本實用新型涉及總線供電技術領域，尤其涉及總線供電的集成化技術領域，具體是指一種可集成的總線供電電路。

背景技術：

總線供電技術中，主機和一定數量的從機(以不同的ID確認)通過兩根電纜相連接，所有的從機都并聯(lián)連接在總線上，并且通過總線獲取電源，同時，總線也作為主機與從機相互通信的信號線。主機向從機發(fā)送數據時采用的是總線電壓調制的方法，即改變總線電壓值來傳輸數據；而從機向主機發(fā)送數據時采用的則是總線電流調制的方法，即從機通過從總線上額外抽取一定值的電流來傳輸數據。通過總線供電及通信，可對相關數據或信號進行集中采集傳至主機，可以使所有從機設備無需配備電池，無需另行布接電源，安裝維護成本低，環(huán)保無污染。

由于總線上會帶有較多的從機電路，當所有從機電路處于重負載狀態(tài)下(如啟動時)，將會導致總線電流有非常大的沖擊，從而對主機的驅動能力有較高要求，影響主機使用壽命，因此現(xiàn)有技術中，連接在總線上的從機芯片，有些使用專用芯片來實現(xiàn)電源及電流控制的接口，但這樣會導致總體的成本較高；有些使用分立元件搭建從機芯片與總線間的接口，通常主要由恒流源模塊、穩(wěn)壓模塊、接收與恒流發(fā)送模塊構成，需要用到多個三極管、穩(wěn)壓管和若干電阻。

現(xiàn)有技術中總線供電的從機電路實現(xiàn)方式如圖1所示，其中Lp和Ln分別為總線正極線和負極線，對于不分極性的總線則需要通過整流模塊轉換為圖中的總線正極線Lp和總線負極線Ln。圖1中電路可劃分為以下幾個部分：

1)恒流源模塊：通過恒流源模塊產生恒定的電流Inormal，在總線供電且從機不向主機發(fā)送數據的情況下，總線電流Ibus約為Inormal；

2)穩(wěn)壓模塊：利用穩(wěn)壓管D36的擊穿電壓再經一級LDO產生從機芯片電源VDD；

3)接收及恒流發(fā)送模塊：用于實現(xiàn)與總線通信的功能，接收模塊用來檢測總線上電平的變化來識別主機發(fā)送的數據；恒流發(fā)送模塊通過抽取恒定的電流Idelta來向主機發(fā)送數據，此時總線電流Ibus約為Inormal+Idelta，主機通過檢測該電流增量來識別數據；

4)從機芯片：從機芯片實現(xiàn)從機電路的功能并控制接收和發(fā)送。

總體來說，現(xiàn)有技術主要存在以下三個問題：一、若用專用芯片或分立元件搭建，成本均較高，而若集成在從機芯片中則對工藝要求比較苛刻，不利于集成；二、采用恒流源時，存在恒流值非常難確定和把握的問題，只適用于一些功耗一直比較均勻和穩(wěn)定的從機電路，并不適應于從機電路的功耗具有周期性并且在某些特殊情況下功耗會突然增大的情況(如煙霧檢測電路在報警時)，并且采用恒流源還存在從機電路啟動速度(影響工廠生產時的工廠編碼速度)和能量使用率二者之間的矛盾；三、通常穩(wěn)壓模塊利用穩(wěn)壓管再經一級LDO來產生從機電源(或直接用穩(wěn)壓管的擊穿電壓作為從機電源，但這樣產生的電源特性將更差)，這不僅結構復雜，而且將導致從機電源受限于穩(wěn)壓管的特性，受限于工藝條件，不能廣泛適用于對電源要求各異的各類從機電路。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種可直接集成的總線供電電路。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型中可集成的總線供電電路具有如下構成：

該可集成的總線供電電路，包括限流源模塊、LDO模塊、功能模塊、接收及恒流發(fā)送模塊和第二二極管，所述的限流源模塊分別與總線負極線Ln、所述的第二二極管的負極、所述的接收及恒流發(fā)送模塊和所述的LDO模塊相連接，所述的LDO模塊分別與所述的功能模塊和所述的接收及恒流發(fā)送模塊相連接，所述的功能模塊與所述的接收及恒流發(fā)送模塊相連接，所述的第二二極管的正極與總線正極線Lp相連接。

較佳地，所述的限流源模塊包括第二P型MOS管、第三P型MOS管、第一N型MOS管、第二N型MOS管、第三N型MOS管、第三電阻、第四電阻、第二穩(wěn)壓管和偏置產生電路，所述的第三電阻的第一端分別與所述的第二二極管的負極、所述的第四電阻的第一端、所述的第二P型MOS管的源極、所述的第三P型MOS管的源極和所述的接收及恒流發(fā)送模塊的第一端相連接，所述的第三電阻的第二端分別與所述的第二穩(wěn)壓管的負極和所述的第一N型MOS管的柵極相連接，所述的第二穩(wěn)壓管的正極分別與所述的總線負極線Ln、所述的第三N型MOS管的源極、所述的偏置產生電路的第三端、所述的LDO模塊、所述的功能模塊的第二端和所述的接收及恒流發(fā)送模塊的第二端相連接，所述的第一N型MOS管的漏極與所述的第四電阻的第二端相連接，所述的第一N型MOS管的源極與所述的第二N型MOS管的柵極、所述的偏置產生電路的第一端、所述的LDO模塊、所述的功能模塊的第一端和所述的接收及恒流發(fā)送模塊的第一端相連接，所述的第二P型MOS管的漏極分別與所述的第二P型MOS管的柵極、、所述的第二N型MOS管的漏極和所述的第三P型MOS管的柵極相連接，所述的第三P型MOS管的漏極與所述的LDO模塊相連接，所述的第二N型MOS管的源極與所述的第三N型MOS管的漏極相連接，所述的第三N型MOS管的柵極與所述的偏置產生電路的第二端相連接。

更佳地，所述的限流源模塊還包括第三二極管，所述的第三二極管的正極與所述的第一N型MOS管的源極相連接，所述的第三二極管的負極與所述的第二N型MOS管的柵極相連接。

更佳地，所述的偏置產生電路包括第四P型MOS管、第五P型MOS管、第四N型MOS管、第五N型MOS管、第二運算放大器和第五電阻，所述的第五電阻為可調電阻，所述的第二運算放大器的正向輸入端接帶隙基準電壓，所述的第二運算放大器的反向輸入端分別與所述的第五N型MOS管的源極和所述的第五電阻的第一端相連接，所述的第二運算放大器的正電源端分別與所述的第五P型MOS管的源極和第四P型MOS管的源極相連接，所述的第二運算放大器的輸出端與所述的第五N型MOS管的柵極相連接，所述的第五電阻的第二端與所述的第四N型MOS管的源極相連接并接總線負極線Ln，所述的第五N型MOS管的漏極分別與所述的第五P型MOS管的漏極、所述的第五P型MOS管的柵極和所述的第四P型MOS管的柵極相連接，所述的第四P型MOS管的漏極分別與所述的第四N型MOS管的漏極和所述的第四N型MOS管的柵極相連接并輸出偏置電壓。

更進一步地，其特征在于，所述的LDO模塊包括帶隙基準產生電路、第一運算放大器、第一P型MOS管、第一電阻、第二電阻和第二電容，所述的帶隙基準產生電路的第一端分別與所述的偏置產生電路的第一端、所述的第一P型MOS管的漏極、所述的第二電阻的第一端和所述的第二電容的第一端相連接，所述的帶隙基準產生電路的第二端與所述的第一運算放大器的反向輸入端線連接，所述的帶隙基準產生電路的第三端分別與所述的第一電阻的第二端和所述的第二電容的第二端和所述的偏置產生電路的第二端相連接，所述的第一運算放大器的同向輸入端分別與所述的第一電阻的第二端和所述的第二電阻的第一端相連接，所述的第一運算放大器的正電源端分別與所述的第三P型MOS管的漏極和所述的第一P型MOS管的源極相連接，所述的第一運算放大器的輸出端與所述的第一P型MOS管的柵極相連接。

更進一步地，所述的第二電阻為可調電阻。

采用了該實用新型中的可集成的總線供電電路，更易于集成，適應于目前最廣泛應用的CMOS工藝，成本低；從機啟動時電流的限制值Ilimit1與正常工作時的電流限制值Ilimit2可以分別設置。因此可以滿足對總線沖擊電流進行限制的要求，滿足快速啟動進行工廠編碼的要求，而又不造成能量的浪費；Ilimit2的值可以通過配置寄存器調整到適應于當前負載需求的值，如果沒有CPU等控制器而不能時時調整，由于限流源的特性，設計Ilimit2＝從機的峰值負載時，既可以滿足從機的帶負載能力，也不會產生能量的浪費；為功能模塊提供的電源VDD具有很好的一致性及溫度特性，具體值可以通過R1、R2的比例進行設計，不受工藝因素的影響，使得從機電路可以實現(xiàn)高精度的計量或檢測特性，具有廣泛的應用范圍。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術的電路結構示意圖。

圖2為本實用新型的可集成的總線供電電路的電路結構示意圖。

圖3為本實用新型的可集成的總線供電電路的一種實施方式的示意圖。

圖4為本實用新型的可集成的啟動時各參數變化示意圖。

圖5為本實用新型的可集成的總線供電電路的可選的實現(xiàn)方式的示意圖。

圖6為本實用新型的可集成的總線供電電路的偏置產生電路的結構示意圖。

圖7為本實用新型與現(xiàn)有技術工作模式對比示意圖。

圖8為本實用新型的可集成的總線供電電路的另一種可選的實現(xiàn)方式的示意圖。

具體實施方式

為了能夠更清楚地描述本實用新型的技術內容，下面結合具體實施例來進行進一步的描述。

該可集成的總線供電電路，包括限流源模塊、LDO模塊、功能模塊、接收及恒流發(fā)送模塊和第二二極管，所述的限流源模塊分別與總線負極線Ln、所述的第二二極管的負極、所述的接收及恒流發(fā)送模塊和所述的LDO模塊相連接，所述的LDO模塊分別與所述的功能模塊和所述的接收及恒流發(fā)送模塊相連接，所述的功能模塊與所述的接收及恒流發(fā)送模塊相連接，所述的第二二極管的正極與總線正極線Lp相連接。

在一種較佳的實施方式中，所述的限流源模塊包括第二P型MOS管、第三P型MOS管、第一N型MOS管、第二N型MOS管、第三N型MOS管、第三電阻、第四電阻、第二穩(wěn)壓管和偏置產生電路，所述的第三電阻的第一端分別與所述的第二二極管的負極、所述的第四電阻的第一端、所述的第二P型MOS管的源極、所述的第三P型MOS管的源極和所述的接收及恒流發(fā)送模塊的第一端相連接，所述的第三電阻的第二端分別與所述的第二穩(wěn)壓管的負極和所述的第一N型MOS管的柵極相連接，所述的第二穩(wěn)壓管的正極分別與所述的總線負極線Ln、所述的第三N型MOS管的源極、所述的偏置產生電路的第三端、所述的LDO模塊、所述的功能模塊的第二端和所述的接收及恒流發(fā)送模塊的第二端相連接，所述的第一N型MOS管的漏極與所述的第四電阻的第二端相連接，所述的第一N型MOS管的源極與所述的第二N型MOS管的柵極、所述的偏置產生電路的第一端、所述的LDO模塊、所述的功能模塊的第一端和所述的接收及恒流發(fā)送模塊的第一端相連接，所述的第二P型MOS管的漏極分別與所述的第二P型MOS管的柵極、、所述的第二N型MOS管的漏極和所述的第三P型MOS管的柵極相連接，所述的第三P型MOS管的漏極與所述的LDO模塊相連接，所述的第二N型MOS管的源極與所述的第三N型MOS管的漏極相連接，所述的第三N型MOS管的柵極與所述的偏置產生電路的第二端相連接。

在一種更佳的實施方式中，所述的限流源模塊還包括第三二極管，所述的第三二極管的正極與所述的第一N型MOS管的源極相連接，所述的第三二極管的負極與所述的第二N型MOS管的柵極相連接。

在一種更佳的實施方式中，所述的偏置產生電路包括第四P型MOS管、第五P型MOS管、第四N型MOS管、第五N型MOS管、第二運算放大器和第五電阻，所述的第五電阻為可調電阻，所述的第二運算放大器的正向輸入端接帶隙基準電壓，所述的第二運算放大器的反向輸入端分別與所述的第五N型MOS管的源極和所述的第五電阻的第一端相連接，所述的第二運算放大器的正電源端分別與所述的第五P型MOS管的源極和第四P型MOS管的源極相連接，所述的第二運算放大器的輸出端與所述的第五N型MOS管的柵極相連接，所述的第五電阻的第二端與所述的第四N型MOS管的源極相連接并接總線負極線Ln，所述的第五N型MOS管的漏極分別與所述的第五P型MOS管的漏極、所述的第五P型MOS管的柵極和所述的第四P型MOS管的柵極相連接，所述的第四P型MOS管的漏極分別與所述的第四N型MOS管的漏極和所述的第四N型MOS管的柵極相連接并輸出偏置電壓。

在一種更進一步的實施方式中，其特征在于，所述的LDO模塊包括帶隙基準產生電路、第一運算放大器、第一P型MOS管、第一電阻、第二電阻和第二電容，所述的帶隙基準產生電路的第一端分別與所述的偏置產生電路的第一端、所述的第一P型MOS管的漏極、所述的第二電阻的第一端和所述的第二電容的第一端相連接，所述的帶隙基準產生電路的第二端與所述的第一運算放大器的反向輸入端線連接，所述的帶隙基準產生電路的第三端分別與所述的第一電阻的第二端和所述的第二電容的第二端和所述的偏置產生電路的第二端相連接，所述的第一運算放大器的同向輸入端分別與所述的第一電阻的第二端和所述的第二電阻的第一端相連接，所述的第一運算放大器的正電源端分別與所述的第三P型MOS管的漏極和所述的第一P型MOS管的源極相連接，所述的第一運算放大器的輸出端與所述的第一P型MOS管的柵極相連接。

在一種更進一步的實施方式中，所述的第二電阻為可調電阻。

本實用新型著眼于上述現(xiàn)有技術的問題提出了解決方案，目的是提出一種低成本的，可直接集成在從機芯片內部的總線供電實現(xiàn)電路，既可以滿足對總線沖擊電流進行限制的要求，滿足從機電路峰值負載的要求，滿足快速啟動進行工廠編碼的要求，而又不造成能量的浪費，并且用簡單的電路結構產生適用于各類功能模塊的精準電源，達到精準的檢測或計量特性。

為了達成上述目的，本實用新型提出一種可直接集成在從機芯片內部的總線供電實現(xiàn)電路，電路結構如圖2所示，主要包含以下幾個部分：

1)二極管D2：用于防止總線發(fā)送數據時總線電壓比VDD還低而導致的電流倒灌；

2)限流源模塊：用于限制從機芯片從總線上抽取的電流的大??；

3)LDO模塊：用于產生功能模塊需要的高性能電源；

4)功能模塊：用于實現(xiàn)各類從機的各種功能，如水、電、氣等各項數據的計量或者溫度檢測、煙霧報警檢測等等；

5)接收及恒流發(fā)送模塊：用于實現(xiàn)與主機通信的功能，通過檢測總線電壓狀態(tài)來接收主機發(fā)送的數據，通過從總線上額外抽取恒定值的電流來向主機發(fā)送數據。

限流源的定義為：其輸出的電流始終≤設定的限流值Ilimit。其工作區(qū)域可以分為線性區(qū)和飽和區(qū)，當負載需求值≥限流值時：限流源電流＝Ilimit，限流源處于飽和區(qū)；當負載需求值<限流值時：限流源電流＝負載電流IL，限流源處于線性區(qū)。本實用新型中限流源包括限流源1和限流源2兩個部分：限流源1是當從機芯片開始啟動時，對總線電流進行限制，此時限制值設為Ilimit1，開關S1閉合，S2斷開；限流源2是從機正常工作時，對總線電流進行限制，此時限制值設為Ilimit2，開關S1斷開，S2閉合。

本實用新型的一種具體實施方式如圖3所示，結合圖3，本實用新型的電路工作原理如下所述：限流源1由R3、ZD2、R4、MN1組成，限流源2由偏置產生電路、MN2、MN3、MP2、MP3組成。

開始啟動時，VDD為0V，圖中MN2及MN3截止，因此I2＝0，總線電流限制值由I1來決定。啟動時，通過電阻R3及穩(wěn)壓管ZD2的作用，將MN1的柵端電壓穩(wěn)定在Vzd，從而產生電流I1向電容C2充電，此時I1的電流最大值Ilimit1由電阻R4、電壓Vzd和MN1決定，Ibus約為Ilimit1。

隨著對電容C2的充電，VDD逐漸上升，然后通過偏置產生電路產生偏置VB、通過帶隙基準產生電路產生帶隙基準Vref，MN3和MN2管逐漸開啟，產生電流I3，再通過由MP2和MP3組成的1：n的電流鏡產生電流I2，同時由于VDD電壓的升高將導致MN1的Vgs減小，I1逐漸減小，當VDD增大到Vzd-Vthn1(即MN1的Vgs小于其開啟電壓Vthn1)時，I1電流減小至0。此時，總線電流限制值由I2來決定，I2的電流最大值Ilimit2由偏置電壓VB及電流鏡比例n來決定。至此，就完成了從機電路從啟動到正常工作限流源(即限流源1到限流源2)兩種限流值的切換。

由電流鏡MP2和MP3產生電流I2通過MP1管繼續(xù)向電容C2充電，由于運放AMP1的鉗位作用，最后將使得VDD電壓穩(wěn)定在Vref×(R1+R2)/R1，至此，I2電流值將約等于從機電路實際消耗的電流值IL。

從機電路啟動時，上述各參數的變化示意圖如圖4所示，將整個啟動過程從左至右分為A、B、C、D四個階段，則A階段：限流源1處于飽和區(qū)；B階段：限流源1處于線性區(qū)；C階段：限流源2處于飽和區(qū)；D階段限流源2處于線性區(qū)。I1的電流最大值Ilimit1可通過電阻R4、電壓Vzd和MN1自由調節(jié)，因此可以很容易的根據從機的啟動電流及啟動時間(即工廠編碼速度要求)來決定。I2的電流最大值Ilimit2可以通過偏置電壓VB來自由調節(jié)。只要滿足條件：Vref×(R1+R2)/R1>Vzd-Vthn1，則啟動結束后，啟動電流I1將降為0，從機正常工作時的限制電流值Ilimit2只由I2決定，實現(xiàn)了啟動電流限制值和正常工作電流限制值可以分別設置的功能，避免了從機電路啟動速度(影響工廠生產時的工廠編碼速度)和能量使用率二者之間的矛盾。

如果工藝因素導致Vref×(R1+R2)/R1>Vzd-Vthn1這一條件不滿足，可以在MN1的源端與VDD之間串接二極管，如圖5所示，增加二極管D3，可以根據需要增加二極管的個數，不限于一個，廣泛適用于各種工藝條件：

通常Ilimit2的精度要求較高，因此偏置電壓VB的一種實現(xiàn)電路如圖6所示，通過帶隙基準電壓及運放和電流鏡來產生，這樣可以保證Ilimit2較高精度及良好的溫度特性，其具體值可以根據不同工作模式用寄存器來配置電阻R5的大小或MN4的寬長比來實現(xiàn)Ilimit2可調。

與主機通信時，利用接收電路檢測總線電壓狀態(tài)來接收主機發(fā)送的數據，通過從總線上額外抽取恒定值的電流來向主機發(fā)送數據。由于啟動電流限制值和正常工作電流限制值可以分別設置，因此較大的Ilimit1值既不會影響正常工作時總線上電流的穩(wěn)定性也能夠滿足從機在工廠編碼時快速上電的要求，同時Ilimit2的值可以通過配置寄存器調整到適應于當前負載需求的值，如果沒有CPU等控制器而不能時時調整，由于限流源既可以工作在飽和區(qū)也可以工作在線性區(qū)，因此只要設計Ilimit2＝從機的峰值負載時，既可以滿足從機的帶負載能力，也不會產生能量的浪費。

如圖7左半部分所示，以煙霧檢測電路為例說明了本實用新型的應用，設計Ilimit2＝煙霧報警時消耗的電流，則煙霧報警時限流源工作在飽和區(qū)：Ibus約為Ilimit2，而在休眠等負載較小時，限流源工作在線性區(qū)：Ibus＝實際需要的電流IL(遠小于Ilimit2)，避免了能量的浪費。相比之下，圖1中現(xiàn)有技術的工作情況則如圖7右半部分所示，只有飽和區(qū)一種工作模式，為了能使煙霧檢測電路功能正常，只能將恒流源輸出電流Inormal設置為Ilimit2，造成了能量上的極大浪費。

此外，本實用新型電路實施案例中VDD的電壓最后通過帶隙基準Vref確定，電阻R2可以通過數字信號來進行修調，從而調整電阻R2與電阻R1的比例關系，因此VDD電壓可以有很好的一致性及溫度特性，其具體值可以通過電阻R1、R2的比例進行設計，不受工藝因素的影響。

本實用新型的另一種電路實現(xiàn)方式如圖8所示，與圖5所示電路不同的是正常工作時限制電流的方式：圖8中I3的電流值可通過電阻R6自由調節(jié)，與圖5所示電路相比，其電路結構更簡單，但Ilimit2值的精度及溫度系數更差。

本實用新型的總線供電電路的技術方案中，其中所包括的各個功能設備和模塊裝置均能夠對應于實際的具體硬件電路結構，因此這些模塊和單元僅利用硬件電路結構就可以實現(xiàn)，不需要輔助以特定的控制軟件即可以自動實現(xiàn)相應功能。

采用了該實用新型中的總線供電電路，更易于集成，適應于目前最廣泛應用的CMOS工藝，成本低；從機啟動時電流的限制值Ilimit1與正常工作時的電流限制值Ilimit2可以分別設置。因此可以滿足對總線沖擊電流進行限制的要求，滿足快速啟動進行工廠編碼的要求，而又不造成能量的浪費；Ilimit2的值可以通過配置寄存器調整到適應于當前負載需求的值，如果沒有CPU等控制器而不能時時調整，由于限流源的特性，設計Ilimit2＝從機的峰值負載時，既可以滿足從機的帶負載能力，也不會產生能量的浪費；為功能模塊提供的電源VDD具有很好的一致性及溫度特性，具體值可以通過R1、R2的比例進行設計，不受工藝因素的影響，使得從機電路可以實現(xiàn)高精度的計量或檢測特性，具有廣泛的應用范圍。

在此說明書中，本實用新型已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本實用新型的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。