MAX22088 是 ADI 推出的的首款家庭總線收發器, 符合家庭總線系統 (HBS) 標準要求, 同時可改善惡劣環境下的通信。
基本介紹
家庭自動化或辦公網絡至少涉及一個控制器和一個遠程設備。一個典型的網絡將 涉及多個控制器和設備。設備範圍從供暖、通風和空調 (HVAC) 裝置到照明控 制或基本家用電器。家庭總線標準於 1986 年以 ET-210 發布, 旨在簡化連接到 單個總線的多個不同設備之間的通信。
家庭總線標準的歷史
隨著家庭和辦公室自動化的普及, 日本的許多公司和大學都認識到需要標準化的 通信來最大限度地發揮這些系統的潛力。1981 年, 家庭總線標準正式制定, 1986 年, 日本電子工業協會 (EIAJ) 在日本將其標準定為 ET-2101 。ET-2101(ET-2101-1 ) 的增補後來於 1990 年出版。
2000 年, ECHONET 聯盟發布了擴展版家庭總線標準。當今最常用的擴展版家 庭總線標準比原始 ET-2101 標準具有更快的數據速率、更寬廣的建築物範圍、 更長的電纜和更靈活的軟體。
現代家庭總線在很大程度上僅限於 HVAC 系統, 但家庭總線標準可適用於其他 需要多點總線和數據供電的領域, 例如中小型建築中的數字標牌或其他控制系統。
家庭總線標準
家庭自動化 (HA) 系統的設計支持在家庭或建築物的任何房間內的各種電器、 設施或安全設備之間隨時相互交換信息。家庭總線標準的定義是為了使這種通信標準化, 以便在家庭或辦公室中輕鬆安裝和使用。圖 1 顯示了一個典型的 HA/Home Bus 網絡。
圖1. 典型的家庭總線網絡
為了更好地簡化控制器和設備之間的通信, 家庭總線標準使用了開放系統互連(OSI)模型 1-3 層和 7 層來使通信的物理(PHY)和底層邏輯標準化, 如表 1 所示。
表 1.OSI 模型層
家庭總線系統的物理層 (第l 層)
家庭總線通信通過總線系統拓撲中的單根雙絞線電纜傳輸。最初的 ET-2101 允 許使用最長 200m 的電纜, 而擴展家庭總線標準允許中型建築物 (例如較大的住 宅、公寓等) 使用最長 1km 的電纜。
在家庭總線通信中, 數據和電源 (高達36V) 通過一對電線傳輸到連接總線的設 備。電源的感應方式從控制器耦合到家庭總線線路。家庭總線數據線 H＋和 H- 隨每個數據位反轉, 如圖 2 所示, 確保電源/共模偏移保持直流平衡。
家庭總線數據使用 9.6k baud ±0.13%的基帶傳輸。使用 Extended Home 總線可 以實現更高的數據速率。典型的家庭總線波形如圖2 所示。
圖 2. 家庭總線傳輸波形
請注意, 波形使用交替標記反轉 (AM1) 和占空比為 50%的負邏輯進行編碼。與 使用正邏輯的更標準化的 AM1 版本類似, 定義的輸入邏輯在 AM1 編碼中將家庭 總線線路交替設置為正或負狀態。負邏輯 AM1 指示家庭總線線路在傳入的 "0" 邏輯狀態而不是 "1" 時切換。使用圖3 作為參考, 表 2 顯示了 H＋和 H-線之間 的最小接收和傳輸電壓電平。
圖 3. 家庭總線波形閾值
表 2. 家庭總線邏輯發送和接收閾值
像早期的乙太網技術一樣, 家庭總線標準在傳輸協議中使用載波偵聽多路訪問和 碰撞檢測(CSMA1CD)方法。
與標準 UART 通信一樣, Home Bus 不包括傳輸時鐘, 而是使用 START-STOP 同步來解碼總線上的數據。一個 Home Bus 字符總共包含 11 位, 如圖 4 所示。
數據以 LSB 優先的方式傳輸, 並且具有偶校驗。
圖 4. 歸屬總線字符字節
家庭總線系統的數據鏈路層 (第 2 層)
家庭總線網絡上的數據包採用以下兩種形式之一:數據包或命令包。如圖5 所示, 一個數據包包含優先級代碼 (PR) 、源地址/自身代碼 (SC) 、 目的地址/目的 代碼 (DC) 、控制代碼 (CC) (CC 字節的第 4 位必須為 「0」) 、字節計數/ 數據長度代碼 (BC) (1 到 256 字節) 、數據字節、幀校驗碼 (FCC)、偽代碼以 及用於錯誤檢測和控制的 ACK/NACK 響應位。命令包類似於數據包, 但包含多 達 255 個命令和操作代碼, 而不是 FCC 之前的數據 (圖 6 ) 。
圖 5. 家庭總線數據包
圖 6. 家庭總線命令包
家庭總線系統的網絡層 (第 3 層) 和應用層 (第 7 層)
0S1 模型的第 3 層和第7 層分別是網絡層和應用層。
網絡層執行更大規模的網絡路由功能並處理交付問題。網絡包括至少兩個節點, 通過公共介質連接。網絡上的每個節點都有一個單獨的地址, 連接在網絡上的每 個節點都可以通過提供消息和目標節點的地址來與任何其他節點通信。許多層管 理協議包括路由協議、組管理、網絡層信息和錯誤以及網絡層地址分配在 1S0 7498/4 中定義並且屬於 0S1 模型第 3 層網絡協議。
雖然關於第 7 層家庭總線應用的可用數據不多, 但擴展家庭總線標準根據三個項目定義了第 7 層: 報頭代碼 (HD) 、通用系統命令和通信序列。定義 HD 代 碼是為了從標準系統中區分擴展家庭總線系統。常用的系統命令包括基本命令形式、操作代碼和操作數代碼。擴展家庭總線標準還包括對兩個基本通信序列的詳 細描述: 基本通信和啟動通信序列。
MAX22088 家用總線收發器
AD1 旗下的 Maxim 推出了其首款家庭總線收發器 MAX22088。MAX22088 符合 家庭總線標準要求, 同時可改善惡劣環境下的通信。 MAX22088 的設計可用於 優化家庭總線網絡, 無需在遠程設備上使用大型交流阻斷電感 (降低 HA 網絡組 件和設備的尺寸要求) 。它可配置為以高達 200kbps 的速度運行, 具有可調接收器閾值和動態電纜終端以改善通信。MAX22088 的額定工作電壓高達±8kV 接 觸放電和±15kV 氣隙 ESD 保護, 並在選擇外部元件時承受高達±1kV 的浪涌事 件。
MAX22088 可設計用於家庭總線系統, 但不僅限於這些網絡。MAX22088 可用 於在任何兼容系統上傳輸數據。
ADI 還提供 MAX22088 評估板, 以簡化測試並將 MAX22088 快速集成到現有的 家庭總線系統中。