CN101356488A - 与泵控制器对接的i/o系统、方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供I/O系统，方法和装置供对接泵控制器和控制装置，控制装置具有不同对接和/或信号格式。在一个实施例中，I/O接口模块包括处理器，存储器，和至少两个数据通信接口供与泵送控制器和控制装置通信。I/O接口模块可从控制装置接收离散信号，编译这些离散信号并发送数据包至泵控制器。泵控制器读取数据包并对泵采取适当动作。I/O接口模块可编译从泵控制器接收的数据包并提供相应的离散信号至控制装置。I/O接口模块可定制并允许对特定多级泵执行多种对接和控制方案而无需改变泵硬件。

Description

与泵控制器对接的I/O系统、方法和设备
相关申请的交叉参考
本申请要求2005年12月2日提交的标题为“I/O INTERFACESYSTEM AND METHOD FOR A PUMP”(代理人卷号ENTG1810)的美国临时专利申请No.60/741657的优先权，该专利申请被包括在此引作参考。
技术领域
本发明一般涉及流体泵。更特别地，本发明的实施例涉及用于将泵控制器与各种装置对接(interface)的输入/输出系统、方法和设备。
背景技术
存在许多应用，其中需要精确控制泵送(pumping)装置分配流体的量和/或速率。在半导体处理中，例如，重要的是控制光化学物质(photochemicals)、诸如光阻化学物质(photoresist chemicals)被施加到半导体晶片的量和速率。在处理过程中施加到半导体晶片的涂层通常要求在晶片表面上以埃来量度的一定的平整度和/或均匀厚度。工艺化学物质(processing chemicals)被施加(即分配)到晶片上的速率必须被仔细控制，以确保工艺液体(processing liquid)被均匀地施加。
目前半导体工业中所使用的光化学物质通常非常昂贵，每升高达1000美金或以上。因此，非常希望确保使用最少但适当的量的化学物质，且化学物质不被泵送设备破坏。当前的多级泵可导致液体中尖锐的压力峰。这样的压力峰和随后的压力降对流体可能是破坏性的(即，可能不利地改变流体的物理特征)和/或不利地影响泵送系统的性能。此外，压力峰可导致产生这样的流体压力，该流体压力可能导致分配泵分配比要分配的更多的流体或以具有不利动力学的方式分配流体。
现有技术中的泵的一个缺点是将泵控制器与其他装置对接。泵控制器通常接收来自控制系统(例如其他计算机/工具)的信号以接收工艺参数、触发信号或其他信号，并发送信号以指示分配循环(dispensecycle)的状态或其他数据。然而，许多计算机/制造工具使用不同的物理接口和信令方案来将信号传输到泵和从泵接收信号。通常，对于每个输入/输出线，泵送系统要求一条导线连接到泵控制器。该意味着为泵与其进行数据通信的另一装置上的特定接口定制该泵的泵控制器。在一般使用大量泵信号的半导体制造系统中，这会导致连接到单个泵的复杂布线。而且，在许多半导体制造系统中，有多个泵堆叠(stack)在一起，从而导致连接到泵的引线的复杂阵列。现有技术中的系统的另一个缺点是离散的输入/输出线(“I/O”)线在长度方面受到限制。需要新的更好的方式来将装置与泵对接。本发明的实施例可解决该需求以及其他需求。
发明内容
本发明的实施例提供了新的I/O系统、方法、和设备，用于将泵控制器与各种装置对接。更具体地，本发明的实施例提供了I/O系统和方法用于将泵控制器与可能具有不同接口和/或信令格式的外部控制装置对接。
在一个实施例中，至少一个I/O接口模块位于泵送系统和至少一个程序控制装置(programmed device)之间，其中程序控制装置诸如是运行特定泵软件应用的计算机、人机接口装置、或用于监视/控制泵送系统的制造工具。在一个实施例中，泵送系统实现耦合有泵控制器的单级或多级泵。泵控制器被配置为按照来自控制装置的信号本地地直接控制泵的阀和电机时序。
在本发明的实施例中，I/O接口模块可以被实现在其上具有处理器和存储器的电路板上。电路板具有至少两个数据通信接口，一个用于与泵控制器通信，另一个用于与控制装置通信。这些数据通信接口可根据具体实现而被定制。
在本发明的某些实施例中，可实现单I/O接口模块。在一个实施例中，I/O接口模块可包括连接到泵控制器的第一数据通信接口、和连接到泵外部的控制装置(例如计算机、制造工具、人机接口装置等)的第二数据通信接口。该实施例的一个例子在下面参考图7说明。在一个实施例中，I/O接口模块可包括多于两个数据通信接口，以连接到泵控制器、人机接口装置、和一个或多个制造工具。I/O接口模块可从控制装置接收离散信号并相应地解释这些信号(例如将对应于离散信号的数据整理或打包为一个或多个分组，对来自各控制装置的命令进行确定优先顺序等)。I/O接口模块可串行地发送分组到泵控制器。按照本发明一个实施例的泵控制器可读取分组并在泵处采取适当的动作(例如在泵处执行适当的处理并移动分配电机等)。此外，泵控制器可串行地发送数据分组至I/O接口模块。I/O接口模块可解释或以其他方式声称到控制装置的相应离散信号。该实施例的一个例子在下面参考图8说明。
在本发明的实施例中，I/O接口模块可以经由RS232、RS485、RS422或其他接口而与控制装置对接，并且可包括模拟输入和输出、DVC接口或改进接口(retrofit interface)。I/O接口模块是可定制的，而无需改变泵硬件。而且，I/O接口模块可被调整以适应每个用户的发送信号至泵或从泵接收信号的特定需要。I/O接口模块允许与特定泵实现多种接口和控制方案，而不改变泵的硬件。按照一个实施例，不管I/O接口模块和控制装置之间所使用的接口和通信协议是什么，I/O接口模块都通过高速SPI串行总线将串行打包数据流式传输至泵控制器。
本发明的实施例所提供的优点可以是众多的。作为例子，通过解释和生成用于泵控制器和控制装置的信号，I/O接口模块可减少否则在方向连接配置中会要求的离散线路的数目，并因此显著减少缆线连接。
缆线连接的减少提供了额外的优点，即节省空间和节省成本，节省空间在使泵送系统最小化方面会是一个重要因素，而节省成本几乎在任何应用中都是非常希望的。
I/O接口模块的另一优点是其消除了离散线路所强加的距离限制，并允许泵送系统和控制装置之间更长的连接。
这里所公开的I/O系统的实施例的其他优点包括多功能性和适应性。因为I/O接口模块的数据通信接口可被定制以连接到控制装置的数据通信接口，所以控制装置和/或控制方案可被替换或以其他方式被修改，而不必改变泵的硬件。而且，因为I/O接口模块的数据通信接口可被定制以连接到泵控制器的数据通信接口，所以泵或其硬件可被替换或以其他方式被修改，而不必再检验整个泵合格和/或再仲裁(re-arbitrate)泵以建立控制装置与新泵之间的通信。而且，本发明的实施例有利地允许以多种配置在两个或更多I/O接口模块之间或在多个I/O接口模块和多个泵控制器之间分配用于控制泵的逻辑，而不受到泵控制器的处理能力的限制。
附图说明
本发明及其优点的更完整的理解可通过结合附图参考下面的说明而获得，其中附图中相似的附图标记指示相似的特征，且其中：
图1是泵送系统的一个实施例的示意表示；
图2是图1中泵送系统的多级泵的示意表示；
图3是多级泵的阀门和电机时序的示意表示；
图4是被实现为泵上(onboard a pump)PCB板的泵控制器的一个实施例的示图；
图5是用于在泵控制器和连接到泵的电子装置之间传递数据的现有技术方案的示意图；
图6是表示用于在泵控制器和连接到泵的跟踪装置之间传递数据的现有技术方案的方框图；
图7是用于将泵控制器与其他装置对接的系统的一个实施例的示意图；
图8是表示用于将泵控制器和其他装置对接的系统和设备的一个示例性实施例的方框图；
图9是实现泵控制器的一个实施例的电路板的顶视图；
图10是图9中电路板的底视图；
图11是实现泵I/O接口模块的一个实施例的电路板的顶视图；
图12是图11中电路板的底视图；
图13是用于经由一个泵I/O接口模块将一个或多个泵控制器与一个或多个装置对接的系统的一个实施例的示意图；
图14是用于通过多个泵I/O接口模块将一个或多个泵控制器与一个或多个装置对接的系统的一个实施例的示意图。
具体实施方式
下面参考附图说明本发明的优选实施例，其中附图没有必要按比例绘出，且其中不同图中相似的附图标记用来指示相似和相应的部件。
本发明的实施例针对泵送系统中的泵控制器。这样的泵送系统可采用多级泵来在半导体制造过程中馈送和精确分配流体到晶片上。特别地，本发明的实施例提供了输入/输出(“I/O”)接口系统、方法和装置用于将泵控制器与多种装置对接。应该注意，包含这里所述的泵控制器的泵送系统是作为例子而给出的，而非限制性的，并且本发明的实施例可被用于和/或被适当地实现用于其他设计和配置。特别地，本发明的实施例可应用到多种泵，包括单级和多级泵。在详细说明用于将泵送系统的泵控制器与多种装置对接的I/O系统、方法和装置的实施例之前首先介绍示例性的泵送系统。
图1是泵送系统10的示意图。泵送系统10可包括流体源15、泵控制器20和泵100，它们一起工作以分配流体至晶片25上。这里参考图7-8和11-14所述的I/O接口系统、方法、和模块的实施例可被用来将一个或多个泵控制器20连接到多种接口、装置、和制造工具。
泵100的操作可由泵控制器20控制，其中泵控制器可以是泵100自身携带的(onboard)或者是经由用于传输控制信号、数据或其他信息的一个或多个通信链路连接到泵100的。附加地，泵控制器20的功能可被分布在泵上控制器和另一控制器之间，包括泵100外部的I/O接口模块上携带的I/O接口控制器。
泵控制器20可包括计算机可读介质27(例如RAM，ROM，闪存，光盘，磁盘或其他计算机可读介质)，其包含一组控制指令30用于控制泵100的操作。处理器35(例如CPU，ASIC，RISC或其他控制器)可执行这些指令。处理器的一个例子是Texas InstrumentsTMS320F2812PGFA 16位DSP(Texas Instruments是位于TexasDallas的公司)。
在图1的例子中，泵控制器20经由通信链路40和45与泵100通信。通信链路40和45可以是网络(例如以太网，无线网络，全球局域网，DeviceNet网络，或其他已知的或开发的网络)。控制器20可以被实现为泵上PCB板、远程控制器或其他合适的方式。泵控制器20可包括适当的接口(例如，网络接口，I/O接口，模数转换器和其他元件)用于与泵100通信。此外，泵控制器20可包括多种本领域公知的计算机元件，包括处理器、存储器、接口、显示装置、外围设备或其他计算机元件，为了简洁而没有示出。泵控制器20可控制泵100中各阀门和电机以使泵100精确地分配流体，包括低粘度流体(即少于5厘泊)或其他流体。
图2是泵100的示意表示。在该例子中，泵100是多级泵，并包括馈送级部分105和独立的分配级部分110。从流体流动角度看，过滤器120位于馈送级部分105和分配级部分110之间，以从处理流体中过滤杂质。多个阀门可控制通过泵100的流体流动，例如包括入口阀125、隔离阀130、阻挡阀(barrier valve)135、清洗阀140、排出阀145和出口阀147。分配级部分110可进一步包括压力传感器112，其确定分配级110处的流体压力。压力传感器112所确定的压力可被用来控制各个泵的速度，如下面所述。示例性的压力传感器包括陶瓷和聚合物压阻和电容式压力传感器，包括德国Korb的Metallux AG公司制造的传感器。压力传感器112的接触处理流体的面可以是Teflon。
馈送级105和分配级110可包括滚动隔膜泵(rollingdiaphragmpump)以泵送泵100中的流体。例如，馈送级泵150(“馈送泵150”)包括收集流体的馈送室155、在馈送室155内运动并移动流体的馈送级隔膜160、用于移动馈送级隔膜160的活塞165、导螺杆170和步进电机175。导螺杆170通过螺母、齿轮或其他机构耦接到步进电机175，以将能量从电机传递到导螺杆170。馈送电机170旋转螺母，而螺母又旋转导螺杆170，从而使活塞165致动。分配级泵180(“分配泵180”)类似地可包括分配室185、分配级隔膜190、活塞192、导螺杆195、和分配电机200。分配电机200可通过螺纹螺母(threaded nut)(例如Torlon或其他材料螺母)驱动导螺杆195。
在泵100工作过程中，泵100的阀门被打开或关闭，以允许或限制流体流动到泵100的各部分。这些阀门可气动致动(即气体驱动)隔膜阀门，其中隔膜阀门根据断言压力还是真空而打开或关闭。然而，任何合适的阀门都可使用。
下面提供泵100的各工作级的概述。然而，泵100可按照多种控制方案被控制以顺序阀门和控制压力，这些方案包括但不限于以下专利文献中所描述的那些，即发明人Cedrone等于2005年12月5日提交的标题为“SYSTEM AND METHOD FOR PRESSURECOMPENSATION IN A PUMP”的美国临时专利申请No.60/741682【代理人卷号为ENTG1800】；发明人Clarke等于2006年8月11日提交的标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR FLUID FLOWCONTROL IN AN IMMERSION LITHOGRAPHY SYSTEM”的美国专利申请No.11/502729【代理人卷号为ENTG1840】；发明人Gonnella等发明的标题为“SYSTEM AND METHOD FORCORRECTING FOR PRESSURE VARIATIONS USING A MOTOR”的申请日期为______的美国专利申请No.______【代理人卷号为ENTG1420-4】；发明人Gonnella等于2005年12月2日提交的标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROL OF FLUIDPRESSURE”的美国专利申请No.11/292559【代理人卷号为ENTG1630】；发明人Gonnella等于2006年2月28日提交的标题为“SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING OPERATION OF APUMP”的美国专利申请No.11/364286【代理人卷号为1630-1】，这些申请文件中每一个都被包括在此以供参考。按照一个实施例，泵100可包括就绪(ready)段、分配段、填充段、预过滤段、过滤段、排出段、清洗段和静态清洗段。在馈送段，入口阀门125打开，且馈送级泵150移动(例如推动)馈送级隔膜160以将流体汲取到馈送室155中。一旦足够量的流体已经填入馈送室155，入口阀门125就关闭。在过滤段，馈送级泵150移动馈送级隔膜160以使流体从馈送室155移动。隔离阀130和阻挡阀135被打开，以允许流体流过过滤器120进入分配室185。按照一个实施例，隔离阀130可首先被打开(例如，在“预过滤段”中)以允许在过滤器120中形成压力，然后阻断阀135被打开以允许流体流入分配室185。在过滤段期间，分配泵180可回到其原位(home position)。如以下专利文献所述，即于2004年11月23日提交的Laverdiere等人的标题为“SYSTEM AND METHODFOR A VARIABLE HOME POSITION DISPENSE SYSTEM”的美国专利申请No.60/630384【代理人卷号为ENTG1590】和于2005年11月21提交的Laverdiere等人的标题为“SYSTEM AND METHODFOR VARIABLE HOME POSITION DISPENSE SYSTEM”的PCT申请No.PCT/US2005/042127【代理人卷号为ENTG1590/PCT】，这些专利文献被包括在此以供参考，分配泵的原位可以是这样的位置，即其为分配循环在分配泵处给出最大可用容积，但小于分配泵可以给出的最大可用容积。基于分配循环的各参数选择原位，以减小泵100的不使用的截留容积(hold up volume)。馈送泵150可类似地回到提供小于其最大可用容积的容积的原位。
在排出段开始处，隔离阀130被打开，阻挡阀135被关闭，而排出阀145被打开。在另一实施例中，阻挡阀135可在排出段期间保持打开并在排出段结束处关闭。在此时期间，如果阻挡阀135被打开，则因为可由压力传感器112测量的分配室内的压力将受到过滤器120中的压力影响，所以控制器可了解压力。馈送级泵150施加压力至流体以通过打开的排出阀145将气泡从过滤器120中去除。馈送级泵150可被控制以使排出以预定速率发生，从而允许较长的排出时间和较低的排出速率，因而允许精确控制排出废物的量。如果馈送泵是气动型泵，则流体流动限制可被放置在排出流体路径中，且施加到馈送泵的气动压力可被增加或减小以便保持“排出”设定点压力，从而提供否则不被控制的方法的某种控制。
在清洗段开始处，隔离阀130被关闭，阻挡阀135如果在排出段中是打开的则被关闭，排出阀145被关闭，且清洗阀140被打开，而入口阀125被打开。分配泵180施加压力至分配室185中的流体，以通过清洗阀140排出气泡。在静态清洗段期间，分配泵180被停止，但清洗阀150保持打开以继续排气。清洗或静态清洗段期间被除去的任何过量流体可被从泵100排出(例如返回到流体源或被丢弃)或重新循环到馈送级泵150。在就绪段期间，隔离阀130和阻挡阀135可被打开，清洗阀140被关闭，从而馈送级泵150可达到源(例如源瓶)的环境压力。按照其他实施例，所有阀门可在就绪段被关闭。
在分配段期间，出口阀147打开，且分配泵180施加压力至分配室185内的流体。因为出口阀147可比分配泵180慢地对控制进行反应，所以出口阀147可首先被打开，而某预定时间段之后，分配电机200起动。这防止分配泵180推动流体通过部分打开的出口阀147。而且，这防止了由于阀门打开(其是微泵)而导致的流体向上移动分配嘴，然后是电机动作导致的前向流体运动。在其他实施例中，出口阀147可被打开，通过分配泵180同时开始分配。
可执行额外的回吸(suckback)段，其中分配嘴中的过量流体被除去。在回吸段期间，出口阀147可关闭，次级电机或真空(vacuum)可被用来从出口嘴中吸出过量流体。可替换地，出口阀147可保持打开，分配电机200可被反向以便流体回到分配室中。回吸段有助于防止过量流体滴到晶片上。
泵100的实施例可采用多种泵控制机制和阀门时序，以帮助减少压力对处理流体的不利效果。图3是图2中泵100的多级操作的各段的示例性阀门和分配电机时序的示意表示。其他操作序列是可能的。虽然几个阀门被显示为在段变化过程中同时闭合，但阀门的闭合可以在时间上稍微分开(例如100毫秒)以减小压力峰。例如，在排出段和清洗段之间，隔离阀130可在排出阀145之前不久被闭合。然而，应该注意，其他阀门时序可被用在本发明的各个实施例中。此外，几个段可一起被执行(例如，填充/分配级可同时执行，在该情形中，入口阀和出口阀二者在分配/填充段中都可以是打开的)。应该进一步指出，不必为每个循环重复特定段。例如，清洗和静态清洗段可以不是每个循环都执行。类似地，排出段可以不是每个循环都执行。
各阀门的打开和闭合可导致泵100内流体中的压力峰。因为出口阀147在静态清洗段期间被闭合，所以例如在静态清洗段终点处清洗泵140的闭合可导致分配室185中的压力增加。这可能发生，因为每个阀门可能在其关闭时位移很小的容积。更特别地，在许多情形中，在流体被从分配室185分配之前，清洗循环和/或静态清洗循环被用于从分配室185清洗空气，以便防止流体从泵100分配中的溅射或其他扰动。然而，在静态清洗循环结束处，清洗阀门140关闭，以便在准备起动分配中密封分配室185。随着清洗阀140关闭，其迫使一定量的额外流体(约等于清洗泵140的截留容积)进入分配室185，这进而引起分配室185中流体压力增加到流体分配所想要的基线压力以上。该过高压力(基线以上)可能引起后续流体分配的问题。这些问题在低压应用中会加剧，因为清洗阀140的闭合所引起的压力增加可能是分配所期望的基线压力的更大比例。
更特别地，因为由于清洗阀140的闭合而发生的压力增加，所以如果压力不被减小，则在后续的分配段期间可能发生“喷射”流体到晶片上、双分配(double dispense)或其他不期望的流体动力学。此外，由于该压力增加可能在泵100的操作过程中不是恒定的，所以这些压力增加可能导致在连续的分配段期间，分配的流体的量的变化，或其他分配特性。这些分配变化又可能导致晶片碎片增加和晶片重新加工。为了解决分配室185中流体的不想要的压力增加，在静态清洗段期间，分配电机200可被反向以便收回活塞192一预定距离，从而补偿由阻挡阀135、清洗阀140和/或可能导致分配室185中压力增加的任何其他源的闭合所导致的任何压力增大。
上述泵控制机制为泵100提供了温和的流体操纵特性。通过补偿分配段之前在分配室中的压力波动，可避免或缓解可能破坏性的压力峰。其他泵控制机制和阀门时序也可被利用或以其他方式被执行，以帮助减小处理流体上压力的不利影响。
图4是用于泵100的泵组件的一个实施例的示意图。泵100可包括限定通过泵100的各个流体流动路径并至少部分地限定馈送室155和分配室185的分配块205。分配泵块205可以是整体的PTEE块、改进的PTEE块、或其他材料块。因为这些材料不与或最少地与许多处理流体反应，所以使用这些材料就允许流动通道和泵室以最小的额外硬件直接加工到分配块205内。分配块205因此通过提供集成的流体歧管减少了对管道(piping)的需求。分配块205可包括各种外部入口和出口，例如包括通过其接收流体的入口210、用于在排出段期间排出流体的排出出口215。
供应线260将压力或真空提供给阀门板230，阀门板230具有被配置为允许流体流到泵100的各元件的多个阀门。阀门的致动由阀门控制歧管302控制，阀门控制歧管302将压力或真空引导到每个供应线260。每个供应线260可包括具有小开口的配件(例如配件318)。该开口可以具有比配件318连接到的相应供应线260的直径小的直径(例如直径为约0.010英寸)。因此，配件318的开口可用来限制供应线260。每个供应线260中的开口有助于减轻对供应线施加压力和真空之间显著的压力差的影响，并因此可能平滑对阀门施加压力和真空之间的过渡。换句话说，开口有助于减小压力变化对下游阀门的隔膜的影响。这允许阀门更平滑地打开和闭合，这可能导致系统内增加的更平滑的压力过渡，压力过渡可能是由阀门的开闭引起的，并可能实际上增加阀门自身的使用寿命。
阀门控制歧管302可包括一组电磁阀，以选择性地将压力/真空引导到阀门板230。当特定电磁阀导通，从而将真空或压力引导至阀门时，根据具体实现，电磁阀将产生热。在该例子中，阀门控制歧管302被安装到印制电路板(“PCB”)397，其中印制电路板被安装在背板(未示出)上，远离分配块205，特别是远离分配室185。这有助于防止来自阀门控制歧管302中的电磁阀的热影响分配块205中的流体。这样的背板可由加工后的铝或其他可用作泵100的热沉(heat sink)的材料制成，从而从阀门控制歧管302和PCB 397散热。阀门控制歧管302可接收来自PCB 397的信号，以使电磁阀打开/闭合，从而引导真空/压力到各供应线260以控制泵100的阀门。再次，如图3所示，阀门控制歧管302可位于PCB 397的相对于分配块205的远端，以减小热对分配块205中流体的影响。此外，在基于PCB设计和空间限制可行的程度上，生成热的元件可被设置在PCB的远离分配块205的侧上，再次减小热影响。
泵100包括用于与泵控制器(例如图1中的泵控制器20)通信的几个接口，其中在图3的例子中，泵控制器在PCB 397上实现。泵100的示例性接口可包括一个或多个布线(未示出)，它们使压力传感器112能够将压力读数传输至控制器20。分配电机200可包括电机控制接口(未示出)，以接收来自泵控制器20的信号，从而使分配电机200移动。此外，分配电机200可传输信息-包括位置信息(例如来自位置线编码器)-至泵控制器20。类似地，馈送电机175可包括通信接口(未示出)，以从泵控制器20接收控制信号和传输信息至泵控制器20。
应该注意，上述泵100是作为例子而提供的，而不是限制性的，本发明的例子可被实现用于其他泵配置。
如上所述，泵控制器20可对于各电机和电磁阀本地地和/或内部地提供信号(即打开/关闭阀门)，并提供数据给半导体制造系统中的其他装置(相对于泵控制器20远程或外部的)。前述形式的泵控制器使用串行连接和离散的输入/输出线来通信。串行连接被用于发送/接收对应于人机接口(“MMI”)的数据。另一方面，离散线传递信号，诸如触发信号、警报信号等。每个离散线都用于专用功能，并提供具有特定目的的信号(例如离散线上的信号对于泵控制器具有特定目的或意义)。例如，特定离散状态上状态变化(例如从低到高或从高到低)可指示分配开始，而另一离散线上的信号可能指示分配的终止。
图5示出了用于在泵5018和外部装置5016之间转移数据的现有技术的数据通信系统5000。泵5018具有带有内置接口5004的泵控制器5020。数据通信接口5004可以包括用于发送和接收数据的串行连接5008、用于提供离散输入的离散输入线5010和用于提供离散输出的离散输出线5012。此外，数据通信接口5004可包括功率线和接地线5014。装置5016(例如人机接口装置，诸如计算机或制造工具)具有数据通信接口5006，其对应于数据通信接口5004。串行连接5008例如可被用于传输与装置5016相关的数据。离散输入线5010可被用于传输离散信号，诸如Go(行动)、Stop(停止)、Clear Error Function(清错功能)至泵5018。离散输出5012可被用于提供离散信号，诸如Ready(就绪)、Error(错误)、Warning(报警)至装置5016。每个离散输入线和离散输出携带具有离散意义的信号(例如，离散线上的信号对于泵控制器5020具有指定的意义)。因此，图5所示的数据通信接口5004会要求至少22条线。这些线可被成束为数据通信介质5002。
图6是用于在泵控制器和跟踪装置之间转移数据的现有数据通信系统5700的另一个例子。类似于系统5000，系统5700使用离散线来在泵控制器和跟踪装置(即制造工具)之间提供离散信号。如图6例示，泵控制器和跟踪装置之间的线通信具有一对一的对应关系。此外，因为每个数据分组被直接发送到泵控制器，所以其被实时解释并作用。进一步，改变泵控制器或泵可能意味着泵控制器上的接口或/和跟踪装置处的接口之一或二者将必须相应改变。
图5的数据通信系统5000和图6的系统5700具有几个限制。首先，需要的导线数目(即在图5中至少22，而在图6中至少17)使得数据通信接口5004的缆线体积大。在具有多个泵和/或有限占地面积的泵送系统中，由于缆线将占据相当的空间，所以这将成为一个问题。此外，离散线是距离受限的。作为另一个限制，图5中的数据通信接口5004被限制到8个离散输入和8个离散输出。因此，如果与控制器5006通信的工具或计算机要求更多离散信号，则数据通信接口5004和泵控制器5020(即泵5018的硬件)必须被改变。作为另一个限制，现有技术开发的泵通常被连接到用于数据通信的网络(如RS-232网络)。如果泵有问题且必须被更换，则整个更换泵必须被重新配置。例如，如果使用22个离散线的泵被更换为使用17个离散线的泵，则不仅数据通信接口必须改变，而且整个更换泵将必须在网络上证明是合格的和/或重新仲裁(re-arbitrate)，以便适当地工作。该过程会减缓更换泵联机工作所要求的时间。
本发明的实施例以将泵与其他装置对接的通用I/O系统、方法、和装置来解决这些限制。图7是具有用于将泵5100与装置5616对接的I/O接口装置或模块5550的I/O系统5500的一个实施例的示意图。在图7的实施例中，泵5100包括类似于上述泵控制器20的泵控制器5520。泵控制器5520包括数据通信接口5504，用于泵5100通信数据。数据通信接口5504可包括串行数据传输线5522和5524；串行数据接收线5526和5528；时钟线5530；从使能线(slave enable line)5532；和功率/接地线5534。
分配过程参数、制法(recipe)、系统变量和其他过程数据可在一组串行线(例如串行传输线5522和串行接收线5526)上被传输到泵控制器5520/被从泵控制器5520接收。其他串行线可被用来例如传输触发、错误指示、和先前作为离散信号提供的其他数据。在一个实施例中，这些数据被形成到分组中，并通过第二串行端口被串行传输。在图7所示的例子中，时钟线5530携带同步时钟信号，从使能线5532携带与数据传输相关的信号。
如可以看到的那样，图7的配置仅要求14个导线。这些线可被成束为单个缆线5502或多个缆线。例如，数据通信接口5504可通过能够延伸超过3米的标准15导线缆线连接。应该指出，根据具体实施，可以使用更多或更少的串行通信线，且离散通信线也可被使用。
I/O接口模块5550包括第一数据通信接口5506和第二数据通信接口5604。如图8例示，I/O接口模块5550可被实现为包括第三数据通信接口(图7中未示出)。该第三数据通信接口可连接I/O接口模块5550与人机接口(“MMI”)用于编程和/或诊断目的。第一数据通信接口5506对应于泵控制器5520的数据通信接口5504。例如，数据通信接口5506也可以连接到标准15导线缆线(例如缆线5502)。第二数据通信接口5604对应于装置5616的数据通信5506。第二数据通信接口5604不必与泵控制器5520的数据通信接口5504匹配，并可定制或以其他方式配置为接受几乎任何缆线，包括现有的、标准的、或定制的泵缆线到接口模块5550中。因此，连接数据通信接口5604和数据通信接口5602的缆线5602可以是标准的或定制的。例如，作为示例但不限于此，数据通信接口5604可接受RS-232、RS-422或RS-485。以该方式，I/O接口模块5550可将泵的数据通信接口与同泵通信的装置所使用的另一类型的接口对接。而且，I/O接口模块5550可对接泵与网络(例如RS-232网络或其他网络)。
I/O接口模块5550可进一步包括处理器5556(例如CPU，PIC，DSP，ASIC或其他处理器)和耦接到(即能够与其通信)第一数据通信接口5506和第二数据通信接口5604的相关逻辑。处理器的一个例子是Chandler，Arizona的MICROCHIP Technology Inc.的PIC18F8720-I/PT 8位微控制器。计算机可读介质5558(例如RAM，ROM，闪存，EEPROM，磁性存储器，光学存储器)或其他计算机可读介质可携带处理器5556可执行的软件或程序指令5552。应该指出，计算机可读介质5558可以是处理器5556携带的。而且，指令5552是可执行的，以将数据通信接口5604上所接收的数据转换为泵控制器5520可用的格式，和将经数据通信接口5506所接收的数据转换为经数据通信接口5604连接的装置5616可用的格式。例如，I/O接口模块5550可包括用于将离散线信号映射到用于串行通信的分组中的位的逻辑。
作为例子，假定数据通信接口5604包括用于与泵5100通信过程变量和其他变量数据(例如与装置5616相关的数据)的串行通信线5662、用于触发1的线5666、用于触发2的线5668、用于触发3的线5670、用于清错(Clear Error)的线5672、用于就绪信号的线5674、用于错误信号的线5676、用于预分配信号的线5678、和用于分配信号的线5680。当I/O接口模块5550经串行通信线5662接收串行数据时，I/O接口模块5550可在有操纵或无操纵的情况下在串行通信线5526上将数据传送至泵5100。当I/O接口模块5550在线5666、5668、5670或5672上接收数据时，I/O接口模块5550可设置分组中的相应位，并在串行数据线5526或5528上发送分组至泵5100。
进一步假定，例如，I/O接口模块5550形成12字节的分组，其中4个字节(即32位)被保留，用于通过接口5506传输数据至泵5100，并以3kHz操作。每个线(在该情形中高达32线)可被分配以分组中的一个位。因此，例如，当在线5666上接收指示触发1的信号时，I/O接口模块5550可在下一外发分组中设置第一数据位(或对应于线5066的其他位)。当泵5100接收分组时，泵控制器5520将读取该位，并理解触发1正被声称(assert)并相应地工作。在相反方向上，泵控制器5520可在适当的位(即，分组中对应于线5674的位)传输数据-诸如就绪状态-至I/O接口模块5550。当I/O接口模块5550接收来自泵5100的分组时，I/O接口模块5550可声称线5674上的适当状态。因此，在该例子中，I/O接口模块5550用作泵数据的并行到串行转换器。
按照一个实施例，I/O接口模块5550可以不知道各线上所声称并在相应位中设置的信号的意义。例如，当I/O接口模块5550接收线5666上的信号时，其仅设置到泵5100的下一外发分组中的适当位。在该情形中，泵5100处的泵控制器5520负责将所接收的位解释为触发1。应该指出，泵5100的软件可以是用户可配置的，从而将位解释为对应于某些状态。例如，软件可被配置为使用数据位1作为触发1位或使用数据位5作为触发1位。因此，泵5100的软件可在解释/形成输入/输出分组中提供灵活性。
类似地，当I/O接口模块5550从泵1500接收其中对应于线5674的位被设置的分组时，I/O接口模块5550可声称线5674上的信号。在该情形中，装置5616(向其声称该信号)负责解释信号以指示就绪状态。从I/O接口模块5550发送的分组中的其他位例如可包括模块类型、寻址信息或其他信息。按照本发明的其他实施例，I/O接口模块5550可包括编程和/或合适逻辑以解释泵5100所设置的位或接口5604上所声称的信号，从而响应于位/信号采取动作。在某些实施例中，在来自装置5616的信号在I/O接口模块5550处被接收后，用于解释并作用于该信号的逻辑或智能被分配在I/O接口模块5550和泵控制器5520之间。分配可以是分布式的(例如50-50)或被优化的(例如智能泵控制器或智能I/O接口模块)，这取决于具体实施。例如，在某些实施例中，I/O接口模块5550仅提供串行-并行数据转换，因此要求非常小的计算能力和存储。在某些实施例中，I/O接口模块5550可被配置(并相应地配备)以执行大多数泵控制功能。在该方式中，泵控制器处要求非常小的智能，并因此要求非常小的计算能力和存储。这样的泵控制器将仅需要处理基本功能来局部控制电机和阀门。在某些实施例中，I/O接口模块5550可以被配置(且被相应地配备)以服务一个以上的泵。
图8是方框图，其表示I/O接口系统5800的一个示例性实施例，该接口系统5800包括I/O接口设备，用于将泵控制器(例如IntelliGen
Figure A20068005080900211
Mini光化学物质分配系统的泵控制器)与外部跟踪装置对接。在该例子中，类似于图3中的PCB 397，系统5800的I/O接口设备被实现在PCB上。类似于图7的I/O接口模块5550，系统5800的I/O接口PCB具有处理器、存储器、包含在存储器上的指令、和两个数据通信接口，一个接口用于对接泵控制器，而一个接口对接跟踪装置。例如，图8示出I/O接口PCB具有对所接收的数据进行解释和作用的智能(intelligence)。图8中的I/O接口PCB可被容易地定制，以取代本领域中的几乎任何泵或与本领域中几乎任何泵一起工作。例如，I/O接口PCB可使用从跟踪装置所接收的信号来确定泵控制器是否需要移动电机。也可以使用这些信号来生成“假”或仿真信号(例如编码器和原位传感器信号)并将其发送回跟踪装置以防止错误。I/O接口PCB可被配置为发送将总在最小分配压力之上的恒定的“假”模拟电压。其他“假”信号可包括清洗故障信号、温度信号等。这些“假”信号可以有助于减少错误和校准泵送系统的平滑和最优操作。除了输入/输出功能之外，I/O接口PCB可被配置为提供多种功能，诸如串行并行转换和网络通信。
I/O接口系统5500和5800相比于以前的泵控制接口系统提供了几个优势。首先，不同I/O接口模块可支持不同功能。例如，在上面的例子中，I/O接口模块5550支持四个离散输入和四个离散输出。然而，其他接口模块可支持更多输入和输出。如果用户希望支持额外的功能，不必替换泵5100处的数据通信接口5504和/或泵控制器5520，相反，用户可仅用新的或不同形式的I/O接口模块替换I/O接口模块5550。继续前面的例子，如果用户希望从四离散输入/输出系统改变为5离散输入/输出系统，则用户可仅以支持5个离散线的新I/O接口模块替换I/O接口模块5550。而且，如果用户改变计算机系统和/或具有新的物理接口，则用户可以用可适应新物理接口和/或新计算机系统的接口模块替换I/O接口模块5550，而无需改变泵处的任何接口。这缩短了新系统(且因此用户)建立/再建立与泵的通信的时间。
本发明的实施例所提供的另一个优点是，如果接口模块经网络(例如RS-232网络)连接到其他装置，则接口模块可处理网络寻址。如果接口模块后面的泵有问题且必须被更换，则新的泵可透明地连接到旧的接口模块。因为网络地址与接口模块相关联，而非与泵相关联，所以在添加新的泵以替换旧的泵时不必重新仲裁网络地址。
本发明的实施例提供的再一个优点是允许较新的泵与较旧的控制系统对接，其中较新的泵诸如是发明人Cedrone等于2005年12月5日提交的标题为“SYSTEM AND METHOD FOR MULTI-STAGEPUMP WITH REDUCED FORM FACTOR”的美国临时专利申请No.60/742435【代理人卷号为ENTG1720】中所述的泵，该专利文献被包括在此以供参考。例如，较旧的多级泵控制系统为每个泵级声称信号，包括电机信号。接口模块可将这些信号转换为分组化的数据，并通过15线缆线发送数据分组至泵。泵软件可读取数据分组以确定哪个位被设置，并采取适当的动作(例如关闭或打开阀门，前向或反向移动电机等)。因此，较新的泵可由较旧的控制系统利用不同物理接口并采用较旧的控制例程来控制。
应该指出，这里公开的I/O接口模块的实施例可以处理由控制系统所声称的信号，以将信号转换为泵可用的数据。例如，如图8所示，控制系统可仅在特定线上声称用于顺时针或反时针移动电机的信号。作为另一个例子，I/O接口模块5550可将特定线上用于顺时针或反时针移动电机的信号转换为数据分组中的位置数据。当在泵5100处接收数据分组时，泵控制器5520将读取适当的位以确定电机(例如馈送电机/分配电机)的新位置。因此，在数据线和分组中的位之间可以不存在一对一的对应关系(即，离散线不是必须的)。
作为上面所示的例子，I/O接口模块5550所接收的特定线上的信号可使I/O处理器或控制器5556执行某些信号处理以设置多个位。类似地，从泵5100所接收的分组中的多个位可被I/O处理器或控制器5556处理，以使I/O接口模块5550声称特定线上的信号。
在某些实施例中，I/O接口模块5550能够执行模拟数字转换。例如，I/O接口模块5550可将模拟信号数字化，以便以分组的形式发送以模拟形式接收的信息到泵5100，并转换从泵5100所接收的分组化数据为模拟信号。此外，I/O接口模块5550能够支持某些功能，这些功能可能不被泵5100支持且是计算机或通信耦接到泵5100的其他装置所预期的。以该方式，I/O接口模块5550可虚拟化泵5100的功能，并声称适当的信号到外部计算机或装置。
图9示出了实现泵控制器5520的一个实施例的PCB的第一或顶侧5920。图10示出了实现泵控制器5520的一个实施例的图9中的PCB的第二(底)侧5925。下面的表1提供了图9和图10中PCB的示例BOM：
表1
  标记   部件描述   部件号   制造商   值
  C1 C6   CAP，MLCC，1210，16V，X5R，10μF±20％，T&R   C1210C106K3RAC   Kemet Corp.ofCleveland Ohio(“Kemet”)   10μF低ESR
  C2-5 C8-9 C11-13C23-24 C26C34-35 C50 C56   电容器，Y5V，0.01μF，0603，25V   C0603C103K5RAC   Kemet   0.01μF
  C7 C14 C17 C29C32   电容器，TANT，150μF，CASE  D，16V，10％   T491X157M016AS   Kemet   150μF
  C10 C15-16C18-22 C25C36-49 C51-54C57 C63 C66-71   电容器，Y5V，0.1μF，0603，25V   GRM32DR71E106KA12L   MuRata   0.1μF
  C27-28 C30 C58C60-61   电容器，TANT，CASE D，35V，10％   593D106X9035D2W   Vishay   10μF
  C31 C33   CAP，MLCC，1210，6.3V，X5R，47μF±10％，T&R   C1210C476K9PAC   Kemet   47μF
  C72-73   电容器，0.001μF，0603，50V   C0603C102K5RACTU   Kemet   0.001μF
  C82 C106   Cap   C0603C270F5GACTU   Kemet   27pF
  D3-5   200V    1A   MURS120   IR(International   N/A
  HEXFRED SMA封装中离散二极管   Rectifier)
  D6   肖特基势垒二极管   PRLL5819   Phillips   N/A
  D7   27V齐纳二极管，表面安装SOD87   BZD27-C27   Phillips   27伏
  D14-15   LED，绿   CMD28-21VGC/TR8   CHICAGOMINATURE   绿
  F2   熔断器，含铅，1.5AMPS   R25101.5   LITTLEFUSE   1.5A
  J1   2脚1.5MM管座   B2B-ZR-SM3-TF   JST   2脚
  J2   16脚2MM管座双排   B16B-PHDSS-B   JST   16脚双排
  J3   4脚-2MM管座   B4B-PH-SM3-TB   JST   4脚
  J4   3脚-2MM管座   B3B-PH-SM3-TB   JST   3脚
  J10   6脚1.5MM管座   B6B-ZR-SM3-TF   JST   6脚
  J11   4脚1.5MM管座   B4B-ZR-SM3-TF   JST   4脚
  J12   14脚双排管座   10-88-1141   MOLEX   14脚
  J14   SMT，10脚连接器，1.5MM   B10B-ZR-SM3-TF   JST   10脚
  J15   8脚管座，SMT   B8B-ZR-SM3-TF   JST   8脚
  L1   芯片铁氧体珠，100MHz的阻抗，220欧姆，2A，0805   BLM21PG221SN1D   murata   N/A
  L3   表面安装电感器，D05   DO5022P-684   COIL CRAFT   680μF
  Q1-6   55V D-Pak封装中单N通道HEXFET功率MOSFET   IRLR2905PBF   IR   N/A
  R1 R38-39R66   电阻器，24.9K，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT2492F   KOA/SPEER   24.9K
  R2-3 R7 R14 R18R21   电阻器，100，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT1000F   KOA/SPEER   100
  R4 R6 R11-13R16-17 R19-20R22-23 R25-27R29 R36-37R40-42 R44-45R47-52 R63 R70R72 R79-80 R82R86 R88 R95 R98R104-111   电阻器，10K，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT1002F   KOA/SPEER   10K
  R5 R10 R24 R46R78   电阻器，1K 0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT1001F   KOA/SPEER   1K
  R8   电阻器，324KOHM，0603，100MW，1％   RK73H1JT3243F   KOA/SPEER   324K
  R9   电阻器，36.5K，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT3652F   KOA/SPEER   36.5K
  R15   电阻器，5.76K，0603，100MW，1％   RK73H1JT5761F   KOA/SPEER   5.76K
  R28   电阻器，1.10K，0603，100MW，1％   RK73H1JT1101F   KOA/SPEER   1.10K
  R30-33 R96-97   电阻器，0.2，2512，   SR733ATTER200F   KOA/SPEER   0.2OHMS
  1W，1％
  R34   电阻器，2K，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT2001F   KOA/SPEER   2K
  R35   电阻器，2.49K，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT2491F   KOA/SPEER   2.49K
  R43   电阻器，1MEG，0603，100MW，1％   RK73H1JT1004F   KOA/SPEER   1MEG
  R62 R71   电阻器，100K，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT1003F   KOA/SPEER   100K
  R68   电阻器，2.21K，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT2211F   KOA/SPEER   2.21K
  R69   电阻器，15K，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT1502F   KOA/SPEER   15K
  R90 R99-103   电阻器，10，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT10R0F   KOA/SPEER   10
  R91-92   电阻器，30.1K，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JT3012F   KOA/SPEER   30.1K
  U1   可调整开关调节器，表面安装   LT1076CQ   LINEAR TECH   N/A
  U2   温度开关，自复位   66L080   AIRPAX   80度跳变点
  U3   电源监视器，漏极开路   TPS3838K33DBV   Texas Instruments(TI)   3.3v
  U4   3相桥式驱动器，SOIC，无PB   IR2136SPBF   IR   N/A
  U5   微步进驱动器0.75安培   A3967SLB   Allegro   N/A
  U7   调整开关调节器，3A   PTH04070WAS   TI   N/A
  U8 U10 U19   仪器放大器   AD623ARM   Analog   N/A
  U9   双256位SPI.DIGPOT，RM-10封装   AD5162BRM50   Analog   N/A
  U11   电源监视器，漏极开路   TPS3838E18DBVT   TI   1.8v
  U12-13 U16-17   256x16 sRAM，44脚TSOP II   CY7C1041CV33-12ZC   CYCPRESS   N/A
  U15   SPI串行EEPROM，128K，无铅   AT25128A-10TI-2.7   ATMEL   N/A
  U18   LDO，线性调节器，3.0V   TPS79530DCQ   TI   N/A
  U20 U23   QUAD OP-AMP，排对排(rail torail)，TSSOP   AD8609ARU   Analog   N/A
  U21   晶体管阵列，5位置，SOIC-14   LM3046M   National Semi   N/A
  U22 U24-26   双FET，micro8   IRF7503AIDB2T   InternationalRectifier   N/A
  U27   16位DSP   TMS320F2812PGFA   TI   N/A
  U28   双2-4线解码器，TSSOP封装   SN74LVC139APW   TI   N/A
  U30-32 U34   高速收发器   SN65LVDM176DGK   TI   N/A
  U45-46
  U35   固定线性调节器，15V，100MA，SO-8  LM78L15ACM   National Semi   15V
  U38-41U44   小信号双二极管  BAV99   Fairchild   N/A
  U42   2.5V DC基准，SOT23-3  REF3025   TI   N/A
  U49   C，MOS开关电容器电压转换器  ADM660AR   Analog   N/A
  X3   20Mhz晶体  HC49SPX-20Mhz   Fox   20Mhz
图11是实现I/O接口模块5550的一个实施例的电路板的第一或顶侧5950的示意图。图12是实现I/O接口模块5550的一个实施例的图11中电路板的第二或底侧5955的示意图。下面的表2提供了I/O接口模块5550的一个实施例的示例性BOM。
表2
  标记  部件描述   部件号   制造商   值
  C1 C12  电容器，TANT，10μF，CASE D，35V，10％   593D106X9035D2W   Vishay   10μF
  C2-5 C8  电容器，Y5V，0.1μF，0603，25V，   GRM32DR71E106KA12L   MuRata   0.1μF
  C6 C13  CAP，MLCC，1210，6.3V，X5R，47μF±10％，T&R   C1210C476K9PAC   Kemet   47μF
  C7 C9 C28-30  电容器，Y5V，0.01μF，0603，25V   C0603C103K5RAC   Kemet   0.01μF
  D14-15  LED，绿   CMD28-21VGC/TR8   CHICAGOMINATURE
  D6  肖特基势垒二极管   PRLL5819   PHILL IPS   N/A
  D7   27V齐纳二极管，表面安装SOD87   BZD27-C27   PHILLIPS   27伏
  F1-3   熔断器，有铅，1.5AMPS   R25101.5   LITTLEFUSE   1.5A
  J1   15脚sub-D，母   172-E15-202-021   Norcomp   15脚
  J31   1.5MM 5脚管座，表面安装   B5B-ZR-SM3-TF   JST MFG CO   5脚
  J4   15脚sub-D，公   172-E15-102-021   Norcomp   15脚
  L1   表面安装电感器，D05   DO5022P-684   COIL CRAFT   680μH
  R1R3-10R55-60R73-74R77R86R93-94   电阻器，10K 0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JTTD1002F   KOA，SPEERELECTRONICS   10K
  R11   电阻器，2.67K0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JTTD2671F   KOA，SPEERELECTRONICS   2.67K
  R16-21   电阻器，1000603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JTTD1000F   KOA，SPEERELECTRONICS   100
  R2   电阻器，100K，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JTTD1003F   KOA，SPEERELECTRONICS   100K
  R50-52R54   电阻器，1K 0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JTTD1001F   KOA，SPEERELECTRONICS   1K
  R68   电阻器，2.21K，0603，100MW，1％，100PPM   RK73H1JTTD2211F   KOA，SPEERELECTRONICS   2.21K
  U1-2   光耦合器，QUAD，   ILQ66-4X009   VISHAY   N/A
  SMD-16
  U14   晶体管阵列，5位，SOIC-14   LM3046M   NATIONALSEMICONDUCTOR   N/A
  U25   双FET，micro8   IRF7503   Internationa lRectifier   N/A
  U3   LDO，线性调节器，3.3V，1A   TPS79633DCQ   TI   N/A
  U30   可调节开关调节器，表面安装   LT1076CQ   LINEAR TECH   N/A
  U4   3V多通道RS232线驱动器   MAX3243CDW   TI   N/A
  U5   双源总线收发器   SN74LVC1T45DCK   TI   N/A
  U6   8位微控制器，TQFP-80   PIC18F8720-I/PT   MICROCHIP   N/A
  U8U31-32U34U45-46   高速收发器   SN65LVDM176DGK   TI   N/A
  X1   振荡器，表面安装，20Mhz   F3345-200   FOX   20Mhz
这里公开的本发明的实施例提供许多优点。一个优点是通过消除现有技术系统中所使用的离散线所强加的距离限制，本发明的实施例允许缆线连接/断开被从泵工作的区域中消除或分离。图13是I/O系统5501的示意图，其包括I/O接口模块5551和一个或多个用于对接一个或多个泵100(100a...100n)与其他装置5602的缆线5502。如图13所示，I/O接口模块5551位于缆线5502的端部。通过插入I/O接口模块5551，装置5602可从一定距离控制泵5100。这是一个优点，因为泵经常使用有害的处理化学物质，且其可能对在泵工作的附近拔插电气连接是有害的。
如图13所示，I/O接口模块5551可被配置以一个以上的数据通信接口5506用于与一个以上的泵控制器(20a...20n)对接，从而多个泵的信号/数据可通过单个模块被路由。该配置可显著减少缆线布置。根据具体实施，I/O接口模块5551可具有一个或多个数据通信接口5604用于与其他装置对接。
本发明的实施例的另一优点是I/O接口模块可减少在泵处所要求的计算功率和/或数据存储空间。在图3所示的示例中，存储器5558所携带的软件指令5552可使I/O控制器或处理器5556以有效的一致的方式服务多个泵100a...100n。例如，在泵100a空闲时，I/O控制器5556可服务泵100b，如此类推。不同于本地控制功能，诸如电机移动，用于控制泵100a...100n的逻辑和智能可被分配给I/O接口模块5551，其具有更强大的功能，更快的处理器和可能更大的存储器。该配置允许泵控制器的功能分布。而且，该配置可显著减少成本，因为其可更经济更有效地在单个模块上而非多个泵上实现昂贵的部件(例如处理器，存储器，等)。
图14是I/O系统5502的示意图，其具有多个I/O接口模块5552a...5552n、和用于对接多个泵100a...100n与多个装置5602的多个缆线5502。在I/O系统5502中，用于控制泵100a...100n的逻辑可被分配或分布在这多个I/O接口模块5552a...5552n之间。这可以实现，而不管泵100a...100n的处理能力。可替换地，用于控制泵100a...100n的逻辑/功能可在这多个I/O接口模块5552a...5552n以及这多个泵100a...100n之间被分配或分布。其他的实现也是可能的。
虽然本发明已经参考说明性实施例详细说明，可以理解，本说明书仅是示例性的，而非限制性的。进一步可以理解，本发明实施例的大量细节变化对阅读了本说明书的本领域技术人员是显然的，并可由他们实现。所有这些变化和额外的实施例都在本发明的精神和范畴内。因此，本发明的范畴应由权利要求及其法律等效物实现。

Claims (20)

1.一种输入/输出接口设备，包括：
位于电路板上的处理器；
计算机可读介质，耦接到所述处理器并提供所述处理器可执行的软件指令；以及
至少两个数据通信接口，包括：
耦接到所述处理器的第一数据通信接口，用于经由第一缆线与泵控制器通信；和
耦接到所述处理器的第二数据通信接口，用于经由第二缆线与控制装置通信。
2.如权利要求1所述的输入/输出接口设备，其中所述第一数据通信接口和所述第二数据通信接口执行不同的数据通信协议。
3.如权利要求2所述的输入/输出接口设备，其中所述第一数据通信接口包括用于传输数据到所述泵控制器的串行数据传输线、用于接收来自所述泵控制器的数据的串行数据接收线、用于提供同步时钟信号的时钟线、从使能线和功率/接地线。
4.如权利要求3所述的输入/输出接口设备，其中所述第一缆线使所述串行数据传输线、所述串行数据接收线、所述时钟线、所述从使能线、和所述功率/接地线成束。
5.如权利要求4所述的输入/输出接口设备，其中所述第一缆线具有15条或更少的导线。
6.如权利要求4所述的输入/输出接口设备，其中所述第一缆线可延伸超过3米。
7.如权利要求2所述的输入/输出接口设备，其中所述第一数据通信接口包括用于与所述泵控制器通信数据的离散通信线，其中每个离散通信线传递与所述泵控制器的功能相关联的离散信号。
8.如权利要求2所述的输入/输出接口设备，其中所述第二数据通信接口包括用于与所述控制装置通信数据的离散通信线，其中每个离散通信线传递与所述泵控制器的功能相关联的离散信号。
9.如权利要求2所述的输入/输出接口设备，其中所述第二数据通信接口提供与所述控制装置的串行连接。
10.如权利要求1所述的输入/输出接口设备，其中所述软件指令可转化以将离散线信号映射到用于串行通信的分组中的位。
11.一种用于将至少一个泵控制器与至少一个控制装置对接的输入/输出(I/O)系统，包括：
第一I/O接口设备，包括：
位于电路板上的处理器；
耦接到所述处理器并提供所述处理器可执行的软件指令的计算机可读介质；以及
至少两个数据通信接口，包括：
耦接到所述处理器的第一数据通信接口，用于与所述至少一个泵控制器通信；和
耦合到所述处理器供的第二数据通信接口，用于与所述至少一个控制装置通信。
12.如权利要求11所述的I/O系统，其中所述第一数据通信接口和所述第二数据通信接口执行不同的数据通信协议。
13.如权利要求12所述的I/O系统，其中所述第一I/O接口设备包括两个或更多耦接到所述处理器的第一数据通信接口，用于与所述至少一个泵控制器通信。
14.如权利要求12所述的I/O系统，其中所述第一I/O接口设备包括两个或多个耦接到所述处理器的第二数据通信接口，用于与所述至少一个控制器装置通信。
15.如权利要求12所述的I/O系统，其中所述软件指令可转化，以将离散线信号映射到用于串行通信的分组中的位。
16.一种用于将至少一个泵控制器和至少一个控制设备对接的方法，包括：
在电路板上实现第一I/O接口模块，其中所述第一I/O接口模块包括：
处理器；
耦接到所述处理器并提供所述处理器可执行的软件指令的计算机可读介质；和
耦接到所述处理器的至少两个通信接口，用于与所述至少一个泵控制器和所述至少一个控制装置通信，其中所述至少两个通信接口中每一个都提供多个通信线；
将所述通信线成束为具有有限数目的导线的缆线；以及
以至少两个数据通信协议配置所述第一I/O接口模块，以适应所述有限数目的导线，其中所述至少两个数据通信协议包括至少一个串行通信协议。
17.如权利要求16所述的方法，还包括配置所述第一I/O接口模块以将离散线信号映射到用于串行通信的分组中的位。
18.如权利要求16所述的方法，还包括配置所述第一I/O接口模块以按照第一数据通信协议解释来自所述控制装置的信号，并按照第二数据通信协议声称到所述泵控制器的相应信号，以及按照所述第二数据通信协议解释来自所述泵控制器的信号，并按照所述第一数据通信协议声称到所述控制装置的相应信号。
19.如权利要求16所述的方法，还包括配置所述第一I/O接口模块，以利用来自所述控制装置的信号来确定需要所述泵控制器移动电机以及所述泵控制器移动电机的相应处理。
20.如权利要求16所述的方法，还包括配置所述第一I/O接口模块，以利用从所述控制装置所接收的信号来生成仿真信号并将仿真信号发送回所述控制装置，以防止一个或多个错误。
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