Rs-485接收器的接收電路的制作方法
【專利摘要】一種RS-485接收器的接收電路，包括依次串接的第一與第二級全差分放大器、雙向遲滯比較器及輸出控制器，其中第一級全差分放大器調(diào)整共模電平，第二級全差分放大器放大差模電平，輸出控制器通過使能控制輸出，接收使能時，此接收器正常輸出，接收禁用時，輸出高電平，如此可以極大地抑制共模噪聲和高頻差模噪聲，提高接收靈敏度。
【專利說明】RS-485接收器的接收電路
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明屬于電氣裝置領(lǐng)域，涉及到一種新的高靈敏度RS-485接收器的接收電路?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]RS-485芯片作為一種常用的接口器件，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。如圖1所示，RS-485通訊接口芯片主要包含平衡發(fā)送與差分接收兩種工作模式，發(fā)送模式下(DE使能)，發(fā)送器將TTL電平或者CMOS電平DI轉(zhuǎn)換成差分信號(A-B)輸出；接收模式下(/RE使能)，接收器將差分信號(A-B)轉(zhuǎn)變成TTL電平或者CMOS電平(R0)，這種方式消除了總線中作為共模電壓出現(xiàn)的接地偏移和感應(yīng)噪聲信號的影響，具有較強抑制共模干擾的能力。
[0003]圖1中，A、B為RS-485芯片與總線相連的端口，信號電平可表示為共模電平和差模電平兩個部分:A=Vrc+l/2VID，B=Vrc-l/2VID，(其中VrcS輸入共模電平(A+B)/2，VID為輸入差模電平A-B)。
[0004]由于長距離傳輸導(dǎo)致的差模信號衰減和共模信號偏移，RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，接收器的靈敏度需要低至±200mV(即A，B的差模電壓A-B>200mV時，RO輸出正電平，A-B<-200mV時，RO輸出負(fù)電平)，并且能夠承受-7V?+12V的寬范圍共模接收電平。
[0005]RS-485芯片正常的工作電壓是5V，為此通常需要對接收到的共模電平進行預(yù)處理。現(xiàn)有的RS-485芯片的接收器中常見的做法是先對輸入信號進行電阻分壓，具體如圖2所示，其中圖2中的電阻Rl=電阻R2，電阻R3=電阻R4，然后通過一個遲滯比較器輸出比較結(jié)果。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但是由于遲滯比較器的輸入共模范圍限制，電阻分壓比將受限(如1/12)，從而大幅度縮減共模電平，但相應(yīng)的，差模電平也按照相同倍數(shù)縮小。若輸入的差模信號恰好為RS-485標(biāo)準(zhǔn) 要求的±200mV閾值，則分壓后只有不到20mV，遲滯比較器的失調(diào)電壓(幾十毫伏數(shù)量級)將成為顯著噪聲，直接的影響就是抗干擾能力下降而影響通訊的可靠性。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種RS-485接收器的接收電路，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中RS-485接收器的接收電路抗干擾能力低而影響通訊可靠性的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，實施本發(fā)明的RS-485接收器的接收電路包括依次串接的第一與第二級全差分放大器、雙向遲滯比較器及輸出控制器，其中第一級全差分放大器調(diào)整共模電平，第二級全差分放大器放大差模電平，輸出控制器通過使能控制輸出，接收使能時，此接收器正常輸出，接收禁用時，輸出高電平。
[0008]依據(jù)上述主要特征，該第一級全差分放大器為軌到軌全差分放大器，其縮小比例為 4:1。
[0009]依據(jù)上述主要特征，該第二級全差分放大器為P管輸入全差分放大器，其放大倍數(shù)為1:16。[0010]依據(jù)上述主要特征，第一與第二級全差分放大器均具有濾波功能。
[0011]依據(jù)上述主要特征，放大器中的共模反饋采用開關(guān)電容型。
[0012]依據(jù)上述主要特征，雙向遲滯比較器的參考電壓根據(jù)接收器輸入閾值設(shè)置。
[0013]依據(jù)上述主要特征，此RS-485接收器輸入端A、B分別通過第一電阻與第二電阻與第一級全差分放大器的同相輸入端與反相輸入端連接，并且第一級全差分放大器的負(fù)向輸出端與同相輸入端之間連接一第三電阻，而其正向輸出端與反相輸入端之間連接一第四電阻，并且第一電阻與第三電阻串聯(lián)，第二電阻與第四電阻也串聯(lián)，第三電阻與第四電阻后分別串聯(lián)第五電阻與第六電阻，并且第二級全差分放大器的負(fù)向輸出端與同相輸入端之間連接一第七電阻，而其正向輸出端與反相輸入端之間連接一第八電阻，并且第五電阻與第六電阻分別與第七電阻與 第八電阻串聯(lián)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，實施本發(fā)明的RS-485接收器的接收電路通過兩級全差分放大器結(jié)構(gòu)，第一級調(diào)整共模電平，第二級放大差模電平，如此可以極大地抑制共模噪聲和高頻差模噪聲，提高接收靈敏度。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0015]圖1為RS-485芯片基本結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0016]圖2為現(xiàn)有的RS-485接收器的電阻分壓式接收電路的示意圖。
[0017]圖3為實施本發(fā)明的RS-485接收器的接收電路的示意圖。
[0018]圖4A與圖4B為實施本發(fā)明的RS-485接收器的工作原理圖。
【【具體實施方式】】
[0019]請參閱圖3所示，實施本發(fā)明的RS-485接收器的接收電路包括依次串接的第一與第二級全差分放大器、雙向遲滯比較器及輸出控制器。
[0020]其中第一級全差分放大器為一個軌到軌(Rail-to_Rail，R2R)全差分放大器，而第二級全差分放大器為一個P管輸入全差分放大器。
[0021]在具體實施時，RS-485接收器輸入端A、B分別通過第一與第二電阻Rla、Rlb與第一級全差分放大器的同相輸入端與反相輸入端連接，并且第一級全差分放大器的負(fù)向輸出端與同相輸入端之間連接一第三電阻1^，而其正向輸出端與反相輸入端之間連接一第四電阻R2b,并且第一電阻Rla與第三電阻R2a串聯(lián)，第二電阻Rlb與第四電阻R2b也串聯(lián)。之后，第三電阻R2a與第四電阻R2b后分別串聯(lián)第五電阻R3a與第六電阻R3b,并且第二級全差分放大器的負(fù)向輸出端與同相輸入端之間連接一第七電阻R4a,而其正向輸出端與反相輸入端之間連接一第八電阻R4b,并且第五電阻R3a與第六電阻R3b分別與第七電阻R4a與第八電阻R4b串聯(lián)，并且第二級全差分放大器的正向輸出端與雙向遲滯比較器一輸入端連接。
[0022]RS-485接收器輸入端A、B的共模輸入電平為-7V?12V，通過第一級全差分放大器進行預(yù)處理，調(diào)整共模電平范圍。設(shè)置第一級全差分放大器的共模輸出(Vra)電平為1/2V。。，通過應(yīng)用軌到軌(R2R)結(jié)構(gòu)，放大的共模輸入范圍可擴大至滿量程O-VCC范圍，因此只要令Ri=4R2，即設(shè)置4:1的縮小比例，即可將輸入共模電平抬升到0.6-4.4V，滿足第一級全差分放大器的輸入共模要求。
[0023]第二級全差分放大器，對信號進行放大，放大倍數(shù)設(shè)置為1:16 (R4=16R3)，如此通過第一級與第二級全差分放大器后信號整體放大4倍。由于第一級全差分放大器的共模反饋，第二級全差分放大器的輸入共模電平穩(wěn)定在2.5V，無需作額外處理。第二級全差分放大器的輸出共模電平同樣設(shè)置在2.5V，使輸出擺幅做到最大。同時，第一級與第二級全差分放大器均提供部分濾波功能。
[0024]放大器中的共模反饋都采用開關(guān)電容型，如此，結(jié)構(gòu)簡單，功耗較小，無需額外考慮共模反饋穩(wěn)定性。為了得到最大的輸出擺幅，共模反饋的參考電平設(shè)置為1/2VCC，由電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生模塊(BG)輸出的參考電平通過一個電平抬升模塊(Level Shifter)得到，為了抑制時鐘跳變噪聲耦合到電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生模塊，1/2VCC參考電壓在接入此雙向遲滯比較器前還需要經(jīng)過一個緩沖器。
[0025]在具體實施時，第一級全差分放大器的輸出驅(qū)動電路要足大，如達(dá)到80uA，以便能夠承受輸入共模電平寬范圍引起的驅(qū)動電流的變化，保持輸出共模點的穩(wěn)定。此外，要求環(huán)路具備較高的帶寬，以滿足接收器對于傳輸延時方面的要求，但是也不能過寬，而影響對高頻差分噪聲的濾除能力。
[0026]第二級全差分放大器驅(qū)動輸入共模穩(wěn)定，因此對輸出驅(qū)動沒有過高的要求，但仍要求較高的環(huán)路帶寬。如此信號通過兩級全差分放大器后，信號的共模電平穩(wěn)定在1/2VCC，差模電平放大4倍(單端2倍)。
[0027]第二級差分放大器的正向輸出端與雙向遲滯比較器連接，此雙向遲滯比較器的參考電壓根據(jù)接收器輸入閾值設(shè)置(如接收器輸入閾值為_125mV，單向放大2倍，則參考電壓設(shè)置為2.5-0.125*2=2.25V)。參考電壓同樣通過對BG輸出處理得到。比較器帶遲滯以濾除翻轉(zhuǎn)點附近的干擾，雙向遲滯設(shè)置為30mV。
[0028]第一級與第二級全差分放大器及雙向遲滯比較器都自帶高頻濾波功能，以提高差分信號的噪聲抑制能力。
[0029]輸出控制器使能控制輸出，接收使能時，RO正常輸出，接收禁用時，默認(rèn)輸出高電平。并且此輸出控制器提供一定的RO驅(qū)動能力(如5mA)。并且接RO腳的驅(qū)動管設(shè)置為ESD器件，如串聯(lián)電阻。
[0030]如圖4A與圖4B所示，閾值電壓中心值設(shè)置為-125mV，偏移量為±20mV，控制在±200mV的EIA/TIA-485標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，實施本發(fā)明的RS-485接收器具備較高的接收靈敏度和穩(wěn)定性。雙向遲滯30mV，即當(dāng)A/B>-110mV時接收器輸出高電平，此后A/B〈_140mV，接收器輸出回落到低電平，濾除了閾值附近的干擾。另外，此處還可引入了失效保護，在接收器輸入短路或開路，或掛接在終端匹配傳輸線上的所有驅(qū)動器均處于禁用狀態(tài)時，可確保接收器輸出邏輯高電平。
[0031]標(biāo)準(zhǔn)的RS-485接收器的輸入阻抗為12KQ (I個單位負(fù)載)，標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動器最高可驅(qū)動32個單位負(fù)載。上述的比較器具有大于1/8單位負(fù)載阻抗(RA96K Q )，因此可以允許256個發(fā)送器并接在同一通信總線上。
[0032]可以理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種RS-485接收器的接收電路，其特征在于:該接收電路包括依次串接的第一與第二級全差分放大器、雙向遲滯比較器及輸出控制器，其中第一級全差分放大器調(diào)整共模電平，第二級全差分放大器放大差模電平，輸出控制器通過使能控制輸出，接收使能時，此接收器正常輸出，接收禁用時，輸出高電平。
2.如權(quán)利要求1所述的RS-485接收器的接收電路，其特征在于:該第一級全差分放大器為軌到軌全差分放大器，其縮小比例為4:1。
3.如權(quán)利要求1所述的RS-485接收器的接收電路，其特征在于:該第二級全差分放大器為P管輸入全差分放大器，其放大倍數(shù)為1:16。
4.如權(quán)利要求1所述的RS-485接收器的接收電路，其特征在于:第一與第二級全差分放大器均具有濾波功能。
5.如權(quán)利要求1所述的RS-485接收器的接收電路，其特征在于:放大器中的共模反饋采用開關(guān)電容型。
6.如權(quán)利要求1所述的RS-485接收器的接收電路，其特征在于:雙向遲滯比較器的參考電壓根據(jù)接收器輸入閾值設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1所述的RS-485接收器的接收電路，其特征在于:此RS-485接收器輸入端A、B分別通過第一電阻與第二電阻與第一級全差分放大器的同相輸入端與反相輸入端連接，并且第一級全差分放大器的負(fù)向輸出端與同相輸入端之間連接一第三電阻，而其正向輸出端與反相輸入端之間連接一第四電阻，并且第一電阻與第三電阻串聯(lián)，第二電阻與第四電阻也串聯(lián)，第三電阻與第四電阻后分別串聯(lián)第五電阻與第六電阻，并且第二級全差分放大器的負(fù)向輸出端與同相輸入端之間連接一第七電阻，而其正向輸出端與反相輸入端之間連接一第八電阻，并且第五電阻與第六電阻分別與第七電阻與第八電阻串聯(lián)。
【文檔編號】H04L25/02GK103428123SQ201210454964
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月13日
【發(fā)明者】林玲 申請人:萬高(杭州)科技有限公司