例中，兩個這種子系統(tǒng)。當元件X正確操作時，來自任意介質段上的一種方案(例如，針對P子節(jié)點)的通信信號的存在將對來自同一段上另一種方案(例如，針對S子節(jié)點)的信號的傳輸、傳播或接收沒有影響。也就是說，一方面，這里箭頭300表示相應的子節(jié)點P和主機之間的邏輯數據流，另一方面，表示相應的子節(jié)點S和主機之間的邏輯數據流。

這些邏輯數據流可以對應于關于在通信系統(tǒng)的各個部件中執(zhí)行的多種類型操作中的任意操作的信號。首先，通信在主機和節(jié)點之間交換，諸如執(zhí)行狀態(tài)檢查和/或控制節(jié)點操作。這些通信的冗余版本然后被相應的子節(jié)點P和S接收或從相應的子節(jié)點P和S發(fā)送，并且在該示例中由箭頭300表示。類似地，數據可以在主機和相應的子節(jié)點之間傳輸，箭頭300也表示這種傳輸。例如，這種數據的冗余版本響應于來自主機的信息請求而由特定節(jié)點的子節(jié)點產生。可以由相應的子節(jié)點部分或完全冗余地執(zhí)行的其它功能，包括但不限于監(jiān)測功能(例如，節(jié)點確定其能量存儲模塊是否正在適當地操作)以及測量功能(例如，節(jié)點測量其能量存儲模塊的某種操作特性)。

此外，由于通信系統(tǒng)的環(huán)形拓撲，任意一個段(例如，M_k)的移除將不會完全地將任意子節(jié)點與主機斷開。相反，根據具體情況，對于在環(huán)中順時針或逆時針行進的信號，從該節(jié)點到主機的路徑將仍完整。另一益處是任意給定子節(jié)點的故障或損失將最多影響那個子節(jié)點，并且只要元件X正在運行，將不會中斷來自該主機的另一子節(jié)點的通信。在一些實施方式中，對于由元件X執(zhí)行的功能特定的要求是子節(jié)點的故障或損失不中斷到同一節(jié)點的其它子節(jié)點的通信流。

為了總體上討論通信操作，到其正確的功能依賴于通信系統(tǒng)的物理拓撲的程度，它們應該服從以在網絡中的任意點處終止通信介質。例如，系統(tǒng)可以包含導致特定節(jié)點從一個狀態(tài)改變到另一狀態(tài)的命令。一些實施方式被配置為使得當那個命令的接收可能不確定時，防止系統(tǒng)發(fā)送命令。這是因為當節(jié)點對于已經接收到命令并不明確已知時，那么那個節(jié)點的狀態(tài)也將變?yōu)槲粗?/p>

作為示例將提及基于其物理位置的到串聯(lián)連接節(jié)點的順續(xù)地址分配。在一些實施方式中，主機通過向第一節(jié)點(例如，向圖1中的N₀或N_n)傳輸包含地址和“存活時間(time to live)”數的分組來執(zhí)行這種地址分配。那個節(jié)點為其本身分配分組的地址，增加地址并減少“存活時間”數。如果縮減的“存活時間”數為0，則節(jié)點將不向任意其它節(jié)點傳輸分組。否則，節(jié)點傳輸修改的分組。即，如果主機可以確定介質段處于可操作性的未知狀態(tài)，則主機可以避免傳輸如下的地址分組，這些地址分組對分組從其起始的段的相對側上的節(jié)點具有任何影響。這允許主機通過避免使用那個段而保持完全確定的地址分配。該地址分配操作的討論僅出于說明性目的，將節(jié)點僅瞄準到通信系統(tǒng)的環(huán)形拓撲的特定位置的能力總體上對于數據傳輸是有用的。

以上要求可以以其它方式滿足。例如，可以使用基于節(jié)點的二進制狀態(tài)的數據分組的有條件的(conditional)重新傳輸。這種狀態(tài)可以通過分開的數據分組的接收而被改變，或通過待被重新傳輸的數據分組的接收而被自動地改變。作為另一示例，來自節(jié)點的確認響應(acknowledge response)可以被用于驗證數據分組的正確接收。

通信系統(tǒng)還限定環(huán)形總線上的節(jié)點根據通信方案對主機做出響應的特定方式。例如，其可以被指定為節(jié)點必須以一種方式對數據請求做出響應以使得響應將到達發(fā)出請求的節(jié)點(這里為主機)。因此，假定主機可以避免跨間歇或故障的段來傳輸數據，那么節(jié)點可以在請求來自的相對方向上將其響應發(fā)送返回。然而，可以具有多于一個段間歇的示例或對于主機來說確定哪個段間歇不實際的示例。在這種情形下，對于做出響應的節(jié)點來說在環(huán)的兩個方向上傳輸相同信息可能是有利的。為了清楚，來自節(jié)點的響應消息的該傳輸實際上涉及至少兩個消息(來自執(zhí)行通信操作的每個冗余裝置的一個消息)的傳輸。這樣，根據具體情況，節(jié)點可以在相對方向上發(fā)送多個響應消息，或在環(huán)的每個方向上發(fā)送多個消息。

鑒于以上示例，可以看出能量存儲系統(tǒng)可以包括：主機、能量存儲模塊、多個節(jié)點以及通信和數據傳輸介質。每個節(jié)點可以在能量存儲模塊中的對應的一個處被實施并被配置為監(jiān)測和控制那個能量存儲模塊。介質可以從主機的第一部分順序地通過節(jié)點到主機的第二部分而形成環(huán)。在節(jié)點中的每個節(jié)點中，第一和第二裝置被配置為使用通信和數據傳輸介質來執(zhí)行至少部分冗余通信和數據傳輸功能。

圖4示出可以與圖2的節(jié)點結構一起使用的交叉網絡402的變壓器400的示例。用作將節(jié)點結合到彼此的通信介質的段的兩個導體404被連接到變壓器。在一些實施方式中，導體在這里是其較近端附接到變壓器400的端子的一對絞合線。此外，導體的遠端將附接到另一導體或主機的端子。例如，差分數據方案可以將數據編碼為導體之間的電壓差或電流差。

然后，變壓器400執(zhí)行物體導體404和交叉網絡402之間的耦合。交叉網絡進而至少形成到子節(jié)點406A的低通臂部402A和到子節(jié)點406B的高通臂部402B。在一些實施方式中，多于兩個的多個臂部和裝置可以用在每個節(jié)點中。子節(jié)點406A-B這里表示部分地或完全執(zhí)行那個節(jié)點中的冗余功能的兩個裝置。

低通臂部402A包括形成電阻-電感(RL)電路的電阻和電感。RL電路的濾波器特性對應于具有特定轉換頻率的低通濾波器。類似地，高通臂部402B包括形成電阻-電容(RC)電路的電阻和電容，RC電路具有帶有特定轉換頻率的高通濾波器的濾波器特性。當這種裝置被使用時，對于低通臂部和高通臂部中的哪個連接到主子節(jié)點或次子節(jié)點沒有限制。相反，每個子節(jié)點使用對于可用于交叉網絡的對應臂部的頻率傳輸窗口合適的通信方案。

RL和RC電路的特性可以基于特定實施方式而被設計。然而，在一些實施方式中，元件被選擇為使得這些電路具有基本上相同的轉換頻率。然后，遠在轉換頻率之下的信號將主要被路由到低通臂部中，遠在轉換頻率之上的信號將主要被路由到高通臂部中?？拷D換頻率的信號將在兩個臂部之間成比例地分離，該比例反應那個頻率處的濾波器電導的比率。在具有基本上相同轉換頻率、以及特別是具有基本上相同電阻的實施方式中，放置在變壓器上的負載將基本上是頻率獨立的。例如，這在變壓器用于將該有效恒定負載匹配到傳輸介質段的特性阻抗的情況下可能是有利的。特別地，這種匹配將促使傳輸介質中的電反射抑制。

示出的交叉網絡402具有在信號發(fā)送器和用于低通和高通臂部兩者的通信介質段之間串聯(lián)的電阻器，因此用作串聯(lián)的終端電阻器。另外，在一些實施方式中，在低通臂部402A上傳輸的信號基本上沒有DC信號功率分量。該布置可以抑制介質上的反射并且還限制可能在變壓器中通過由發(fā)送器產生的任意DC電壓而導致的最大電流。例如，這種電壓可能是連續(xù)的并且是無意地產生的，或者是有意地產生的并具有短暫持續(xù)時間。在一些實施方式中，可用于發(fā)送器的電阻和驅動電壓被選擇以選擇小于變壓器飽和電流的最大電流。這可以消除變壓器的磁飽和的可能性并且因此幫助滿足給定子節(jié)點的故障不應該中斷其它子節(jié)點的通信的這一要求。

可以使用除了單極RL-RC交叉的其它無源網絡，包括但不限于表面和體聲波濾波器、傳輸線濾波器、介電諧振器、微機電系統(tǒng)濾波器等。

圖5示出可以用在圖4的交叉網絡中的接收器信號路徑的示例。通過示出的串聯(lián)端接，輔助連接500和502可以被用于檢測接收的信號電壓。盡管對于電流敏感的信號接收器可以被用于檢測通過交叉網絡傳導的電流信號，但與電壓敏感的接收器相比，這種接收器可能不太容易獲得、并且不太方便。這樣，輔助連接500和502可以形成次級路徑以將信號電壓傳導到子節(jié)點中的相應的電壓敏感的接收器504A-B。例如，這種路徑可以傳導與傳導的信號電流成比例的、具有通過終端電阻器設定的比例常數的信號電壓。

在示出的示例中，輔助連接中的每個具有由并聯(lián)連容器跟隨的串聯(lián)電阻器，以便形成RC低通濾波器。這可以增加系統(tǒng)的用于拒絕高頻率干擾的能力。對于低通臂部，該RC接收濾波器的頻率可以被設定為靠近或低于交叉網絡的轉換頻率，這可以幫助拒絕從高通臂部泄露到低通臂部的任意信號。

此外，對于高通臂部，RC濾波器的截斷頻率應該被設定的足夠高，以傳導由對應的傳輸方案產生以實現可靠接收的信號功率的充足部分。在一些實施方式中，額外的RC高通濾波506可以用在高通臂部的接收信號路徑中。例如，這可以幫助拒絕從低通臂部泄露到高通臂部的低頻率信號。這種高通濾波器可以具有靠近交叉網絡的轉換頻率的截斷頻率。

以上描述中的一些關注于接收器信號路徑。子節(jié)點還包括發(fā)送器路徑，發(fā)送器路徑用作從自子節(jié)點產生輸出信號，用于通過主機或另一節(jié)點接收。此外，主機將具有合適的接收器和發(fā)送器組件，其在一些實施方式中類似于子節(jié)點的那些。特別地，主機可以具有到總線的相應的端的連接的兩個分開的點，并且可以選擇這些中的任意一個以用于傳輸，以便在環(huán)中以順時針或逆時針產生信號。

本文描述的電路可以取決于應用的特性以多種合適方式中的任意方式來實施。在一些實施方式中，子節(jié)點是集成電路，與包括P子節(jié)點的一個集成電路和包括S子節(jié)點的另一集成電路分開，或者一個集成電路可以包括兩個(或多個)子節(jié)點。在這種實施方式中，低通濾波器級和終端電阻器可以位于集成電路之外，并且任意高通濾波可以位于集成電路內。例如，這從芯片封裝和靜電放電視角可能是有利的。此外，到接地或到用于封裝添加的相鄰引腳的任意寄生電容可以通過設計而被包括在低通濾波器的旁路電容器(shunt capacitor)。從靜電放電視角，將串聯(lián)電阻元件包含到引導到集成電路的每個電路路徑中可以幫助保護電路免于放電感應電流。作為另一示例，其可以允許設置在電路的變壓器關聯(lián)部分和局部接地之間的電壓鉗位裝置，以通過增加沿著引導到集成電路的敏感路徑觀察的阻抗來共享任意放電電流的較大部分?？梢允褂媒M件在集成電路內與外的其它分配。

盡管信號失真無論其在系統(tǒng)的哪里發(fā)生都可能是問題，但是可能在濾波器網絡的高通臂部中保持無失真信號更難，這是由于其通信方案所需要的較高信號頻率。例如，該臂部的高通和低通響應，與針對高頻率處的通信介質段中的信號反射的額外電勢相組合，可能導致元件頻率的顯著幅度改變和相移。

因此可以使用對相移和頻率依賴的幅度改變基本上不敏感的信號方案。在一些實施方式中，可以使用頻移鍵監(jiān)測(FSK)方案，其中具有遠低于FSK載波的較低載波的頻率的頻率組成的信號被用于調制兩個FSK載波中的每個的傳輸的部分。例如，這種方案可以具有二進制數據流形式的信號，以使得完整地一個載波或完整地另一載波被傳輸。

在一些實施方式中，曼徹斯特(Manchester)編碼被用于產生待被傳輸的二進制數據流。例如，這可以允許有效信號的合理地簡單檢測和無效信號的拒絕。在當前的曼徹斯特編碼中，有效信號可以通過總是可以由解碼器檢測到的特殊同步序列而被優(yōu)先(preceded)。該同步序列可以用作通過提供已知模式來初始化解碼器的計時電路。作為另一示例，有效模式可以通過無效模式(即，從不出現在有效分組中的模式)而被有意地優(yōu)先，以便萬一噪音事件已經導致其開始錯誤地解碼而將解碼器重新初始化到相應的狀態(tài)。因為曼徹斯特編碼包括嵌入式時鐘并且可以在接收器中不極大地需要計時穩(wěn)定性的情況下而被接收，這種通信方案也可以提供對其計時參數不精確或已經被改變的信號的穩(wěn)健解碼。這樣，傳輸方案可以容許時鐘誤差。

在一些實施方式中，FSK調制的曼徹斯特編碼的選擇可以最小化由傳輸方案驅動的硬件要求。假設在給定時間處傳輸的信號頻率為在那個時到達接收器的信號的最強頻率分量，FSK方案將不受多種形式的失真的影響。例如，這可以允許不用在信號路徑的線性上設置過多限制的情況下選擇接收器。

圖6示出可以用在圖2的任意子節(jié)點中的數字信號處理元件600的示例?？傮w上，數字信號處理元件600形成數字轉換器(quantizer)級602、頻率鑒別級604、邊緣檢測級606和數據解碼級608。因為高通臂部可以特別地容易受到失真的影響，因此元件600將被描述為在那個臂部上實施。然而，類似的或相同的方案可以用于低通臂部。

數字轉換器級602可以形成接收器的第一級。在一些實施方式中，過零檢測器可以被使用，其可以相等地被稱為1-位數字轉換器。例如，這種數字轉換器相對簡單并且因此將花費極少。此外，當數字轉換器為整個接收器設計中的僅有的模擬電路時，接收器的功率消耗要求可以保持較低。相對而言，數字轉換器可以由從信號中提取數據的一系列數字信號處理單元跟隨。

在操作中，1-位數字轉換器被計時以在多個接收到的信號頻率的某些倍數處產生一系列二進制樣本。在一些實施方式中，接收到的信號在大約四倍平均信號頻率處被采樣，以例如最小化花費和設計復雜性。這還可以提供數字信號處理邏輯的其它有用的簡化，如將在下面所描述的。

這里，頻率鑒別級604產生表示在兩個帶中接收到的信號功率的兩個信號，兩個帶中的每一個居中在兩個FSK載波頻率中的一個上。

邊緣檢測級606進而在一段時間上累加包含在這些帶內功率信號的信息，以檢測接收到的信號功率從一個頻率帶轉換到另一頻率帶，或反之亦然。根據曼徹斯特編碼，所接收的信號從一個帶到另一個帶的轉換對應于傳輸的數據流的數字轉換。這里，邊緣檢測級產生兩個輸出，一個從第一FSK載波到第二FSK載波的編碼轉換，另一個從第二載波到第一載波的編碼轉換。

數據解碼級608最后可以應用通用形式的狀態(tài)機以及基于計時器的邏輯，以對曼徹斯特編碼進行解碼并產生對應于傳輸的數據的數據流。在一些實施方式中，進行合適的變型以接收由頻率鑒別級產生的信號的形式。例如，這可以涉及邊緣檢測，而不是如通常在串聯(lián)接收器中完成的邏輯水平檢測。

圖7A示出可以用于圖2中的任意子節(jié)點的頻率鑒別的濾波器框700的示例。標記z^-1的寄存器表示信號的單采樣延遲。這可以實施為順序邏輯元件，例如觸發(fā)器(flip-flop)。加法器被標記有求和符號。例如，加法器可以為有限算術精度的二的補二進制加法器。該框可以提供具有未衰減的、正弦脈沖響應的無限脈沖響應。這樣，其可以通過限定濾波器的響應頻率的常數k為特征。例如，當k＝0時，濾波器響應被居中在采樣頻率的四分之一處。為此，采樣頻率可以被選擇為四倍信號頻率。

濾波框700提供對于給定的樣本處理速度頻率來說降低的邏輯元件速度要求。例如，濾波器使用具有有限位寬的信號的定點二進制表示。濾波器不進行用以保持接收的信號元件的相位的特定嘗試，因為幅度可能被認為更重要。這樣，濾波器可以在可變的周期內對信號進行積分直到足夠的信號能量已經被累加以跨過閾值，并當該事件發(fā)生時產生離散輸出。作為另一示例，濾波的頻率響應可以被選擇以最小化硬件復雜性，而不是為了實現特定頻率響應。傳輸的信號然后將被調整至選擇的濾波頻率。

信號702被饋送到濾波框中。例如，這可以為填補到數據總線的寬度的1-位寬數據流的形式。濾波器框具有作為濾波器中的反饋環(huán)的一部分的加法器704。然而，信號不使用那個加法器而被增加到數據路徑中的值。相反，加法器706被設置在兩個延遲寄存器之間。即，因為實數數字加法器在沒有額外復雜性的情況下不自動接收多于兩個輸入，所以信號注入的該位置簡化存在于任意兩個寄存器之間的邏輯。此外，因為同步數字電路的最終速度--或等價地對于實現給定目標速度所必須的工程學設計和處理開銷的量--依賴于順序寄存器級之間的最長延遲，所以該方法促進使用便宜邏輯來獲得合理速度的設計目標。

此外，信號被表示在通過值0和1(而不是例如值-1和1)的系統(tǒng)的選擇的二的補信號表示。例如，這可以消除將對于擴展1-位寬數據到m-位寬數據總線所必需的信號擴展步驟。該表示需要DC偏移到信號的有效加法。然而，對DC信號的濾波器響應為恒定輸出，然而其對所選擇的頻率的信號的響應為相同選擇的頻率的恒定上升的正弦波。因此，與選擇的頻率不同，偏移不被積分并且可以通過對跟隨濾波器環(huán)的檢測器閾值的合適的選擇而被補償。作為另一示例，足夠的小偏移可以被忽略。

在該示例中，在將其應用到第一延遲寄存器之前對第二延遲寄存器的輸出的非運算由邏輯補而替代。二的補算術中的信號x的算術邏輯非通常由運算-x＝NOT(x)+1產生。然而，在一些實施方式中，運算+1被省略，其可以允許整個計算昂貴的進位鏈從設計中移除。類似于以上示例，這可以將DC偏移有效地添加到系統(tǒng)，這一次添加到濾波器的非擾動輸出。這種偏差可以被補償或忽略。

再一次參考常數k，其值可以被選擇以具有+/-2^q形式，其中q是整數。對于靠近采樣頻率的四分之一的濾波器頻率，k值小于1。以這種方式選擇k可以允許增益框k被實現為簡單的位-移位。在諸如這一種的位-并行數據路徑中，位-移位可以實施為布線連接的簡單改變。此外，如果k被選擇為使得q是負整數，則該位移位可以在被移位的值的最高位不被截斷的情況下被實現。

現在轉到圖7B，其示出顯示圖7A的濾波器框中的實體750的圖的示例。特別地，輸入信號的帶內分量通過與由每個寄存器的輸出形成的反饋路徑相結合作用的延遲寄存器而在多個樣本上被積分。這導致積分的信號的帶內分量的幅度增加，例如如通過疊加的蹤跡752和754表示。笛卡爾范數檢測器708(圖7A)產生也隨著蹤跡752-54增加的輸出756。兩個信號x和y的笛卡爾范數可以被定義為平方根sqrt(x2+y2)，這也為笛卡爾平面中的矢量(x,y)的長度。通過濾波器累加的信號能量可以適當地計算為sqrt(x²+kxy+y²)。在笛卡爾范數不是信號能量的數字上正確表示時，該誤差在應用中可能是可以忽略的。

閾值758被限定。當大約表示累加的能量的輸出756穿過該閾值時，延遲寄存器的內容可以被設定為0。這里，那個事件由重置信號760表示，重置信號760使得濾波器被設置到可重復的初始狀態(tài)。在圖7A中，重置信號被標記r。此后，處理可以再次開始。此外，重置信號啟動時的速率大約與輸入信號幅度成比例，并且因此重置信號可以被處理為由濾波器選擇的輸入帶中的近似信號功率的脈沖密度調制表示。

針對負的k值數據路徑可以稍微改變。圖8示出可以用于圖2的任意子節(jié)點中的頻率鑒別的另一濾波器框800的示例。類似于前面的描述，k值的實際實現仍為位移位，其并不對值取非運算。然而，之前用于大約在饋送返回第一寄存器之前對第二寄存器的輸出取非的數字補運算現在在k框的輸出與第二寄存器輸出的求和之后應用。在該附圖和圖7A中，k框已經由>>符號替代以表示右側移位。在其它方面中，濾波器框800具有與上面描述的濾波器框類似的組件。

為了示出簡化的另一示例，可以注意到，關于使用笛卡爾范數以計算(與kxy成比例的)存儲在濾波器中的積分的功率所討論的誤差是周期性的并在當x或y為0時的那些時間消失。對小輸入信號的濾波器響應的分析示出速率ω₀-ω_s時兩個寄存器之間旋轉的信號能量，其中ω₀為濾波器中心頻率并且ω_s＝f_s/4為采樣頻率的四分之一。該“旋進(precession)”導致信號能量偶爾幾乎完全出現在一個延遲寄存器或另一延遲寄存器中。在這些時間期間，信號能量的完美表示不僅為sqrt(x²+y²)，而且也為|x|+|y|，甚至為Max(|x|,|y|)。當系統(tǒng)保證信號旋進足夠快地發(fā)生時，其可以連續(xù)地計算函數|x|+|y|或Max(|x|,|y|)，并且在該值上執(zhí)行閾值比較代替sqrt(x²+y²)。即，系統(tǒng)可以在數字上正確信號能量將觸發(fā)其時的時間之后立刻觸發(fā)其重置信號，通過其延遲與1/(ω₀-ω_s)成比例。

因此，在一些實施方式中，Max(|x|,|y|)被選擇為積分的信號能量的近似的表示，小的負數被選擇用于q以設置k使得1/(ω_o-ω_s)較小，并且與Max(|x|,|y|)相比較的閾值被設置為具有近似形式2*的常數。當邏輯的總線寬度為m位時，m通常不需要超過t，因為沒有較高精確度的數字需要被表示，除了在Max(|x|,|y|)事實上超過2^t的樣本周期期間。例如，當選擇大于或等于16的閾值時，系統(tǒng)不需要使用數據總線中的多于四位的精度。僅在x或y超過15的樣本上另一精度位將是必須的。然而，在該時間點，系統(tǒng)接近重置延遲寄存器，所以其不需要保持如實地表示數字16所必須的額外位。相反，當系統(tǒng)檢測到數字16何時將被產生時，其實際上可以在產生第五位其之前將其丟棄。

在一些實施方式中，存在檢測該發(fā)生的適當方式，因為具有帶符號溢出檢測的加法器硬件被用于實施濾波器的求和框。當這種加法器溢出時，這表示總和超過2^m-1-1(或小于2^m-1)，其中，m是加法器輸入寬度。當檢測數字溢出的加法器被實施時，因此，來自兩個加法器的溢出信號通過邏輯或來組合以提供表示函數Max(x,y)>2^m-1或Min(x.y)<-2^m的信號。在這種實施方式中，使用該閾值檢測方案的濾波器的結果可以充分接近數字上準確的sqrt(x²+kxy+y²)，以使得邏輯更簡單方案可以被使用而沒有較大濾波器保真度的損失。

圖9示出濾波器框900和重置信號的示例。這可以被認為是針對正k值的邏輯上簡化的濾波方案。標記r的重置信號是閾值比較的結果并且這里也用作濾波輸出。另一方面，在具有負k值的濾波的實施方式中，邏輯補可以在第一加法器之后執(zhí)行，例如如上面討論的圖8中示出。

在一些實施方式中，濾波器的輸出不是輸入功率的線性函數。相反，對于通過接近但不等于濾波器的中心頻率的較小信號所激勵的濾波器，小于某信號功率閾值，積分的信號能量將增加、達到峰值并下降回到0，而不跨過檢測閾值。另一方面，對于非常大的信號，濾波的輸出將以近似線性的方式增加直到其跨過閾值。對于僅勉強導致集成信號能量跨過閾值的更小信號，輸出脈沖流密度對信號功率的依賴性是十分非線性的。然而，對于合理的接收到的信號水平和干擾水平，傳輸方案對于該非線性不敏感。

對頻率檢測的討論做出結論，注意到通過作為給定輸入的結果的濾波器達到的峰值積分信號能量與頻率偏移和輸入幅度兩者成比例，所以濾波的有效帶寬是輸入幅度的函數。該帶寬對于非常小的輸入信號非常窄。另一方面，對于較大輸入信號，帶寬較寬。濾波可以因此被適當地用于檢測非常接近與濾波器的中心頻率或具有足夠幅度的輸入信號。

也就是說，在該示例中使用兩個濾波，每個被調整到相應的FSK載波頻率的一個。這兩個濾波的輸出之差然后表示能量從一個帶到另一帶的移位。

一旦每個濾波帶中的信號分量已經被檢測到，邊緣檢測級606(圖6)則應該檢測該信號能量的移位。這可以通過將表示高通函數的脈沖響應與由濾波器產生的脈沖密度流中的每個進行卷積而實現。備選地，來自頻率鑒別級的脈沖流可以在被饋送到高通濾波器之前被組合，其中，來自頻率鑒別濾波器中的一個的脈沖被給定權重1，來自另一濾波的脈沖被給定權重-1。

圖10概念性的示出下采樣卷積的積分和清除的示例。示意性地示出脈沖密度流1002、脈沖響應1004和結果1006。即，脈沖響應1004與脈沖密度流1002進行卷積以產生結果1006。

現在將更詳細地描述示出的示例。實際卷積在計算上非常昂貴。因此一些實施方式可以使用卷積操作的近似來產生可用結果。近似的第一方面是選擇其值全部為-1或1的雙極、矩形脈沖響應。脈沖響應1004示出一個這種示例。該方法可以通過使用簡單的有條件的符號改變運算替代逐樣本相乘(其否則可能是需要的)來簡化卷積操作。近似的第二方面是在卷積被計算時對數據流進行下采樣，使得輸出樣本僅在四倍卷積核率時產生。即，這里，實施方式1000中的卷積實際包括四個重疊的積分和清除操作，如脈沖響應1004所示。操作在以彼此偏移pi/2核相位操作的四個獨立信號路徑中執(zhí)行。

近似的第三方面涉及卷積處理的輸入數據流。由于積分和清除數字濾波器的性質，存在脈沖1002A-B在脈沖密度編碼的輸出流中產生的最大速率。該速率可以遠小于系統(tǒng)時鐘速率，并且與用于設置濾波器敏感性和帶寬的閾值2^t同階。這表示只要系統(tǒng)可以以快于輸入脈沖的到達速率的速率來處理檢測器的四個積分和清除框中一個循環(huán)的累加，系統(tǒng)就不需要處理大于+1或小于-1的數字。

圖11示出用于邊緣檢測器的卷積操作1100的示例。特別地，這示出實施卷積功能的四個交錯積分和清除操作的示例。這里，為了簡單，示出乘法運算1102，而不是信號取反操作。當每個重置脈沖1104被激活時，對應的寄存器1106被調零。同時，在調零之前寄存器的內容也被選擇為輸出樣本。因為四個交錯操作，核與輸入信號轉換之間的相位延遲將為最多是八分之一核周期。由輸入流的實際邊緣與最佳對準交錯相位之間的未對準導致的輸出1108的誤差因此最多為25％。

位串行算術單元可以被實施為執(zhí)行四個并行積分和清除操作。這對于電路的構造和操作來說可以具有多種啟示。例如，位串行算術單元趨于涉及較少硬件，因為一次僅1位需要被處理。作為另一示例，進位鏈和寄存器的多路復用或重復運算邏輯單元(ALU)可以被消除。

存儲累加器的狀態(tài)的移位寄存器可以被實施為動態(tài)觸發(fā)器或鎖存器。例如，如果移位寄存器總是以標稱主時鐘速率計，則動態(tài)邏輯可以是具有吸引力的，因為甚至在嚴峻的操作狀態(tài)下刷新時間也被容易地滿足。然而，在其它情況中，可以使用同一邏輯的平行實施方式。因為寄存器可以在時鐘速率的四分之一處操作，所以它們也可以被實施為動態(tài)邏輯?；趥鬏旈T的多路復用然后可以被用于將合適的寄存器路由到ALU。可選地，靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)單元可以被使用并且隨著單寄存器寬度的動態(tài)觸發(fā)器的組而更新，動態(tài)觸發(fā)器在再負載寄存器單元之前存儲結果。這種方案可以提供簡化的計時邏輯。例如，基于SRAM的方法可以導致比針對位串行移位寄存器所需的更小的位存儲單元。

現在將參照圖12A-C示出的數據路徑和計時產生來討論一些示例。在這些附圖中，所有的線路為1位寬，除非另外通過斜杠符號和位寬標記所記錄。這里數據路徑包括實質上進而被討論的三個元件。

圖12A示出可以與圖2的任意子節(jié)點的數據路徑中的邊緣檢測一起使用的鎖存框1200的示例。輸入鎖存從頻率鑒別濾波取兩個脈沖流(F1，F2)并將它們鎖存一個處理周期的持續(xù)時間。例如，這可以為對通過ALU的所有累加器位計時所花費的時間。這里F1流被給定權重+1，F2脈沖流被給定權重-1，在處理時期期間，接收的加權的脈沖的凈數量被累加到最大+1并且最小-1。

鎖存框的一個輸出為對于輸入值1為真、對于輸入值-1為假并且對于輸入值0為假的方向信號1202(標記DIR)。鎖存框的另一輸出為當+1或-1存在為真并且否則為假的遞增遞減(increment decrement)命令信號1204(標記COM)。

圖12B示出可以與圖2的任意子節(jié)點的數據路徑中的邊緣檢測一起使用的累加器寄存器組1230、ALU1232和比較框1234。這些可以由鎖存框和其它信號的輸出來驅動。

這里，累加器寄存器被示出為四個級聯(lián)的(concatenated)移位寄存器。在一些實施方式中，這可以為包含由z^-1(例如，圖9)表示的包含四個6-位累加器字的單個24-位移位寄存器。系統(tǒng)然后順序地而不是同時地作用在這些寄存器上。此外，框在其處理整個24-位移位寄存器期間從脈沖密度流僅接收最多一個凈輸入脈沖。如果正輸入脈沖從濾波器到達，則其被鎖存處理間隔并被存儲直到下一間隔的開始，在該點處其根據需要被增加或從四個累加器寄存器被減去。如果負脈沖也在下一處理間隔的開始之前到達，則正脈沖被取消并且在下一處理間隔期間不發(fā)生動作。以這種方式，僅輸入值0、+1或-1可以在給定處理間隔期間被處理。

現在轉到ALU 1232，如果脈沖被接收，則其將隨著其通過ALU而增加或減少每個寄存器內容。寄存器內容是被增加還是衰減取決于接收的輸入的權重，并且取決于寄存器是在與那個累加器相關聯(lián)的卷積脈沖響應的第一(負)半還是脈沖響應的第二(正)半期間累加數據。這里，脈沖響應的當前一半通過標記為P的信號指示。在每個寄存器脈沖響應累加周期的第一半期間，信號P為真，并且在第二半周期器件為假。

比較框1234進而在每一個寄存器中針對正和負循環(huán)數量二進制閾值執(zhí)行累加值的帶符號的比較。例如，這可以通過計算具有大于或等于數字b的權重的所有位的布爾或(NAND)來實現，其中2^b為比較的正(負)閾值。然后可以適當地詢問符號位被比較的值的符號是否與閾值的符號相一致。該比較隨著每個字離開累加器移位寄存器而在每個字上執(zhí)行。在字將被重置(對于一個脈沖響應周期已經完成輸入脈沖的累加)的那些處理周期，比較的結果被鎖存到標記U或D的合適的輸出中。即，這些輸出用信號表示“向上”(F2到F1)或“向下”(F1到F2)的信號轉換的存在。

最后，將討論可以用在以上描述的邏輯中的信號的示例。圖12C示出可以與圖2的任意子節(jié)點的數據路徑中的邊緣檢測一起使用的計時邏輯1260的示例。方塊表示多位計數器，其中輸出線路示出位寬標記。

以上描述的比較鎖存事件發(fā)生在每個脈沖響應周期的四分之一。脈沖響應時期的每個四分之一通過相位跳過信號1262(標記為PS)的發(fā)生而發(fā)信號。PS信號還通過一個計數來旋轉兩位計數器1264(標記為相位)的相位。以6-位寄存器穿過數據路徑的速率增加的相位計數器追蹤每個寄存器當前正在執(zhí)行脈沖響應累加循環(huán)的哪個相位。這里，四個累加器均在給定時間點處處于不同核相位，并且核以PS脈沖速率進行處理。這里，相位計數器因此通過兩個源前進：在大部分輸入樣本處理常規(guī)期間，其通過主指數脈沖(下面討論)而同步增加；主指數脈沖總是在同一脈沖中找到相位，如累加器字計算中的每個計算所做的。然而，在其標記核相位邊緣的PS循環(huán)上，相位增加二而不是一并且隨后的主指數脈沖在新相位處找到相位。另外，每個累加器字現在發(fā)現相位前進一并且因此被適當地處理用于新核相位，輸入樣本將與新核相位進行卷積。相位計數器每24-位數據處理周期溢出一次。

ALU剛好在相位溢出(即，當相位等于二進制11)之前操作在6-位周期上的累加器寄存器為將被選擇用于與積分閾值相比較并且用于重置的寄存器。該選擇以四倍脈沖周期的速率發(fā)生，并且因為相位計數器在與給定的累加器字重新對準之前關于24-位數據流旋轉通過四個可能的相位偏移，因此每個字與閾值作比較并且同時每脈沖響應周期重置一次，如由積分和清除操作在那個時期所需要的。

計時邏輯1260以每24-位數據處理周期一次的速率產生主指數脈沖1266(標記MIP)。MIP向輸入鎖存電路發(fā)信號使得加權輸入脈沖的凈數應該被傳遞到數據路徑鎖存器，并且輸入鎖存器應該被重置。更特別地，MIP在累加器內容為與累加器字位置字對準期間優(yōu)先時鐘循環(huán)。需要被設置用于隨后的輸入樣本處理常規(guī)(其跨過跟隨的四個累加器字計算)的任意寄存器內容在該時鐘循環(huán)的結束處被鎖存。

計時邏輯每6-位字處理周期產生指數脈沖1268(標記IP)。IP表示字邊界并且發(fā)出在ALU中進位鎖存的信號應該被重置的信號以接收新字。更特別地，IP在累加器字與累加器字邊界位對準期間優(yōu)先時鐘循環(huán)。其還被用于將比較結果在累加完成的那6-位處理循環(huán)上傳遞到輸出信號鎖存器，如由清除信號1270所表示。

清除信號1270每脈沖響應處理周期的四分之一發(fā)生一次。其發(fā)信號表示通過相位索引的四個累加器寄存器中的一個應該與積分閾值比較。其還迫使清除相關的累加器，使其為下一個完整的核操作做好準備。

比較重置信號1272(標記為CR)被用于設置積分閾值。因為數據字的最低位首先被處理，CR信號被用于保持比較鎖存“真”的結果，直到第一有效位(即，權重足以超過積分閾值的第一位)被呈現。

循環(huán)計數器被用于使用MIP產生PS信號，其中PS信號對于優(yōu)先卷積核邊緣的輸入樣本處理常規(guī)的持續(xù)時間來說是高的。在核邊緣處，極性基于累加器數和當前核的相位而改變，通過極性輸入樣本被增加或從累加器減去。PS信號1262每脈沖響應時期的四分之一發(fā)生一次并且推進相位計數器以與新累加器寄存器對準。該相位移位操作被用于追蹤脈沖響應的一部分被累加到每個累加器寄存器中并且用于選擇將通過其清除的寄存器。

這里，P信號與相位寄存器1264的最高位相反。

多個實施方式已經被描述作為示例。然而，其它實施方式通過所附權利要求覆蓋。