用于rs-485接口电路的自适应压摆率调节电路的制作方法

文档序号:44202阅读:469来源:国知局
专利名称:用于rs-485接口电路的自适应压摆率调节电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于RS?485接口电路的自适应压摆率调节电路,包括调节电阻、P型MOS管和N型MOS管;P型MOS管的栅极和N型MOS管的栅极相连接;P型MOS管的源极连接电源电压;N型MOS管的源极接地;P型MOS管的漏极和N型MOS管的漏极相连接;所述调节电阻的第一端为信号输入端,第二端连接在P型MOS管的栅极和N型MOS管的栅极的公共端。本实用新型能够检测当前通信速率,并且在信号传输开始的短时间内即可自动设置对应的压摆率,做到在满足通信速率的前提下,尽量降低压摆率以减少EMI和信号反射。
【专利说明】
用于RS-485接口电路的自适应压摆率调节电路
技术领域
[0001] 本实用新型属于压摆率调节电路领域,具体设及一种用于RS-485接口电路的自适 应压摆率调节电路。
【背景技术】
[0002] RS-485总线通信技术由于其布线方式简单,通信距离长,兼容有极性和无极性连 接等特点,目前在电表、水表、气表W及工业控制领域广泛使用。在组网通信时RS-485总线 上的从机通过检测总线上的差分电压来接收主机发送的信号。但由于应用环境复杂多变, 加之通信距离较长难W做到总线电阻的完美匹配,容易受到信号反射的影响。出于降低不 匹配的总线终端阻抗W及降低EMI,一般的解决办法是设置固定的输出端的信号压摆率,但 降低到多少合适往往是一个难W准确设置的问题,因为不同通信速率限制了压摆率的最低 值。压摆率太低,难W达到要求的通信速率,而压摆率太高又起不到降低EMI和降低反射的 效果;而且产品安装完毕后,在不同的时间可能有不同的通信速率,固定的压摆率难W满足 所有通信速率的要求。 【实用新型内容】
[0003] 针对现有技术的不足,本实用新型公开了一种用于RS-485接口电路的自适应压摆 率调节电路。
[0004] 本实用新型的技术方案如下:
[0005] 一种用于RS-485接口电路的自适应压摆率调节电路,包括调节电阻、P型MOS管和N 型MOS管;P型MOS管的栅极和N型MOS管的栅极相连接;P型MOS管的源极连接电源电压;N型 MOS管的源极接地;P型MOS管的漏极和N型MOS管的漏极相连接;所述调节电阻的第一端为信 号输入端,第二端连接在P型MOS管的栅极和N型MOS管的栅极的公共端;P型MOS管的漏极和N 型MOS管的漏极的公共端作为信号输出端;所述P型MOS管和N型MOS管的宽度为1000 um~ 1畑1,长度为1皿~10皿。
[0006] 其进一步的技术方案为:所述P型MOS管的宽长比为6000um/2um;所述N型MOS管的 宽长比为3000um/2um。
[0007] 其进一步的技术方案为:还包括控制电路;控制电路包括依次串联的电流源、第一 开关和第二开关;还包括电容,所述电容的第一端连接第一开关和第二开关的公共端,第二 端接地;还包括基准电路,所述基准电路输出=个数值不同的基准电压;还包括=个比较 器,=个比较器的正向输入端都与电容的第一端相连接,负向输入端依次连接=个基准电 压基准电压。
[000引本实用新型的有益技术效果是:
[0009]本实用新型能够检测当前通信速率,并且在信号传输开始的短时间内即可自动设 置对应的压摆率,做到在满足通信速率的前提下,尽量降低压摆率W减少EMI和信号反射。
【附图说明】
用于rs-485接口电路的自适应压摆率调节电路的制作方法附图
[0010] 图1是不带压摆率限制的数字信号和带压摆率限制的数字信号波形对比。
[0011] 图2是自适应压摆率调节电路示意图。
[0012] 图3是自适应压摆率调节电路的控制电路原理图。
[0013] 图4是本实用新型的控制原理示意图。
【具体实施方式】
[0014] 图1是不带压摆率限制的数字信号和带压摆率限制的数字信号波形对比。在RS- 485通信时,数字信号按照8位一个字节传输,在一个字节中,最小的脉冲宽度为l/f,f为通 信速率。RS-485典型通信速率为IKbps到IOMbps之间。因此最小脉冲宽度为IOOns到Ims之 间。为避免信号失真,由压摆率限制带来的上升/下降时间tf不能超过信号周期T的1/3,如 表1所示,表1为信号不失真时通信速率与信号上升/下降时间的关系。
[0015] 不带压摆率限制的数字信号上升/下降时间理论值为0,但是运会带来严重的EMI 和信号反射,IOOns~Ius的信号上升/下降时间是可W优化的压摆率范围,信号上升/下降 时间超过3us则会造成开关损耗急剧上升。
[0016] 因此,在本实用新型中,压摆率调整针对100肺PS、1Mbps、IOMbpsS档进行调节,低 于IOOKbps则采用IOOKbps的压摆率限制条件,高于IOMbps则不能再使用压摆率限制。
[0017] 表1信号不失真时通信速率与信号上升/下降时间的关系 [001 引
[0019] 图2是自适应压摆率调节电路示意图。如图2所示,调节电路包括调节电阻Rs、P型 MOS管PMOSl和N型MOS管NMOSIdP型MOS管PMOSl的栅极和N型MOS管NMOSl的栅极相连接。P型 MOS管PMOSl的源极连接电源电压VDD,N型MOS管的的源极接地。P型MOS管PMOSl的漏极和N型 MOS管NMOSl的漏极相连接。调节电阻Rs的第一端为信号输入端DI,第二端连接在P型MOS管 PMOSl的栅极和N型MOS管NMOSl的栅极的公共端。P型MOS管PMOSl的漏极和N型MOS管NMOSl的 漏极的公共端作为信号输出端Ou化ut。
[0020] P型MOS管和N型MOS管为几何尺寸较大的MOS管,其宽度的几何尺寸的数量级范围 为1000 um~1cm,长度的几何尺寸的数量级范围为Ium~lOum。由于P型MOS管和N型MOS管的 几何尺寸很大,因此栅极寄生电容很大,记栅极电容为Cs,又有调节电阻Rs的存在,此RC电 路的时间常数为Cs*Rs,则栅极信号的上升/下降速率受到此时间常数的限制,因此信号输 出端Ou化Ut处的输出信号的上升/下降速率也同样受到限制,并且和时间常数成反比。由于 驱动MOS管占用面积很大,且栅极电容数值固定,因此调整电阻Rs就可W实现调节压摆率的 作用。
[0021] 由于栅极电容Cs与MOS管的几何尺寸有关,在本实用新型中只需满足,P型MOS管和 N型MOS管其宽度为1000 um~1cm,长度为Ium~IOum即可。在本实施例中,P型MOS管的宽长比 为6000um/2um; N型MOS管的宽长比为 3000um/2um。
[0022] 本实用新型还包括控制电路。图3是自适应压摆率调节电路的控制电路原理图。控 制电路包括依次串联的电流源II、第一开关SWl和第二开关SW2,还包括电容Cl,所述电容Cl 的第一端连接第一开关SWl和第二开关SW2的公共端,电容Cl的第二端接地。还包括基准电 路Ref,基准电路Ref输出S个基准电压¥1'1、¥12、¥13。还包括^个比较器(:01?1、(:01口2、 C0MP3,S个比较器COMPl、C0MP2、C0MP3的正向输入端都与电容Cl的第一端相连接,负向输 入端依次连接=个基准电压VT1、VT2、VT3。
[0023] 第一开关SWl闭合时,电流源Il对电容Cl充电,第二开关SW2闭合时电容Cl上极板 短接到地。第一开关SWl和第二开关SW2交替开启,在电容Cl的第一端,即电容Cl的上极板上 可W得到银齿波形状的S角波电压Vcharge, S角波电压Vcharge和基准电路Ref产生的S 个基准电压VT1、VT2、VT3分别送入S个比较器C0MP1、C0MP2、C0MP3进行比较,S个比较器 COMP1、C0MP2、C0MP3的输出端依次输出S个控制信号DET1、DET2、DET3。
[0024] 第一开关SW巧日第二开关SW2的开启和关闭由信号输入端DI处的信号控制,信号输 入端DI为脉冲宽度变化的矩形波,当此矩形波为高电平时,第一开关SWl开启、第二开关SW2 闭合;当其为低电平时,第一开关SWl闭合、第二开关SW2开启。
[0025] 图4是本实用新型的控制原理示意图。RS-485组网完成后,信号输入端DI处输入需 要发送的数字信号。
[0026] 如图4所示,S个比较器C0MP1、C0MP2、C0MP3的输出端DET1、DET2、DET3所输出的信 号,在S角波电压Vcharge低于其所对应的基准电压时,为低电平,在S角波电压Vcharge上 升到超过其所对应的基准电压时,翻转为高电平。
[0027] 结合图1、表1,根据前述的压摆率限制要求,使用基准电路Ref产生的S个基准电 压¥1'1、¥12、¥13,得到^角波上升时间为1'1^2^3,监控1个字节的比较器输出信号,如果在 监控时间内比较器输出高电平,则调整调节电阻Rs的阻值,选择合适的压摆率。
[00%]表2为比较器阔值的设置参考值,如通信速率为IMbps,则1位信号脉冲最小为Ius, 设置电流源Il的电流大小和电容Cl的大小,使S角波电压Vcharge中的S角波信号在上升 至达到第二基准电压VT2时,S角波电压Vcharge中的S角波信号的上升时间为信号脉冲最 小宽度的一半,即0.5US,运样可W保证当更高速率的信号,如速率为IOMHz的信号输入时, 第一比较器COMPl的输出端DETl-定不会输出高电平,而更低速率的信号,如速率为IOOIfflz 的信号输入时,第S比较器C0MP3的输出端DET3-定输出高电平。运样可通过监测S个比较 器C0MP1、C0MP2、C0MP3的输出端DET1、DET2、DET3所输出的信号在一个字节时间内否有高电 平输出,确定信号输入端DI处的信号的速率范围。再通过输出端PMOS1和醒OS 1栅极的串联 电阻RS调整获得合适的压摆率限制。
[0029] 表2比较器阔值的设置参考值
[0030]
[0031] 运样,在信号传输开始的IOOus内就可W由自适应压摆率调节电路给RS-485驱动 输出端确定一个合适的压摆率,W达到最佳抗EMI和抗信号反射性能,同时不影响通信速 率。自适应压摆率调节电路实时监控DI输入端的信号速率,在通信速率改变后IOOus内,对 压摆率调节完成。
[0032] W上所述的仅是本实用新型的优选实施方式,本实用新型不限于W上实施例。可 W理解,本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的 其他改进和变化,均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于RS-485接口电路的自适应压摆率调节电路,其特征在于:包括调节电阻 (1^)、?型冊3管(?]?031)和~型冊3管(匪031) ;所述调节电阻(1^)为可变电阻;?型冊3管 (PM0S1)的栅极和N型MOS管(匪0S1)的栅极相连接;P型MOS管(PM0S1)的源极连接电源电压 (VDD);N型MOS管(NM0S1)的源极接地;P型MOS管(PM0S1)的漏极和N型MOS管⑴M0S1)的漏极 相连接;所述调节电阻(Rs)的第一端为信号输入端(DI),第二端连接在P型MOS管(PM0S1)的 栅极和N型MOS管(NM0S1)的栅极的公共端;P型MOS管(PM0S1)的漏极和N型MOS管(NM0S1)的 漏极的公共端作为信号输出端(Output);所述P型MOS管(PM0S1)和N型MOS管(NM0S1)的宽度 为1 OOOum~1 cm,长度为1 um~1 Oum。2. 如权利要求1所述的用于RS-485接口电路的自适应压摆率调节电路,其特征在于:所 述P型M0S管(PM0S1)的宽长比为6000um/2um;所述N型M0S管(匪0S1)的宽长比为3000um/ 2um〇3. 如权利要求1所述的用于RS-485接口电路的自适应压摆率调节电路,其特征在于:还 包括控制电路;所述控制电路包括依次串联的电流源(II)、第一开关(SW1)和第二开关 (SW2);还包括电容(C1),所述电容(C1)的第一端连接第一开关(SW1)和第二开关(SW2)的公 共端,第二端接地;还包括基准电路(Ref),所述基准电路(Ref)输出三个数值不同的基准电 压(¥1'1、¥了2、¥了3);还包括三个比较器(010 31、(:(1032、(:(1033),三个比较器((:(1031、010 32、 C0MP3)的正向输入端都与电容(C1)的第一端相连接,负向输入端依次连接三个基准电压基 准电压(VT1、VT2、VT3)。
【文档编号】G06F13/40GK205721761SQ201620177494
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月9日
【发明人】徐义强, 康明辉, 朱波
【申请人】无锡新硅微电子有限公司
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