主机通信电路、客户端通信电路、通信系统及通信方法

摘要

通信系统包括主机通信电路(HCC)和客户端通信电路(PCC)，主机通信电路(HCC)和客户端通信电路(PCC)通过单个信号线(DEN)彼此连接。主机通信电路(HCC)基于参考时钟信号(SYNCLK)在信号线(DEN)上生成电压调制信号(VDEN)，参考时钟信号(SYNCLK)在每个时钟周期中包括第一时间段和第二时间段，第一时间段具有基于参考时钟信号(SYNCLK)的时钟边沿的明显的电压改变，并且第二时间段具有基本上恒定的电压变化。主机通信电路(HCC)还能够对经由信号线(DEN)从客户端通信电路(PCC)接收的电流调制信号(IDEN)进行解调。客户端通信电路(PCC)被配置成：检测明显的电压改变，以生成同步信号中的相应的同步脉冲，同步信号用于生成客户端时钟信号(TXCLK)。在一个同步脉冲之后的预定稳定时间之后直到相应的下一个同步脉冲为止，客户端通信电路(PCC)基于要传输的数据来执行电流调制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种主机通信电路、客户端通信电路、具有这样的主机通 信电路和这样的客户端通信电路的通信系统以及用于在主机侧和客户端 侧之间进行通信的方法。

背景技术

采用电压供给线上的电流调制进行从外围装置或客户端装置到主机 装置的数据通信的系统是众所周知并且广泛地使用的。这样的系统利用下 述事实：电源线具有恒定电压，使得通过对电源线上的电流进行调制可以 发送快速且不中断的比特流。在电流调制脉冲大于例如由与该电源线连接 的其他部件确定的电源电流的交流分量的情况下，这样的数据传输的性能 更好。

可以期望不仅从客户端侧至主机侧传送信息，而且还可以沿其他方向 传送信息。

发明内容

要实现的一个目的是：提供用于在单个信号线上进行双向通信的高效 通信概念。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。高效概念的实施例和改进为 从属权利要求的主题。

高效通信概念基于如下构思：可以对单个信号线执行电流调制和电压 调制两者，每种调制针对一个方向，其中，执行这两种调制，使得不产生 或很少产生相互影响。例如，这通过下述实现：执行电压调制，使得仅在 时钟周期的短时期期间产生对电流调制具有潜在影响的电压改变，而例如 在参考时钟信号的每个时钟周期中，这样的时钟周期的较大部分被留下以 用于电流调制。例如，生成电压调制信号的信号形式，使得电压调制信号 在时钟周期的第一时间段中具有基于参考时钟信号的时钟边沿的明显的 电压变化特别是电压阶跃、峰值脉冲、尖峰脉冲等。在时钟周期的第二时 间段中，生成具有恒定电压变化或基本上恒定电压变化的电压调制信号。 在此，第一时间段明显短于第二时间段。在明显的电压改变之后的预定时 间处，可以执行电流调制，优选地直到相应的时钟周期结束为止，由于明 显的电压改变，该预定时间例如基于稳定时间。

因此，可以在单个信号线上将时钟信息从主机侧传输至客户端侧，同 时可以借助于电流调制将任何种类的数据从客户端侧传输至主机侧。

应当注意的是，如在电气工程中众所周知的，尖峰是电气电路中的电 压(电压尖峰)、电流(电流尖峰)或传输的能量(能量尖峰)的快速、 短持续时间的电气瞬变。根据改进的概念，可以使用电压尖峰。

根据高效通信概念，将描述主机通信电路和客户端通信电路的各种实 施例，主机通信电路和客户端通信电路可以连接在一起，例如以形成通信 系统。此外，将描述用于基于高效通信概念在主机侧和客户端侧之间进行 通信的方法的实施例。

例如，主机通信电路的实施例适用于通过单个信号线被连接至客户端 通信电路。主机通信电路被配置成：通过基于参考时钟信号生成电压调制 信号对信号线执行电压调制。特别地，在参考时钟信号的时钟周期的第一 时间段中，主机通信电路基于参考时钟信号的时钟边沿来生成具有明显的 电压改变特别是电压阶跃、峰值脉冲、尖峰脉冲等的电压调制信号。在时 钟周期的第二时间段中，主机通信电路生成具有基本上恒定电压变化的电 压调制信号，其中，第一时间段明显短于第二时间段。主机通信电路还被 配置成：对经由信号线从所连接的客户端通信电路接收的电流调制信号进 行解调。

例如，第一时间段占时钟周期的大约5％至10％，而第二时间段占时 钟周期的剩余部分。假定在操作期间将主机通信电路和客户端通信电路连 接的信号线具有寄生电容，则具有高且可能变化的电压梯度dV/dt的明显 的电压改变在信号线上产生下降电流。由于第一时间段的短的持续时间以 及在第二时间段期间恒定或基本上恒定电压变化，信号线上的电流影响变 得很小，原因是：信号线上的电流基本上变为直流电流。因此，可以高效 地执行客户端侧上的电流调制。

在客户端侧上，客户端通信电路可以从信号线上的电压调制信号提取 时钟信息，该时钟信息可以被用于生成电流调制信号。

例如，主机通信电路被配置成生成电压调制信号，使得在参考时钟信 号的每个时钟周期中，电压调制信号的信号形式选自以下项之一：在第一 时间段中具有快速改变的边沿并且在第二时间段中具有缓慢改变的边沿 的锯齿信号，或者在第一时间段中具有峰值脉冲或尖峰脉冲并且在第二时 间段中具有基本上恒定电压的信号。可以永久地或基于数据信号来执行该 选择。此外，在一些实施例中，例如，主机通信电路被配置成：在不能够 使用其他信号形式的情况下，使用所描述的信号形式中仅之一来执行电压 调制。

如果使用锯齿信号，则锯齿信号可以具有快速上升沿和缓慢下降沿或 者缓慢上升沿和快速下降沿。在任何情况下，假定信号线的寄生电容，缓 慢改变的边沿生成仅直流电流。

对于在第一时间段中具有峰值脉冲或尖峰脉冲的第二信号形式，即使 存在寄生电容，在第二时间段中恒定或基本上恒定电压仍然具有恒定的零 电压变化，并且因此在信号线上不生成电流。

在各种实施例中，主机通信电路被配置成：通过基于对电流调制信号 中的两个预定电流电平之一的检测生成数字数据信号来对电流调制信号 进行解调。这样的检测可以包括特别地在第二时间段期间通过电压调制所 生成的直流电流分量的相减。

如上所述，还对于时钟信息，还可以借助于信号形式的选择将数据从 主机通信电路传送至客户端通信电路。此外，根据另外的实现或替代的实 现，还可以将数据从主机通信电路传送至客户端通信电路。

例如，主机通信电路被配置成：在第一时间段中以基于数据信号所选 择的至少两个改变幅度或电压阶跃之一生成电压调制信号的电压改变。例 如，如果选择了两个改变幅度之一，则在每个时钟周期中可以传送1位信 息。如果提供三个或更多个可选择的改变幅度或电压阶跃，则可以在电压 调制信号内对另外的信息位进行编码。

根据另外的实现形式，还可以通过选择电压调制信号的极性来传送数 据。例如，主机通信电路被配置成：生成电压调制信号，使得该电压调制 信号以基于数据信号或另外的数据信号所选择的两个预定的电压电平之 一开始于第二时间段。例如，所选择的相应的信号形式沿两个预定的电压 电平之间的电压电平被虚拟镜像，所选择的相应的信号形式例如可以由所 连接的客户端通信电路来检测。

客户端通信电路的示例性实施例适用于通过单个信号线被连接至例 如根据上述实施例之一的主机通信电路。客户端通信电路被配置成：基于 对经由信号线从所连接的主机通信电路接收的电压调制信号内的明显的 电压改变特别是电压阶跃、峰值脉冲、尖峰脉冲等的检测来生成具有相应 的同步脉冲的同步信号。客户端通信电路基于同步信号的同步脉冲生成客 户端时钟信号，其中，同步脉冲确定所连接的主机通信电路的参考时钟信 号的时钟周期。与主机通信电路的同步信号和/或相应的参考时钟信号相 比，客户端时钟信号具有较高的频率。客户端通信电路被配置成：通过基 于客户端时钟信号并且基于从客户端通信电路要被传送至所连接的主机 通信电路的数据生成电流调制信号，对信号线执行电流调制。对于参考时 钟信号，相应地同步信号的每个时钟周期，仅在一个同步脉冲之后的预定 稳定时间之后直到相应的下一个同步脉冲为止，基于要被传输的数据来执 行电流调制。

因此，在开始执行电流调制之前，客户端通信电路进行等待，直到由 于电压调制信号，特别地明显的电压改变而生成的信号线上的电流稳定 (settled)为止。

在各种实现形式中，客户端通信电路包括锁相环电路，其被配置成： 使用同步信号作为参考来生成客户端时钟信号。

根据另外的实现形式，客户端通信电路被配置成：对于客户端时钟信 号的每个时钟周期，基于要被传输的数字数据以两个预定电流电平之一来 生成电流调制信号。

例如，预定稳定时间由客户端时钟信号的预定数量的时钟周期来限 定。因此，在一个同步脉冲之后的预定数量的时钟周期期间，不执行电流 调制。在参考时钟信号，相应地同步信号的较长时钟周期内，电流调制开 始于客户端时钟信号的剩余时钟周期。

根据用于执行电流调制的时间段，主机通信电路可以被配置成：仅在 参考时钟信号的时钟周期的预定时期期间执行对电流调制信号的解调。特 别地，预定周期可以包括第二时间段的后部。

在另外的实现形式中，客户端通信电路被配置成：根据上述信号形式， 特别地锯齿信号和具有峰值脉冲或尖峰脉冲并且电压基本恒定的信号之 一来检测电压调制信号的信号形式。

在另外的实现形式中，客户端通信电路被配置成：检测电压调制信号 的第一时间段中的改变幅度并且基于该检测来生成数据信号。例如，客户 端通信电路被配置成：检测例如与单个位信息相对应的至少两种不同的改 变幅度或电压阶跃。为此，客户端通信电路可以包括具有一个或更多个比 较器电平的比较器，比较器电平的数量依赖于要被检测的不同的改变幅度 的数量。

在另外的实现形式中，客户端通信电路被配置成：检测以两个预定电 压电平之一开始于第二时间段的电压调制信号，并且基于该检测来生成数 据信号。

单独地或组合地，对于上述检测中的每种检测，可以基于客户端通信 电路中的检测结果来生成数据信号。例如，使用两种不同的信号形式、两 种不同的改变幅度和两种不同的起始电压电平，可以在参考时钟信号的每 个时钟周期中将具有八种状态的三个独立的数据位和三位的符号之间的 任何信息从主机通信电路传送至客户端通信电路。

使用上述主机通信电路和客户端通信电路的各种实施例的组合，可以 形成下述通信系统：在该通信系统中，主机通信电路和客户端通信电路通 过单个信号线彼此连接。

可以在相应的通信电路中预置电压调制和电流调制所需的不同的电 平。然而，例如在两个通信电路的启动或连接之后，在电平适配或校准阶 段期间还可以设置相应的电平。

例如，在通信系统中，主机通信电路和客户端通信电路被配置成执行 确定下述的电平适配：电压调制信号的第一时间段中的电压改变的最小幅 度和电流调制信号中的电流改变的最小幅度。

例如，为了确定电压改变的最小幅度，主机通信电路被配置成以所选 择的改变幅度生成电压改变，客户端通信电路被配置成：确定所选择的改 变幅度是否可检测，并且借助于电流调制信号将相应的信息返回至主机通 信电路。因此，主机通信电路被配置成：逐渐减小所选择的改变幅度直到 客户端通信电路检测不到所选择的改变幅度为止。优选地，针对主机通信 电路的操作来选择最终的可检测的改变幅度。

为了确定电流改变的最小幅度，例如，客户端通信电路被配置成以所 选择的改变幅度生成具有电流改变的电流调制信号，主机通信电路被配置 成：确定所选择的改变幅度是否可检测，并且借助于电压调制信号将相应 的信息返回至客户端通信电路。因此，客户端通信电路被配置成：逐渐减 小所选择的改变幅度直到主机通信电路检测不到所选择的改变幅度为止。 优选地，最终可检测的电流改变幅度被选作或用作由客户端通信电路进行 电流调制的基础。

优选地，对于电平适配，在第一步骤中确定电压改变幅度，并且在找 出操作电压改变幅度之后，在第二步骤中确定电流改变幅度。该次序是优 选的，因为与电流改变电平对电压调制的影响相比，电压电平的选择具有 较大的影响。

在各种实施例中，客户端通信电路被配置成：从信号线提取其电源， 而优选地不影响通信所使用的频率范围。

在下文中，描述了用于在通过单个信号线彼此连接的主机侧和客户端 侧之间进行通信的方法的示例性实施例。在该实施例中，在主机侧上，通 过基于参考时钟信号生成电压调制信号对信号线执行电压调制。特别地， 在主机侧上，在参考时钟信号的时钟周期的第一时间段中，基于参考时钟 信号的时钟边沿生成具有明显的电压改变，特别地电压阶跃、峰值脉冲、 尖峰脉冲等的电压调制信号。此外，在主机侧上，在时钟周期的第二时间 段中，生成具有基本上恒定电压变化的电压调制信号，其中，第一时间段 明显短于第二时间段。在客户端侧上，基于对明显的电压改变的检测来生 成具有相应的同步脉冲的同步信号。此外，在客户端侧上，基于同步信号 的同步脉冲生成客户端时钟信号，其中，与同步信号，相应地参考时钟信 号相比，客户端时钟信号具有较高的频率。此外，在客户端侧上，通过基 于客户端时钟信号和从客户端侧要被传送至主机侧的数据生成电流调制 信号，对信号线执行电流调制。对于参考时钟信号，相应地同步信号的每 个时钟周期，仅在一个同步脉冲之后的预定稳定时间之后直到相应的下一 个同步脉冲为止，基于要被传输的数据来执行电流调制。在主机侧上，对 电流调制信号进行解调，例如以恢复要被应用于主机电子器件 (electronic)的数据。

在该方法的一种实现形式中，在主机侧上，在第一时间段中以基于数 据信号所选择的至少两个改变幅度之一生成电压调制信号的电压改变。因 此，在客户端侧上，确定所选择的电压调制信号中的改变幅度，并且基于 所确定的改变幅度对数据信号进行重构。

根据上述主机通信电路、客户端通信电路和通信系统的各种实施例， 通信方法的另外的实施例和实现形式变得很明显。特别地，这样的实现包 括电压电平、电流电平、信号形式、极性的所描述的选择和上述相应的检 测方法。

可以例如在移动装置中实现主机通信电路，多种外围设备可以连接至 该移动装置。例如，这样的外围设备可以包含客户端通信电路的实现形式 之一。外围设备可以是有麦克风或没有麦克风的耳机等，其将任何种类的 数据返回至移动装置。例如，单个信号线可以是通过常规耳机插孔如3.5 mm的插孔将外围设备，特别地耳机与移动装置连接的电线。

附图说明

下文参考附图使用示例性实施例详细说明了本发明。在各个附图中， 相同的附图标记用于相同的元件或者电路部分或者具有相似功能的电路 部分的元件。因此，在下面的附图中不会重复描述一个附图中的电路部件 的元件。

在附图中：

图1示出了通信系统的实施例，

图2A和图2B示出了电压调制信号的信号时序图，

图3示出了通信系统的另外的实施例，

图4A和图4B示出了图3的通信系统中的信号的示例性信号时序图，

图5示出了通信系统的实施例中的信号的示例性信号时序图，

图6示出了通信系统的另外的实施例中的信号的示例性信号时序图，

图7示出了通信系统的另外的实施例中的信号的示例性信号时序图，

图8示出了通信系统的另外的实施例中的信号的示例性信号时序图，

图9示出了通信系统的另外的实施例中的信号的示例性信号时序图，

图10示出了通信系统的另外的实施例中的信号的示例性信号时序 图，

图11示出了通信系统的另外的实施例中的信号的示例性信号时序 图，

图12示出了通信系统的另外的实施例；以及

图13示出了根据图12的通信系统中的示例性信号时序图。

具体实施方式

图1示出了根据高效通信概念的通信系统的示例性实施例，该通信系 统包括主机通信电路HCC和客户端通信电路PCC。这两个通信电路 HCC、PCC通过数据交换节点DEN彼此连接，例如，数据交换节点DEN 包括单个信号线以及可能地具有公共参考电位或地电位的参考线。

主机通信电路HCC包括电压调制器110，该电压调制器110在其输 出端侧耦接至数据交换节点DEN，并且具有用于接收可以由内部振荡器 等提供的参考时钟信号SYNCLK的输入端。主机通信电路HCC还包括 电流解调器120，该电流解调器120通过电压调制器110也耦接至数据交 换节点DEN。电流解调器120在其输出端侧提供接收器数据信号RXD。

客户端通信电路PCC包括同步接收器210、电流调制器240和电压 解调器250，同步接收器210、电流调制器240和电压解调器250每个耦 接至数据交换节点DEN。同步接收器210在其输出端侧提供同步信号 SYNC，该同步信号SYNC被提供至时钟发生电路220。时钟发生电路220 例如包括锁相环PLL电路TXPLL，其被配置成使用同步信号SYNC作 为参考来生成客户端时钟信号TXCLK。客户端通信电路PCC还包括串 行器块230，该串行器块230在其输入端侧例如以并行形式接收要被传送 至主机通信电路HCC的数据，并且该串行器块230适用于基于输入数据 和客户端时钟信号TXCLK来生成串行比特流CDATA。串行比特流 CDATA的生成还基于同步信号SYNC。

串行比特流CDATA被提供至电流调制器240，该电流调制器240被 配置成：基于串行比特流CDATA对数据交换节点DEN执行电流调制。

作为可选块的电压解调器250被配置成：对数据交换节点DEN执行 电压调制信号的电压解调，将在下面更详细地说明数据交换节点DEN。 例如，电压解调器250通过电压解调来提取从主机通信电路HCC发送的 上游数据。

在通信系统的操作期间，对于同一数据交换节点DEN，相应地信号 线，主机通信电路HCC执行电压调制，并且客户端通信电路PCC执行 电流调制。为了减小相应的电压调制信号对电流调制的影响，根据高效概 念的主机通信电路，相应地电压调制器110使用电压调制信号的所选择的 信号形式，所选择的信号形式应用于参考时钟信号SYNCLK的每个时钟 周期中。特别地，在参考时钟信号SYNCLK的时钟周期的第一时间段期 间，生成具有基于参考时钟信号SYNCLK的时钟边沿的明显的电压改变 例如电压阶跃、峰值脉冲、尖峰脉冲等的电压调制信号。特别地，参考时 钟信号SYNCLK的仅上升时钟边沿或仅下降时钟边沿用于触发明显的电 压改变的发生。在时钟周期的第二时间段中，分别生成具有恒定或物理上 (physically)恒定电压改变或电压梯度的电压调制信号。其中，第一时 间段明显短于第二时间段。优选地，第一时间段和第二时间段一起形成参 考时钟信号SYNCLK的完整的时钟周期。

参考图2A和图2B中的信号时序图，示出了所选择的信号形式的可 能的实现。在每种情况下，电压调制信号VDEN为锯齿信号，其中，在 图2A中，锯齿信号具有缓慢上升沿和快速下降沿，并且其中，在图2B 中，锯齿信号具有快速上升沿和缓慢下降沿。如可以从图2A和图2B中 看到地，快速改变的边沿落入时钟周期TC的第一时间段TP1中，而电 压调制信号VDEN的缓慢改变的边沿落入第二时间段TP2中。

众所周知，信号线可以具有寄生电容。因此，电压调制信号VDEN 的相应的电压梯度dV/dt可以基于这样的寄生电容在信号线上生成电流， 寄生电容依赖于每个时刻的电压变化的值或梯度dV/dt。这样的生成电流 被示出为图2A和图2B中的电流IV。在这两个图中，锯齿信号的快速改 变的边沿生成在图2A中为负而在图2B中为正的生成电流IV中的尖峰。 在每种情况下，尖峰稳定成基本上恒定值。此外，在第二时间段TP2中 的锯齿信号的缓慢改变的边沿期间，电压梯度dV/dt具有基本上恒定正值 或负值，其在生成电流IV内生成直流电流。

因此，在每个时钟周期TC中，可以限定稳定时间或稳定周期TS以 及调制时间或调制周期TM，在图2A和图2B中也示出了稳定时间或稳 定整周期TS以及调制时间或调制周期TM。

返回参考图1，客户端通信电路PCC能够通过同步接收器210检测 明显的电压变化并且生成同步信号SYNC内的相应的同步脉冲。此外， 基于同步信号SYNC，相应地所包括的同步脉冲并且基于预定稳定时间 TS，在一个同步脉冲之后的预定稳定时间TS之后直到相应的下一个同步 脉冲为止，或者换言之，在调制时间TM期间，仅执行电流调制。例如， 串行器块230生成串行比特流CDATA，使得仅在调制时间TM期间，要 被传输的相应的数据被形成比特流CDATA。因此，仅在调制时间TM期 间，电流调制器240对数据交换节点DEN执行电流调制。

主机通信电路HCC内的电流解调器120被配置成对电流调制信号执 行解调，作为示例，下面将更详细地对此进行说明。

应当注意，可以将除了锯齿信号以外的、在第一时间段TP1中具有 明显的、优选地短的电压改变并且在第二时间段TP2中具有基本上恒定 电压变化的信号形式用于电压调制。

图3示出了基于图1的实施例的、具有主机通信电路HCC和客户端 通信电路PCC的通信系统的更详细的实现形式。例如，电压调制器110 包括信号形式发生器112，该信号形式发生器112使参考时钟信号 SYNCLK作为其输入。信号形式发生器112的输出端被连接至放大器114， 该放大器114控制输出晶体管并且具有来自与数据交换节点DEN或信号 线连接的输出端子的反馈。因此，信号线DEN上的电压遵循由信号形式 发生器112输出的信号形式。例如，信号形式发生器112生成根据图2A 或图2B的锯齿信号或如上所述的另外的信号形式。

在图3的实施例中，数据交换节点DEN包括单个信号线，该单个信 号线被示出具有可施加于公共参考电位或地电位GND的寄生电容。

同步接收器210包括两个脉冲检测器212、214，这两个脉冲检测器 212、214每个包括缓冲器、电容性元件和电阻性元件。脉冲检测器212 被配置成：对由高正电压梯度dV/dt确定的明显的正电压改变进行检测， 该正电压改变生成相应的正同步信号PSYNC。以类似的方式，脉冲检测 器214被配置成：对电压调制信号内的具有高负电压梯度dV/dt的明显的 负电压改变进行检测，该负电压变化生成负同步信号NSYNC。PLL电路 TXPLL220被配置成：基于同步信号NSYNC、PSYNC中的一个或两个 来生成客户端时钟信号TXCLK。此外，同步信号NSYNC、PSYNC被提 供至串行器块230。

如前面所述，在图1的实施例中，电流调制器240基于串行比特流 CDATA来生成信号线DEN上的电流调制信号。电流调制信号由主机通 信电路内的电流解调器120来解调。为此，电流解调器120包括加窗块 122、峰值检测块124和直流相减块126。加窗块122的输入端被连接至 电压调制器110的晶体管。加窗块122被配置成在电流解调器120内在调 制时间TM期间使仅执行电流解调。电流调制信号的电流被分流电阻器转 换成电压，例如，在块120内示出了这种情况。优选地，以如下方式对电 流调制的数据进行处理：在每个数据帧中，即在每个调制时间期间存在至 少一个逻辑1和至少一个逻辑0。通过这样，可以用于限定解调器电路的 比较器阈值的峰值检测器124相应地在每个调制时间TM期间在每个数据 帧中进行更新。

如前面所述，对于大部分持续时间，主要地第二时间段TP2，具有恒 定电压梯度dV/dt的缓慢且恒定电压变化将恒定电流通向寄生电容，这导 致这些寄生电容只将直流分量添加至该电流，该直流分量可以在电流解调 器120的直流相减块126中很容易地被减去。

如果使用如图2A中的具有快速下降沿和缓慢上升沿的信号形式，则 由生成电流的符号不影响峰值检测器124的操作，该峰值检测器124被配 置成检测正电流峰值。如果使用根据图2B的具有快速上升沿的信号形式， 则可以期望在上升沿，相应地第一时间段TP1期间对峰值检测器124进 行屏蔽(mask)。作为替代，峰值检测器124被配置成检测负电流峰值。

在图3的实施例中，客户端通信电路PCC包括可选的恒定电流源提 取块260，该恒定电流源提取块260被配置成为客户端侧上的电路生成电 源电压PVDD。例如，块260被配置成：从信号线DEN提取客户端通信 电路PCC的电源，而不影响通信所使用的频率范围。

应当注意，特别地，如果预先知道在电压调制信号中将仅出现一个极 性的电压改变或脉冲，则同步接收器210可以仅包括一个脉冲检测器。

图4A和图4B示出了在根据图3的实施例的通信系统的操作期间可 能出现的信号的示例性信号时序图。特别地，图4A示出了具有根据图2A 的电压调制信号VDEN的信号，而图4B示出了具有根据图2B的电压调 制信号VDEN的信号。在每种情况下，锯齿信号VDEN的快速改变的边 沿由参考时钟信号SYNCLK的上升沿来触发。

参考图4A，同步接收器210在电压调制信号VDEN的快速下降沿处 生成具有相应的同步脉冲的负同步信号NSYNC，而在正同步信号PSYNC 中不生成同步脉冲。

以补充的方式，参考图4B，同步接收器210响应于对电压调制信号 VDEN的快速上升沿的检测，不生成负同步信号NSYNC的同步脉冲而只 生成正同步信号PSYNC内的正同步脉冲。

在图4A和图4B的两种情况下，PLL电路TXPLL220基于均具有比 参考时钟信号SYNCLK的更高的频率的负同步信号NSYNC，相应地正 同步信号PSYNC的同步脉冲来生成客户端时钟信号TXCLK。特别地， 在这些示例性实施例中，客户端参考时钟TXCLK的频率是参考时钟信号 SYNCLK的频率八倍高。

基于客户端时钟信号TXCLK，串行器块230在客户端时钟信号 TXCLK的每时钟周期生成具有1位的串行比特流CDATA。然而，仅在 构成调制时间TM的最后六个客户端时钟周期中执行串行比特流的生成， 但是在构成稳定时间TS的前两个客户端时钟周期中不执行串行比特流的 生成。因此，电流调制信号IDEN上的响应于电压调制信号VDEN的明 显电压改变的电流是稳定的，使得在调制时间TM期间，可以传送电流调 制信号IDEN而不会产生明显的干扰。

因此，在调制时间TM期间，电流解调器120可以根据电流调制信 号IDEN的解调来生成接收器数据信号RXD。

如可以从图4A和图4B看到地，电压调制信号VDEN的快速瞬变(fast transient)使得能够高精确度地提取从主机通信电路HCC传送的帧同步 信号。PLL电路TXPLL220可以使用该同步信号来生成具有用于在电流 调制中以串行方式发送要被传送的数据的数据位的倍频的同步时钟信号。

应当注意，仅出于示例性目的而选择了频率比8，但是根据期望的应 用可以选择更高或更低的频率比。根据结合图4A和图4B所描述的实施 例，从通信系统的主机侧传送至客户端侧的信息与参考时钟信号 SYNCLK同步。然而，通过进一步使电压调制信号VDEN的信号形式变 化，也可以将另外的信息从主机侧传送至客户端侧。例如，可以组合使用 或者单独使用明显改变的改变幅度的变型、电压调制信号的极性和特定信 号形式的选择的各种组合来传送另外的信息。

下面将参考单独采用的特定信号形式描述上述各项，然而，如特定应 用中所期望的，可以对上述各项进行组合。

例如，图5示出了包括具有锯齿信号形式并且使用用于对信息进行编 码的幅移键控ASK的电压调制信号VDEN的信号时序图。特别地，图5 中的电压调制信号VDEN是具有缓慢上升沿和快速下降沿的锯齿信号， 其中，在两个不同于零的不同的幅度或电平之间选择快速改变边沿的最大 幅度以及因此改变幅度或电压阶跃。如在先前的实施例中，使用锯齿信号 的陡峭边沿生成同步信号SYNC中相应的同步脉冲。此外，改变幅度或 电压阶跃的幅度确定提取的数据(ExtractedDATA)信号的两种可能的 状态之一。例如，在该实施例中，高于比较器电平C1的电压阶跃产生提 取的数据信号的高状态，而低于比较器电平C1的电压阶跃产生提取的数 据信号的低状态。因此，对于参考时钟信号SYNCLK的每个时钟周期， 将1个数据位从主机侧传送至客户端侧。例如，客户端通信电路PCC包 括图1中所示的电压解调器250，该电压解调器250包括采用比较器电平 C1来生成提取的数据信号的比较器。比较器级可以用于通过将电压与固 定阈值或自适应阈值进行比较来对ASK信号进行解调，或者比较器级可 以用于通过将锯齿的缓慢边沿的dV/dt与固定阈值或自适应阈值进行比 较来确定ASK数据。

应当注意，在调制时间TM期间也执行下游电流调制，特别地，由 于在稳定时间TS以外不同的电压阶跃幅度对电流调制的影响小，所以对 于低的调制电流而言，也可以进行下游电流调制。仅出于更好地进行概述 的目的，在图5中未示出与电流调制相关联的各个信号。

在主机侧上，用于生成具有不同的电压阶跃幅度的电压调制信号 VDEN的相应功能可以位于信号形式发生器112内，或者更一般地来说， 位于电压调制器110内。

在另外的实施例中，如替代地或另外，主机通信电路被配置成生成电 压调制信号VDEN，使得其改变调制电压形状的极性以增加所传送的信 息。例如，在锯齿信号的情况下，存在具有快速上升沿的形状和具有快速 下降沿的形状，快速上升沿具有两个不同的幅度，快速下降沿具有两个不 同的幅度，以表示四种不同的状态。作为示例，在图6的信号时序图中示 出了上述情况。在此，电压调制信号VDEN将其信号形式从在参考时钟 信号SYNCLK的前三个完整示出的时钟周期中具有缓慢上升沿的锯齿信 号变成在参考时钟信号SYNCLK的最后三个完整示出的时钟周期中具有 缓慢下降沿的锯齿信号。特别地，在每种情况下，缓慢上升沿开始于第一 电压电平VL1，其中，如在图5的实施例中，可以针对电压调制信号VDEN 来选择两个不同的电压阶跃幅度。因此，如在图5的实施例中，不同的电 压阶跃幅度产生提取的数据信号。在具有缓慢下降沿的时钟周期中，信号 开始于第二电压电平VL2，此外，两种可能的电压阶跃幅度产生提取的 数据信号。

参考图4A和图4B的实施例，电压调制信号VDEN的快速下降沿产 生负同步信号NSYNC中的负脉冲，而快速上升沿产生正同步信号 PSYNC中的同步脉冲。此外，根据同步脉冲的种类，即正或负，可以在 客户端侧上提取另外的信息。以图6为例，生成块时钟BCLK，该块时钟 BCLK可以在音频数据的左通道数据和右通道数据之间对提取的数据信 号进行区分。在这种情况下，块时钟BCLK还可以称为左右时钟。作为 对从同步信号NSYNC、PSYNC获得块时钟的替代，还可以在客户端侧 测量缓慢边沿的电压梯度dV/dt来获得块时钟BCLK。

在基于图5的实施例的另外的实施例中，三个或更多个改变幅度或电 压阶跃幅度可以用于将信息从主机侧传输至客户端侧。图7的信号时序图 示出了这样的实施例的示例，其中，使用了三个不同的电压阶跃幅度。如 可以从图7看到，电压调制信号VDEN是具有缓慢上升沿和快速下降沿 的锯齿信号。使用小电压阶跃幅度和中等电压阶跃幅度来分别携带低状态 信息或高状态信息。相应的电压阶跃生成同步信号DSYNC中的脉冲。高 电压阶跃幅度产生块时钟同步信号BCSYNC内的脉冲。如果出现了信号 BCSYNC中的这样的脉冲，则块时钟信号BCLK改变其状态，在此，例 如将其状态从高状态变成低状态。因此，类似于图6的实施例，可以通过 电压调制信号VDEN的另外的ASK调制将块时钟信息从主机侧传输至客 户端侧。更一般地来说，使用第三电压阶跃幅度，可以使上游数据的数据 传输速率增加50％。

在另外的实施例中，主机通信电路被配置成：生成具有不同的信号形 式，特别地与锯齿信号形式不同的信号形式的电压调制信号。例如，明显 的电压改变包括在第一时间段TP1期间出现的峰值脉冲或尖峰脉冲等， 而在第二时间段TP2中，电压调制信号VDEN具有恒定或基本上恒定电 压电平。

图8示出了使用在第一时间段TP1中具有峰值脉冲或尖峰脉冲的电 压调制信号VDEN的实施例的示例性信号时序图。类似于锯齿信号，由 于在第一时间段TP1期间信号线DEN上的寄生电容，所以峰值脉冲生成 电流峰值，然而，该峰值脉冲稳定直到稳定时间TS结束为止。因此，在 调制时间TM期间，不存在来自电压调制信号VDEN对电流调制信号 IDEN的另外的影响，特别地，由于电压调制信号VDEN的恒定电压电平， 所以其电压梯度dV/dt为零或基本上为零。

在图8的实施例中，类似于图6的实施例，恒定电压电平是第一电压 电平VL1或第二电压电平VL2。然而，如果仅同步信息要被传送至客户 端侧，则具有电压调制信号VDEN的仅一个调制幅度的仅一个极性就足 够了。

然而，类似于上述实施例，可以使用两个电压电平VL1、VL2在客 户端侧提取块时钟BCLK。此外，峰值脉冲的不同的幅度或高度可以依赖 于改变幅度，相应地ASK电压来确定提取的数据信号的电平，即高电平 或低电平。此外，从第一电压电平VL1开始的峰值脉冲生成负同步信号 NSYNC中的脉冲，而从第二电压电平VL2开始的峰值脉冲生成正同步信 号PSYNC中的脉冲。

例如，可以使用信号形式发生器112生成峰值脉冲。应当注意，可以 使用除了峰值脉冲或尖峰脉冲和锯齿信号以外的另外的信号形式。

可以在主机通信电路HCC和/或客户端通信电路PCC中预置信号形 式或者将信号形式硬编码，使得仅所选的信号形式用于电压调制。然而， 主机通信电路HCC可以被配置成基于数据信号来选择信号形式之一，使 得可以在参考时钟信号SYNCLK的每个时钟周期中使用不同的信号形 式。

不同的电压电平和极性的应用不受信号形式的选择的影响。

图9示出了对电压调制信号VDEN的信号生成的上述变型进行组合 的示例性实施例的信号时序图。图9中所示的信号VDEN仅被选作示例 并且不采用信号变型的所有可能的组合。在任何情况下，对于每个明显的 电压改变，生成同步信号SYNC中的脉冲。从低电平开始的高峰值脉冲 可以被映射成数据符号S0，从低电平开始的小峰值脉冲可以被映射成符 号S1，具有高电压阶跃幅度的、到低电平的快速下降沿可以被映射成符 号S2，锯齿信号的具有小的电压阶跃幅度的到低电平的快速下降沿可以 被映射成符号S3，等等。例如，通过两种不同的信号形式，第二时间段 TP2开始于此的两种不同的电压阶跃幅度和两种不同的电压电平可以在 每个时钟周期中生成总共八种可能不同的符号。

图10示出了采用与缓慢上升的斜坡和缓慢下降的斜坡组合的四种不 同的信号电平L1、L2、L3、L4以提高数据传输速率的电压调制信号VDEN 的另外的实施例。为了检测不同的电压电平，在客户端侧存在三个不同的 比较器电平C1、C2、C3以便进行检测。

在通信系统的各种应用中，移动装置如移动电话、平板PC、平板式 装置、音乐播放器等可以包括主机通信电路HCC，外围设备如耳机、麦 克风、具有麦克风的耳机、任意传感器等可以连接至移动装置。

图11示出了通信系统的实施例中的信号的示例性信号时序图，该通 信系统可以采用这样的移动装置中的主机通信电路HCC和被配置成用于 主动消噪的耳机中的客户端通信电路PCC。例如，通过常规熟知的3.5mm 耳机插孔将耳机连接至移动装置，该移动装置具有接地线、用于将音频信 号传送至耳机的两个模拟信号线和用于传输其他信息的第四信号线诸如 麦克风电源线和信号线。特别地，第四线可以是连接通信电路HCC、PCC 的单个信号线DEN。

图11示出了参考信号SYNCLK的仅一个完整的时钟周期，然而， 这足以说明要被传送的各种数据。在该实施例中，电压调制信号VDEN 是具有缓慢上升沿和快速下降沿的锯齿信号，快速下降沿在客户端侧生成 同步信号SYNC中的相应脉冲。在客户端侧，例如通过如上所述的PLL 电路，使用值为10的倍频器生成客户端时钟信号TXCLK。此外，生成 耳机的数字麦克风内的模数转换器的参考时钟信号。该时钟信号DMIC CLK具有与参考时钟信号SYNCLK相同的频率或时钟周期。

由于客户端时钟信号TCLK和参考时钟信号VDEN之间10:1的频率 比，所以对于从客户端侧到主机侧的数据传输而言10个数据槽可用。例 如，如图11的实例中所示，不可以使用表示稳定时间TS的前两个槽D0、 D1，剩余的8个槽用于调制时间TM中表示的数据下游传输。

例如，耳机包括五个数字麦克风和按钮，其信息要被传送至主机侧。 在该示例性实施例中，槽D2用于传送按钮的控制数据。槽D2还可以用 于将ID代码、校正数据等传输至主机侧。槽D3、D4、D5、D6、D7用 于五个麦克风中的每个麦克风的1位，而槽D8、D9用于固定内容以测量 数据传输是否被锁定。应当注意，数字麦克风的模数转换器以参考时钟信 号SYNCLK，相应地麦克风时钟信号DMICCLK的较低频率工作，使得 在参考时钟信号SYNCLK的每个时钟周期中执行麦克风数据的时分复 用。

图12示出了分别基于图1或图3的实施例的通信系统的另外的实施 例。在主机侧，信号形式发生器112包括用于接收I2S编码数据I2SDATA、 和左右时钟信号LRCK的另外的输入端，I2S编码数据I2SDATA包括例 如具有两个通道的数字音频数据。在客户端侧，客户端通信电路包括如上 所述的ASK解调器250，该ASK解调器250用于对来自电压调制信号 VDEN的I2SDATA信号进行重构。此外，客户端通信电路PCC包括块 270，该块270用于对同步信号NSYNC、PSYNC中的左右时钟LRCK以 及参考时钟信号SYNCLK进行重构。

图13示出了在基于图12的实施例的通信系统的操作期间出现的信号 的示例性信号时序图。

在该图中，并不论述通过电流调制的下游数据传输而仅论述从主机通 信电路HCC到客户端通信电路PCC的上游数据传输。特别地，左通道 和右通道的数字音频数据具有24个数据位L0、…、L23和24个数据位 R0、…、R23以及两个固定的槽FIX0。这50个位形成44.1KHz周期的 一个周期。

为了区分左通道数据和右通道数据，在主机侧上提供采用两种状态中 的一种状态的左右时钟信号LRCK。例如，在图13的图中，左右时钟信 号LRCK采用左通道数据的低状态和右通道数据的高状态。此外，如在 先前的实施例中，在主机侧出现每个数据槽具有一个时钟周期的参考时钟 信号SYNCLK。I2SDATA信号表示例如具有相应的位状态的24位编码 音频信号。信号形式生成器112，相应地电压调制器110使用锯齿波形成 的信号根据左右时钟信号LRCK、参考时钟信号SYNCLK和I2SDATA 信号生成相应生成电压调制信号VDEN。参考先前的实施例，参考时钟信 号SYNCLK的时钟边沿通过锯齿信号的快速改变的边沿来传送，左右时 钟信号LRCK由相应极性的锯齿信号来编码，并且I2SDATA信号的位 状态由不同的电压阶跃幅度来编码。

在客户端侧，生成同步信号SYNC中的同步脉冲，在此同步信号 SYNC一般地被示为正同步信号PSYNC和负同步信号NSYNC。此外， 从两个同步信号NSYNC、PSYNC获得左右时钟信号LRCK。时钟发生 电路TXPLL220还恢复参考时钟信号SYNCLK，该参考时钟信号 SYNCLK可以用作图12中所示的麦克风时钟信号MCLK。还根据同步 信号NSYNC、PSYNC生成客户端参考时钟TXCLK，但是在此为了更好 地进行概述的原因，并没有示出该情况。ASK解调器250执行电压阶跃 电平检测，以便在主机侧恢复所获得的与I2SDATA信号相对应的数据。

使用数据槽FIX0来提供左通道和右通道之间限定的转变，以在客户 端侧上易于检测。特别地，FIX0槽中的改变幅度被限定成较低的改变幅 度。在结合图13描述的实施例的改进中，可以将另外的控制位从主机侧 传送至客户端侧。为了这样做，可以将音频数据的位数减少成较少的位数， 或者可以减少从客户端侧到主机侧的下游帧时间，使得在一个左右时钟帧 中存在较多的同步帧。

上述各种实施例描述了在此期间限定所有传送参数如电压阶跃幅度 的绝对值等的操作的模式。然而，通信系统可以适用于执行如下电平适配： 确定电压调制信号VDEN的第一时间段中的电压阶跃的最小幅度和电流 调制信号IDEN中的电流改变的最小幅度。特别地，最小幅度限定可以由 调制信号VDEN、IDEN之一的相应的接收侧检测的最小可能的幅度。

例如，首先执行确定最小电压改变幅度，并且在找到电压改变幅度之 后，确定最小电流改变幅度。

这可以例如通过如下操作来进行：通过对电压调制信号VDEN的幅 移键控ASK来建立具有从主机通信电路HCC发出的数据的数据环路。 客户端通信电路PCC通过对电流调制数据槽之一进行电流调制将所接收 的数据发送回去。优选地，使用最关键的数据槽，该最关键的数据槽是电 压调制信号VDEN的陡峭边沿之后首先使用的数据槽。主机通信电路 HCC检查重新传送的信号是否正确，并且在传输正确的情况下，减小ASK 调制信号的改变幅度直到第一传输失败为止。优选地，正常操作采用可能 具有限定的界限的最后可行的(working)改变幅度。因此，在该操作之 后限定电压改变幅度。

之后，可以通过如下操作以类似的方式减小电流调制所使用的电平： 使用借助于ASK调制信号的重新传送来检查电流改变幅度的检测。因此， 可以从具有限定的界限的最后可行的变化电平获得操作所使用的电流调 制的改变幅度。这样的电平适配减小了操作期间的电流消耗以及对数据交 换节点DEN的可能的电磁辐射。

如上所述，单个信号线DEN可以用于电压模式调制中表示的上游通 信并且用于电流模式调制中的下游数据传输。同时，由于无论如何该线 DEN都由主机通信电路HCC的电压调制驱动器进行电压驱动，所以该线 DEN还可以用作客户端通信电路PCC的电源线。可以使用添加至所描述 的ASK调制电压形状的直流分量进行电压调制。可以在客户端侧提取该 直流电压并且可以将该直流电压用作PCC的电压源。

在各种变型中可以将上述实施例组合在一起。特别地，可以单独使用 或者与其他所描述的变型中的任意变型组合地使用电压调制信号VDEN 的信号形式的每个变型。