TWI881619B

TWI881619B - 單晶片以及電子裝置

Info

Publication number: TWI881619B
Application number: TW112150268A
Authority: TW
Inventors: 邱達進; 涂結盛
Original assignee: 新唐科技股份有限公司
Priority date: 2023-12-22
Filing date: 2023-12-22
Publication date: 2025-04-21
Also published as: TW202527514A; CN120196019A; US20250211463A1

Abstract

具有控制器區域網路(CAN)功能的單晶片。所述單晶片相應CAN功能提供一通信控制器，產生數位形式的一發送信號。單晶片內部還具有一數位信號重新映射電路，將該發送信號重新映射成一第一晶片輸出信號、以及一第二晶片輸出信號。單晶片以一第一腳位輸出該第一晶片輸出信號，以驅動CAN的一差動正端信號線。單晶片以一第二腳位輸出該第二晶片輸出信號，以驅動CAN的一差動負端信號線。

Description

單晶片以及電子裝置

本發明是關於控制器區域網路(controller area network, 縮寫為CAN)之傳輸線控制。

控制器區域網路 (CAN) 是一種功能豐富的匯流排標準，可以不需要主機(host)，即允許網路上的單晶片(microcontroller unit，簡寫MCU)和儀器相互通信。

傳統設計下，單晶片(MCU)需外接一控制器區域網路收發器(CAN transceiver)，方能轉換數位形式的發送信號(CANTX)，使足以驅動控制器區域網路(CAN)的一差動正端信號線(CANH)、以及一差動負端信號線(CANL)。

然而，CAN收發器相當昂貴，會增加整體電子裝置的成本。

本案以低成本方式取代CAN收發器。

根據本案一種實施方式實現的一單晶片(MCU)包括相應CAN的一通信控制器(CAN controller)、一數位信號重新映射電路、一第一腳位、以及一第二腳位。該通信控制器用於產生數位形式的一發送信號(CANTX)。該數位信號重新映射電路將該發送信號(CANTX)重新映射成一第一晶片輸出信號、以及一第二晶片輸出信號。該單晶片(MCU)是藉該第一腳位輸出該第一晶片輸出信號，以驅動CAN的一差動正端信號線(CANH)。該單晶片(MCU)是藉該第二腳位輸出該第二晶片輸出信號，以驅動CAN的一差動負端信號線(CANL)。

一種實施方式中，單晶片(MCU)更包括一第三腳位、一第四腳位、以及一比較器。單晶片(MCU)是以該第三腳位耦接CAN的該差動正端信號線(CANH)，並以該第四腳位耦接CAN的該差動負端信號線。該比較器是自該第三腳位、以及該第四腳位接收信號，以進行比對，並產生數位形式的一接收信號(CANRX)，輸入CAN的該通信控制器。如此一來，單晶片(MCU)內部就能轉換出接收信號(CANRX)，回饋給該通信控制器(CAN controller)。

傳統單晶片(MCU)是輸出該發送信號(CANTX)交由昂貴的CAN收發器處理，以實現CAN傳輸線之驅動；相較之，本案在單晶片(MCU)內部就對該發送信號(CANTX)做初步轉換，取代CAN收發器部分功能。另外，傳統單晶片(MCU)是由CAN收發器轉換出接收信號(CANRX)後方輸入單晶片(MCU)；相較之，本案是由單晶片(MCU)自身轉換出接收信號(CANRX)。本案可以省略昂貴的CAN收發器。

本案更提出使用前述單晶片(MCU)的電子裝置。

下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明本發明內容。

以下敘述列舉本發明的多種實施例。以下敘述介紹本發明的基本概念，且並非意圖限制本發明內容。實際發明範圍應依照申請專利範圍界定之。各種功能方塊不限定為分開實現，也可結合在一起，共用某些功能。

第1圖為方塊圖，圖解根據本案一種實施方式所實現的一電子裝置100，其中使用一單晶片(microcontroller unit，簡稱MCU)102。單晶片102包括遵循一控制器區域網路(controller area network，簡稱CAN)規格的一通信控制器(CAN controller)104。通信控制器104產生數位形式的一發送信號CANTX。單晶片102還包括一數位信號重新映射電路106，將該發送信號CANTX重新映射成一第一晶片輸出信號CAN_H_IO、以及一第二晶片輸出信號CAN_L_IO。單晶片102以一第一腳位pin1輸出該第一晶片輸出信號CAN_H_IO，以驅動該控制器區域網路(CAN)的一差動正端信號線CANH，並以一第二腳位pin2輸出該第一晶片輸出信號CAN_H_IO，以驅動該控制器區域網路(CAN)的一差動負端信號線CANL。

傳統單晶片(MCU)是直接輸出該發送信號CANTX交由昂貴的控制器區域網路收發器(CAN transceiver)再做處理。相較之，本案在單晶片(MCU)102內部，就以該數位信號重新映射電路106初步轉換該發送信號CANTX為兩路信號(CAN_H_IO、CAN_L_IO)，使得該控制器區域網路(CAN)的該差動正端信號線CANH、以及該差動負端信號線CANL得以分開驅動，在驅動時序上會更好調整，利於實現高速傳輸。

至於傳統CAN收發器的接收功能，本案也有提出解決方案。

如第1圖所示，單晶片(MCU)102更包括一第三腳位pin3、一第四腳位pin4、以及一比較器cmp。單晶片(MCU)102是以該第三腳位pin3耦接該控制器區域網路(CAN)的該差動正端信號線CANH，並以該第四腳位pin4耦接該控制器區域網路(CAN)的該差動負端信號線CANL。該比較器cmp是以負輸入端’-‘耦接該第三腳位pin3、並以正輸入端’+‘耦接該第四腳位pin4，對所接收的信號進行比對，以產生數位形式的一接收信號(CANRX)，輸入該通信控制器104。如此一來，單晶片102自身就能轉換出接收信號CANRX回饋給該通信控制器104，替代傳統CAN收發器的接收功能。

表1顯示控制器區域網路(CAN)的傳輸線傳輸規則。

	CANTX=‘1’	CANTX=‘0’
最小值	典型值	最大值	最小值	典型值	最大值
CANH	2.00	2.50	3.00	2.75	3.50	4.50
CANL	2.00	2.50	3.00	0.50	1.50	2.25
CANH-CANL	-0.5	0	+0.05	+1.5	+2.0	+3.0

表1 本案數位信號重新映射電路106根據該發送信號CANTX所重映射出的該第一晶片輸出信號CAN_H_IO、以及該第二晶片輸出信號CAN_L_IO，將搭配外接電路，以表1規則驅動該差動正端信號線CANH、以及該差動負端信號線CANL。

第2圖根據本案一種實施方式圖解一電子裝置200。

多工器MUX1~MUX6組成本案特別設置於單晶片102內部的數位信號重新映射電路106。特別是，本案圖示晶片內的多工器乃數位多工器。第一多工器MUX1在該發送信號CANTX切換下，輸出該第一晶片輸出信號CAN_H_IO。第二多工器MUX2在該發送信號CANTX切換下，輸出該第二晶片輸出信號CAN_L_IO。第三多工器~第六多工器MUX3~MUX6各自具有一第一輸入端接收一高位電位VH、一第二輸入端接收一低位電位VL、以及一第三輸入端為浮接。第三多工器MUX3的輸出端耦接該第一多工器MUX1的一第一輸入端’0’。第四多工器MUX4的輸出端耦接該第一多工器MUX1的一第二輸入端’1’。第五多工器MUX5的輸出端耦接該第二多工器MUX2的一第一輸入端’0’。第六多工器MUX6的輸出端耦接該第二多工器MUX2的一第二輸入端’1’。

如此設計下，數位信號重新映射電路106可相應單晶片(MCU)102外部電路之設計，靈活該提供第一晶片輸出信號CAN_H_IO、以及該第二晶片輸出信號CAN_L_IO，使遵循表1規則驅動該差動正端信號線CANH、以及該差動負端信號線CANL。

該第三多工器MUX3、以及該第四多工器MUX4之控制，係相依於該第一腳位pin1輸出的該第一晶片輸出信號CAN_H_IO如何驅動該差動正端信號線CANH。該第五多工器MUX5、以及該第六多工器MUX6之控制，係相依於該第二腳位pin2輸出的該第二晶片輸出信號CAN_L_IO如何驅動該差動負端信號線CANL。

第2圖實施方式中，第三多工器MUX3是選擇該低位電位VL輸入該第一多工器MUX1的第一輸入端’0’，第四多工器MUX4是選擇該高位電位VH輸入該第一多工器MUX1的第二輸入端’1’，第五多工器MUX5是選擇該高位電位VH輸入該第二多工器MUX2的第一輸入端’0’，第六多工器MUX6是選擇該低位電位VL輸入該第二多工器MUX1的第二輸入端’1’。

相應第2圖重新映射(MUX1~MUX6)之運作，電子裝置200在單晶片102第一接腳pin1上安裝一第一驅動電路(包括一第一電晶體T1、一第一電阻R1、以及一第二電阻R2)驅動該差動正端信號線CANH，並在第二接腳pin2上安裝一第二驅動電路(包括一第二電晶體T2、一第三電阻R3、以及一第四電阻R4)驅動該差動負端信號線CANL。該第一電晶體T1具有一射極耦接一電壓源(如圖示3.3V，或其它)、一基極經該第一電阻R1耦接該第一輸出腳位pin1、以及一集極經該第二電阻R2耦接該差動正端信號線CANH。該第二電晶體T2具有一射極接地、一基極經該第三電阻R3耦接該第二輸出腳位pin2、以及一集極經該第四電阻R4耦接該差動負端信號線CANL。如此設計下，該差動正端信號線CANH、以及該差動負端信號線CANL確實遵循表1規格，相應該發送信號CANTX運作。

特別是，第一驅動電路(T1、R1、R2) 、以及第二驅動電路(T2、R3、R4)是對稱設計，近似不存在時間差地驅動該差動正端信號線CANH、以及該差動負端信號線CANL。電子裝置200可以是高速設備。電阻R1~R4也可以簡單微調以匹配CAN規格。

圖示中，該差動負端信號線CANL係經一第五電阻R5耦接該第四腳位pin4，且該差動正端信號線CANH係經一分壓器(第六電阻R6以及第七電阻R7串接形成)耦接該第三腳位pin3。單晶片102準確在內部比較出該接收信號CANRX，回饋該CAN控制器104。電阻R5~R7也可以簡單微調以匹配CAN規格。

第3圖根據本案另一種實施方式圖解一電子裝置300。第3圖實施方式中，該第一多工器MUX1的輸入同第2圖。第五多工器MUX5是選擇該低位電位VL輸入該第二多工器MUX2的第一輸入端’0’，第六多工器MUX6是選擇浮接該第二多工器MUX1的第二輸入端’1’。相應之，該第二腳位pin2係直接連結該差動負端信號線CANL，無須透過第2圖之第二驅動電路(T2、R3、R4)，驅動力更強。如此設計下，該差動負端信號線CANL還是遵循表1規格，相應該發送信號CANTX運作。

第4圖根據本案一種實施方式圖解另一電子裝置400。第4圖實施方式中，第三多工器MUX3是選擇該高位電位VH輸入該第一多工器MUX1的第一輸入端’0’，第五多工器MUX5是浮接該第一多工器MUX1的第二輸入端’1’。該第二多工器MUX2的輸入同第3圖。相應之，該第一腳位pin1係直接連結該差動正端信號線CANH，無須透過第2、3圖之第一驅動電路(T1、R1、R2)，驅動力更強。第4圖電子裝置400更是不存在時間差地驅動該差動正端信號線CANH、以及該差動負端信號線CANL。電子裝置400可以是高速設備。

其它實施方式中，數位信號重新映射電路、第一驅動電路、第二驅動電路都可能有其它變形。凡是在單晶片(MCU)內部提供發送信號CANTX重映射功能，使分兩路輸出單晶片(MCU)進行CAN傳輸線驅動的技術，都屬於本案欲保護範圍。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300:電子裝置 102:單晶片 104:控制器區域網路(CAN)之通信控制器 106:數位信號重新映射電路 CANH、CANL:CAN的差動正端信號線、差動負端信號線 CAN_H_IO、CAN_L_IO: 第一、第二晶片輸出信號 CANTX:發送信號 CANRX:接收信號 cmp:比較器 MUX1…MUX6:第一…第六多工器 pin1…pin4:第一…第四腳位 R1…R6:第一…第六電阻 T1、T2:第一、第二電晶體 VH:高位電位 VL:低位電位

第1圖為方塊圖，圖解根據本案一種實施方式所實現的一電子裝置100，其中使用一單晶片(microcontroller unit，簡稱MCU)102；以及第2、3、4圖分別根據本案不同實施方式圖解電子裝置200、300、以及400。

100:電子裝置

102:單晶片

104:控制器區域網路(CAN)之通信控制器

106:數位信號重新映射電路

CAN_H_IO、CAN_L_IO:第一、第二晶片輸出信號

CANTX:發送信號

CANRX:接收信號

cmp:比較器

pin1…pin4:第一…第四腳位

Claims

一種單晶片，包括：一通信控制器，相應一控制器區域網路，產生數位形式的一發送信號；一數位信號重新映射電路，將該發送信號重新映射成一第一晶片輸出信號、以及一第二晶片輸出信號，其中，該數位信號重新映射電路包括一第一多工器、以及一第二多工器，該第一多工器在該發送信號切換下輸出該第一晶片輸出信號，且該第二多工器在該發送信號切換下輸出該第二晶片輸出信號；一第一腳位，用以輸出該第一晶片輸出信號，以驅動該控制器區域網路的一差動正端信號線；以及一第二腳位，用以輸出該第二晶片輸出信號，以驅動該控制器區域網路的一差動負端信號線。
如請求項1所述之單晶片，更包括：一第三腳位，用以耦接該控制器區域網路的該差動正端信號線；一第四腳位，用以耦接該控制器區域網路的該差動負端信號線；以及一比較器，自該第三腳位、以及該第四腳位接收信號，以進行比對，並產生數位形式的一接收信號，輸入該通信控制器。
如請求項1所述之單晶片，其中，該數位信號重新映射電路更包括：一第三多工器，具有一第一輸入端接收一高位電位、一第二輸入端接收一低位電位、以及一第三輸入端為浮接，且具有一輸出端耦接該第一多工器的一第一輸入端；一第四多工器，具有一第一輸入端接收該高位電位、一第二輸入端接收該低位電位、以及一第三輸入端為浮接，且具有一輸出端耦接該第一多工器的一第二輸入端；一第五多工器，具有一第一輸入端接收該高位電位、一第二輸入端接收該低位電位、以及一第三輸入端為浮接，且具有一輸出端耦接該第二多工器的一第一輸入端；以及一第六多工器，具有一第一輸入端接收該高位電位、一第二輸入端接收該低位電位、以及一第三輸入端為浮接，且具有一輸出端耦接該第二多工器的一第二輸入端；其中：該第三多工器、以及該第四多工器之控制，相依於該第一腳位輸出的該第一晶片輸出信號如何驅動該差動正端信號線；且該第五多工器、以及該第六多工器之控制，相依於該第二腳位輸出的該第二晶片輸出信號如何驅動該差動負端信號線。
如請求項1所述之單晶片，其中：該第一多工器中，相應該發送信號之0值的一第一輸入端係接收一高位電位；該第一多工器中，相應該發送信號之1值的一第二輸入端係浮接；該第二多工器中，相應該發送信號之0值的一第一輸入端係接收一低位電位；且該第二多工器中，相應該發送信號之1值的一第二輸入端係浮接。
一種電子裝置，包括：如請求項1所述之單晶片，其中，該第一多工器中，相應該發送信號之0值的一第一輸入端係接收一低位電位，該第一多工器中，相應該發送信號之1值的一第二輸入端係接收一高位電位，該第二多工器中，相應該發送信號之0值的一第一輸入端係接收該高位電位，且該第二多工器中，相應該發送信號之1值的一第二輸入端係接收該低位電位；一第一驅動電路，耦接在該第一腳位、以及該差動正端信號線之間；以及一第二驅動電路，耦接在該第二腳位、以及該差動負端信號線之間。
如請求項5所述之電子裝置，其中，該第一驅動電路包括：一第一電晶體；一第一電阻；以及一第二電阻；其中，該第一電晶體具有一射極耦接一電壓源、一基極經該第一電阻耦接該第一輸出腳位、以及一集極經該第二電阻耦接該差動正端信號線。
一種電子裝置，包括：如請求項1所述之單晶片，其中，該第一多工器中，相應該發送信號之0值的一第一輸入端係接收一低位電位，該第一多工器中，相應該發送信號之1值的一第二輸入端係接收一高位電位，該第二多工器中，相應該發送信號之0值的一第一輸入端係接收該低位電位，且該第二多工器中，相應該發送信號之1值的一第二輸入端係浮接；以及一第一驅動電路，耦接在該第一腳位、以及該差動正端信號線之間；其中，該第二腳位係直接連結該差動負端信號線。
一種電子裝置，包括：如請求項1所述之單晶片，其中，該第一多工器中，相應該發送信號之0值的一第一輸入端係接收一高位電位，該第一多工器中，相應該發送信號之1值的一第二輸入端係浮接，該第二多工器中，相應該發送信號之0值的一第一輸入端係接收一低位電位，且該第二多工器中，相應該發送信號之1值的一第二輸入端係浮接；其中：該第一腳位係直接連結該差動正端信號線；且該第二腳位係直接連結該差動負端信號線。
一種電子裝置，包括：如請求項2所述之單晶片；一分壓器，將該差動正端信號線上的一差動正端信號分壓後，輸入該第三腳位；以及一第五電阻，耦接該差動負端信號線至該第四腳位。