CN101771756B - 一种全双工/半双工软件可配置的接口电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全双工/半双工软件可配置的接口电路，其通过可以自动控制的开关替换了目前通用的RS-422/RS-485板块电路中的跳线，从而配合全双工/半双工软件实现RS-422/RS-485板块电路中全双工/半双工的配置，操作简单、反应迅速、可靠，节省了人力，提高了工作效率，且可完成功能电路BIT。
Description
技术领域
本发明涉及一种全双工/半双工软件可配置的接口电路。
背景技术
目前通用的RS-422/RS-485板块电路需要通过硬件跳线完成全双工/半双工配置，其一般是人工操作，操作不便，加之跳线本身的多次使用其可靠性差，效率低下，因此开发一种能够智能控制的自动转换的RS-422/RS-485板块电路，有利于节省人力和提高可靠性和工作效率。
发明内容
为了解决背景技术中所述的技术问题，本发明提供了一种全双工/半双工软件可配置的接口电路，其结构简单、易于实现、安全可靠，工作效率高。
本发明的技术解决方案是：一种全双工/半双工软件可配置的接口电路，包括第一接收器、第一发送器、第二接收器、第二发送器、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5及电阻Rz，其特征在于：该接口电路还包括单刀双掷开关K1、K2，单刀单掷开关K3、K4；所述单刀单掷开关K3一端接入第二接收器的正端，另一端通过电阻R4接入第二发送器的正端还通过单刀双掷开关K1的2点经过电阻R2接入第一接收器的正端；单刀单掷开关K4一端接入第二接收器的负端，另一端通过电阻R5接入第二发送器的负端还通过单刀双掷开关K2的2点经过电阻R3接入第一接收器的负端；单刀双掷开关K1的1点接入第一发送器正端，公共点通过电阻R2接入第一接收器的正端，2点通过电阻R4接入第二发送器正端；所述单刀双掷开关K2的1点接入第一发送器负端，公共点通过电阻R3接入第一接收器的负端，2点通过电阻R5接入第二发送器的负端；电阻Rz两端分别接在单刀双掷开关K1公共点与电阻R2、单刀双掷开关K2公共点与电阻R3之间的电路上。
上述第一接收器、第二接收器均是RS-422或RS-485接收器；所述第一发送器、第二发送器均是RS-422或RS-485发送器。
上述单刀双掷开关K1、K2，单刀单掷开关K3、K4均是模拟开关。
上述单刀双掷开关K1、K2均是MAX333AMJP开关；单刀单掷开关K3、K4均是MAX312AMJE开关。
上述RS-422接收器或RS-422发送器的共模输入电压范围是-7V～+7V。
的共模输入电压范围是-7V～+7V。
上述RS-422接收器和RS-422发送器均是DS26C32AMW/883。
上述RS-485接收器和RS-485发送器均是SN55976A1WD。
上述SN55976A1WD的共模输入电压范围是-7V～+12V。
上述接口电路还包括用于保护电路的TVS管，所述单刀双掷开关K1、K2与第一发送器之间的电路上及单刀单掷开关K3、K4与第二接收器之间的电路上均设置有TVS管。
本发明通过可以自动控制的开关替换了目前通用的RS-422/RS-485板块电路中的跳线，从而配合全双工/半双工软件实现RS-422/RS-485板块电路中全双工/半双工的配置，操作简单、反应迅速、可靠，节省了人力，提高了工作效率，且可完成功能电路BIT。
附图说明
图1是RS-422接口电路结构图；
图2是本发明全双工终端端接的等效电路图；
图3是本发明半双工终端端接的等效电路图；
图4是本发明全双工工作模式和半双工工作模式下交流等效阻抗图；
图5是本发明接收器差分输入信号电压。
具体实施方式
参见图1，本发明是一种全双工/半双工软件可配置的RS-422/RS-485接口电路，该电路中，单刀单掷开关K3一端接入第二接收器的正端，另一端通过电阻R4接入第二发送器的正端还通过单刀双掷开关K1的2点经过电阻R2接入第一接收器的正端；单刀单掷开关K4一端接入第二接收器的负端，另一端通过电阻R5接入第二发送器的负端还通过单刀双掷开关K2的2点经过电阻R3接入第一接收器的负端；单刀双掷开关K1的1点接入第一发送器正端，公共点通过电阻R2接入第一接收器的正端，2点通过电阻R4接入第二发送器正端；所述单刀双掷开关K2的1点接入第一发送器负端，公共点通过电阻R3接入第一接收器的负端，2点通过电阻R5接入第二发送器的负端；电阻Rz两端分别接在单刀双掷开关K1公共点与电阻R2、单刀双掷开关K2公共点与电阻R3之间的电路上。
所述第一接收器1、第二接收器3均是RS-422或RS-485接收器；所述第一发送器3、第二发送器2均是RS-422或RS-485发送器。
该电路中的单刀双掷开关K1、K2均是MAX333AMJP开关，MAX333AMJP是独立控制的4个单刀双掷CMOS模拟开关，MAX312AMJE是独立控制的4个单刀单掷CMOS模拟开关；MAX333AMJP开关的开关信号输入电压范围是-15V～+15V；单刀单掷开关K3、K4均是MAX312AMJE开关，MAX312AMJE开关的开关信号输入电压范围是17V～+17V。
±15V供电时，全温度范围下：MAX312开关接通电阻最大是R312＝15Ω，开关之间的电阻差别是4Ω(接通电阻还与输入开关信号电压幅值有关)。MAX333A开关接通电阻最大是R333A＝45Ω，开关之间的电阻差别是4Ω(接通电阻还与输入开关信号电压幅值有关)。
另外该电路中的单刀双掷开关K1、K2，单刀单掷开关K3、K4也可以都是电磁继电器。
该电路中的RS-422接收器或RS-422发送器的共模输入电压范围是-7V～+7V；RS-422接收器和RS-422发送器均可采用DS26C32AMW/883，DS26C32AMW/883为4路RS-422收发器芯片，在本设计中只用两路收发器。
该电路中的RS-485接收器和RS-485发送器均是SN55976A1WD，其共模输入电压范围是-7V～+12V。
该电路中的保护电路采用4个TVS管进行过压浪涌保护，其中两个TVS管一端接在单刀双掷开关K1、K2与第一发送器3之间的电路，另一端接地；同样，另外两个TVS管一端接在单刀单掷开关K3、K4与第二接收器4之间的电路上，另一端接地。
TVS管的导通电压值设计依据如下：
●DS26C32AMW/883的共模输入电压范围是-7V～+7V；
●SN55976AWD共模输入电压范围是-7V～+12V；
●MAX312开关信号输入电压范围是-17V～+17V；
●MAX333A开关信号输入电压范围是-15V～+15V；
●TVS管尽量少导通，因为TVS管的导通次数是有限。
根据以上TVS管的保护电压应大于±7V，并依照1N646×数据手册，见表1，因此选择了1N6463US(导通电压为±12V)，该TVS管为表贴器件满足小型化设计要求。
表1 1N646×数据手册表
本功能电路可以配置成全双工、半双工和BIT三种工作方式，具体设置如下：
a.全双工工作方式：当K1、K2开关都打到1点，且K3、K4开关接通；
b.半双工作方式：当K1、K2开关都打到2点，且K3、K4开关接通；
c.BIT工作方式：当K1、K2开关都打到2点。
该电路的终端端接电路采用开路和短路Fail-safe端接方式(Open-Lineand Shorted-Line Fail-Safe Termination)。开路和短路Fail-safe端接方式可以使当接收器端开路或短路时，接收器输出确定状态(一般都为高电平)。RS-422接口电路可以工作在全双工模式下和半双工模式下，下面分别描述这两种工作模式的端接电路。
全双工终端端接电路
图1中，当K1、K2开关都打到1点，且K3、K4开关接通时，RS-422电路处于全双工工作模式，其等效端接等效电路见图2，其中的TX+、TX-、RX+、RX-和TX及RX分别表示RS-422电路的输出端正负、输入端正负、RS-422发送器2的输出及RS-422接收器1的输入。
对于RS-422发送器2中所接电阻R312，其电阻值最大值为15Ω可以忽略；其中：开关S1是为了说明开路和短路而加上的，实际电路S1不存在；RZ是终端特征匹配电阻；R333A是MAX333A开关即K1、K2接通等效电阻；R312是MAX312开关即K3、K4的接通等效电阻。
RS-422接收器1前端短路时接收器差分接收电压
在图2中当开关S1接通时，全双工工作模式下接收器差分输入电压VDSID＝VCC*(RZ//2R333A+2RS)/(RZ//2R333A+2RS+RUP+RDN)；在图3中当开关S1接通时，半双工工作模式下接收器差分输入电压：
VHSID＝VCC*[RZ∥(2R333A+2R312)+2RS]/[RZ//(2R333A+2R312)+2RS+RUP+RDN]；在选择RS、RZ、RUP和RDN电阻值时，VID应大于200mV。
RS-422接收器前端开路时接收器差分接收电压
在图2中，当开关S1断开时，全双工工作模式下接收器差分输入电压VDOID＝VCC*(RZ+2RS)/(RZ+2RS+RUP+RDN)；在选择RS、RZ、RUP和RDN电阻值时，VID应大于200mV。
半双工终端端接电路
图1中，当K1、K2开关都打到2点，且K3、K4开关接通时，RS-422电路处于半双工工作模式，其等效端接等效电路见图3。
在图3中当开关S1接通时，半双工工作模式下接收器差分输入电压：VHSID＝VCC*[RZ//(2R333A+2R312)+2RS]/[RZ//(2R333A+2R312)+2RS+RUP+RDN]；
在图3中当开关S1断开时，半双工工作模式下接收器差分输入电压VHOID＝VCC*[RZ+2RS]/[RZ+2RS+RUP+RDN]。
在选择RS、RZ、RUP和RDN电阻值时，VID应大于200mV。
该电路在全双工工作模式和半双工工作模式下的等效电路的交流等效阻抗图见图4，可知其交流等效阻抗Z0：
Z0=RZ//(2RS+RUP+RDN)=RZ*(2RS+RUP+RDN)/(RZ+2RS+RUP+RDN)；因为RZ远小于(2RS+RUP+RDN)。
RS、RZ、RUP和RDN电阻值选取遵循以下原则：
a.RS-422接收器1的交流等效阻抗应与传输导线的特征阻抗一致；
b.当RS-422接收器1的前端短路或开路时，接收器输出应为高电平。
根据以上选择原则，分别选取电阻值如下：RS＝110Ω、RZ＝120Ω、RUP＝2500Ω和RDN＝2500Ω。
根据以上电阻值，分别计算得Z0＝117.3Ω，VDSID＝0.257V，VHSID＝0.265V，VDOID＝0.318V，VHOID＝0.318V，满足设计原则。
接收器差分输入信号电压
接收器(RS-422、RS-485接收器)差分输入信号电压是发送器(RS-422、RS-485发送器)输出差分信号经终端端接电路后到达接收器输入信号电压，见图5。
其中RT是接收器的输入电阻，当接收器是RS-422收发器时RT＝4kΩ，当接收器是RS-是485收发器时RT＝12kΩ；当全双工时驱动负载RA＝R333A，当半双工时驱动负载RA＝R333A+R312。根据RS-422协议定义当驱动负载为100Ω，驱动电压的绝对值应大于2V；以及RS-485协议定义当驱动负载为54Ω，驱动电压的绝对值应大于1.5V。
设RT＝4kΩ，V1＝±1.5V，在半双工和全双工方式下分别计算出VOD，具体见表2：
表2 不同条件下的VOD值
通过以上计算可知，当发送器输出有效信号时，通过终端端接电路到收发器信号电压的绝对值远大于200mV门限电压。
Claims (9)
1.一种全双工/半双工软件可配置的接口电路，包括第一接收器、第一发送器、第二接收器、第二发送器、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5及电阻Rz，其特征在于：该接口电路还包括单刀双掷开关K1、 K2，单刀单掷开关K3、 K4；所述单刀单掷开关K3一端接入第二接收器的正端，另一端通过电阻R4接入第二发送器的正端还通过单刀双掷开关K1的2点经过电阻R2接入第一接收器的正端；单刀单掷开关K4一端接入第二接收器的负端，另一端通过电阻R5接入第二发送器的负端还通过单刀双掷开关K2的2点经过电阻R3接入第一接收器的负端；单刀双掷开关K1的1点接入第一发送器正端，公共点通过电阻R2接入第一接收器的正端，2点通过电阻R4接入第二发送器正端；所述单刀双掷开关K2的1点接入第一发送器负端，公共点通过电阻R3接入第一接收器的负端，2点通过电阻R5接入第二发送器的负端；电阻Rz两端分别接在单刀双掷开关K1公共点与电阻R2、单刀双掷开关K2公共点与电阻R3之间的电路上。
2.根据权利要求1所述的全双工/半双工软件可配置的接口电路，其特征在于：所述第一接收器、第二接收器均是RS-422或RS-485接收器；所述第一发送器、第二发送器均是RS-422或RS-485发送器。
3.根据权利要求2所述的全双工/半双工软件可配置的接口电路，其特征在于：所述单刀双掷开关K1、 K2，单刀单掷开关K3、K4均是模拟开关。
4.根据权利要求3所述的全双工/半双工软件可配置的接口电路，其特征在于：所述单刀双掷开关K1、 K2均是MAX333AMJP开关；单刀单掷开关K3、 K4均是MAX312AMJE开关。
5.根据权利要求2或3或4所述的全双工/半双工软件可配置的接口电路，其特征在于：所述RS-422接收器或RS-422发送器的共模输入电压范围是-7V～+7V。
6.根据权利要求5所述的全双工/半双工软件可配置的接口电路，其特征在于：所述RS-422接收器和RS-422发送器均是DS26C32AMW/883。
7.根据权利要求2或3或4所述的全双工/半双工软件可配置的接口电路，其特征在于：所述RS-485接收器和RS-485发送器均是SN55976A1WD。
8.根据权利要求7所述的全双工/半双工软件可配置的接口电路，其特征在于：所述 SN55976A1WD的共模输入电压范围是-7V～+12V。
9.根据权利要求1或2所述的全双工/半双工软件可配置的接口电路，其特征在于：所述接口电路还包括用于保护电路的TVS管，所述单刀双掷开关K1、 K2与第一发送器之间的电路上及单刀单掷开关K3、 K4与第二接收器之间的电路上均设置有TVS管。
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