CN103428123A - Rs-485接收器的接收电路 - Google Patents
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Abstract
一种RS-485接收器的接收电路，包括依次串接的第一与第二级全差分放大器、双向迟滞比较器及输出控制器，其中第一级全差分放大器调整共模电平，第二级全差分放大器放大差模电平，输出控制器通过使能控制输出，接收使能时，此接收器正常输出，接收禁用时，输出高电平，如此可以极大地抑制共模噪声和高频差模噪声，提高接收灵敏度。
Description
【技术领域】
本发明属于电气装置领域，涉及到一种新的高灵敏度RS-485接收器的接收电路。
【背景技术】
RS-485芯片作为一种常用的接口器件，已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域。如图1所示，RS-485通讯接口芯片主要包含平衡发送与差分接收两种工作模式，发送模式下（DE使能），发送器将TTL电平或者CMOS电平DI转换成差分信号(A-B)输出；接收模式下（/RE使能），接收器将差分信号(A-B)转变成TTL电平或者CMOS电平（RO），这种方式消除了总线中作为共模电压出现的接地偏移和感应噪声信号的影响，具有较强抑制共模干扰的能力。
图1中，A、B为RS-485芯片与总线相连的端口，信号电平可表示为共模电平和差模电平两个部分：A=VIC+1/2VID，B=VIC-1/2VID，(其中VIC为输入共模电平(A+B)/2，VID为输入差模电平A-B)。
由于长距离传输导致的差模信号衰减和共模信号偏移，RS-485总线标准规定，接收器的灵敏度需要低至±200mV(即A，B的差模电压A-B>200mV时，RO输出正电平，A-B<-200mV时，RO输出负电平)，并且能够承受-7V～+12V的宽范围共模接收电平。
RS-485芯片正常的工作电压是5V，为此通常需要对接收到的共模电平进行预处理。现有的RS-485芯片的接收器中常见的做法是先对输入信号进行电阻分压，具体如图2所示，其中图2中的电阻R1=电阻R2，电阻R3=电阻R4,然后通过一个迟滞比较器输出比较结果。这种方式结构简单，但是由于迟滞比较器的输入共模范围限制，电阻分压比将受限（如1/12），从而大幅度缩减共模电平，但相应的，差模电平也按照相同倍数缩小。若输入的差模信号恰好为RS-485标准要求的±200mV阈值，则分压后只有不到20mV，迟滞比较器的失调电压（几十毫伏数量级）将成为显著噪声，直接的影响就是抗干扰能力下降而影响通讯的可靠性。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种RS-485接收器的接收电路，用以解决现有技术中RS-485接收器的接收电路抗干扰能力低而影响通讯可靠性的问题。
为实现上述目的，实施本发明的RS-485接收器的接收电路包括依次串接的第一与第二级全差分放大器、双向迟滞比较器及输出控制器，其中第一级全差分放大器调整共模电平，第二级全差分放大器放大差模电平，输出控制器通过使能控制输出，接收使能时，此接收器正常输出，接收禁用时，输出高电平。
依据上述主要特征，该第一级全差分放大器为轨到轨全差分放大器，其缩小比例为4:1。
依据上述主要特征，该第二级全差分放大器为P管输入全差分放大器，其放大倍数为1：16。
依据上述主要特征，第一与第二级全差分放大器均具有滤波功能。
依据上述主要特征，放大器中的共模反馈采用开关电容型。
依据上述主要特征，双向迟滞比较器的参考电压根据接收器输入阈值设置。
依据上述主要特征，此RS-485接收器输入端A、B分别通过第一电阻与第二电阻与第一级全差分放大器的同相输入端与反相输入端连接，并且第一级全差分放大器的负向输出端与同相输入端之间连接一第三电阻，而其正向输出端与反相输入端之间连接一第四电阻，并且第一电阻与第三电阻串联，第二电阻与第四电阻也串联，第三电阻与第四电阻后分别串联第五电阻与第六电阻，并且第二级全差分放大器的负向输出端与同相输入端之间连接一第七电阻，而其正向输出端与反相输入端之间连接一第八电阻，并且第五电阻与第六电阻分别与第七电阻与第八电阻串联。
与现有技术相比较，实施本发明的RS-485接收器的接收电路通过两级全差分放大器结构，第一级调整共模电平，第二级放大差模电平，如此可以极大地抑制共模噪声和高频差模噪声，提高接收灵敏度。
【附图说明】
图1为RS-485芯片基本结构的示意图。
图2为现有的RS-485接收器的电阻分压式接收电路的示意图。
图3为实施本发明的RS-485接收器的接收电路的示意图。
图4A与图4B为实施本发明的RS-485接收器的工作原理图。
【具体实施方式】
请参阅图3所示，实施本发明的RS-485接收器的接收电路包括依次串接的第一与第二级全差分放大器、双向迟滞比较器及输出控制器。
其中第一级全差分放大器为一个轨到轨（Rail-to-Rail,R2R）全差分放大器，而第二级全差分放大器为一个P管输入全差分放大器。
在具体实施时，RS-485接收器输入端A、B分别通过第一与第二电阻R1a、R1b与第一级全差分放大器的同相输入端与反相输入端连接，并且第一级全差分放大器的负向输出端与同相输入端之间连接一第三电阻R2a，而其正向输出端与反相输入端之间连接一第四电阻R2b,并且第一电阻R1a与第三电阻R2a串联，第二电阻R1b与第四电阻R2b也串联。之后，第三电阻R2a与第四电阻R2b后分别串联第五电阻R3a与第六电阻R3b，并且第二级全差分放大器的负向输出端与同相输入端之间连接一第七电阻R4a，而其正向输出端与反相输入端之间连接一第八电阻R4b,并且第五电阻R3a与第六电阻R3b分别与第七电阻R4a与第八电阻R4b串联，并且第二级全差分放大器的正向输出端与双向迟滞比较器一输入端连接。
RS-485接收器输入端A、B的共模输入电平为-7V～12V，通过第一级全差分放大器进行预处理，调整共模电平范围。设置第一级全差分放大器的共模输出(VOC1)电平为1/2VCC，通过应用轨到轨（R2R）结构，放大的共模输入范围可扩大至满量程0-VCC范围，因此只要令R1=4R2，即设置4:1的缩小比例，即可将输入共模电平抬升到0.6-4.4V，满足第一级全差分放大器的输入共模要求。
第二级全差分放大器，对信号进行放大，放大倍数设置为1：16（R4=16R3），如此通过第一级与第二级全差分放大器后信号整体放大4倍。由于第一级全差分放大器的共模反馈，第二级全差分放大器的输入共模电平稳定在2.5V，无需作额外处理。第二级全差分放大器的输出共模电平同样设置在2.5V，使输出摆幅做到最大。同时，第一级与第二级全差分放大器均提供部分滤波功能。
放大器中的共模反馈都采用开关电容型，如此，结构简单，功耗较小，无需额外考虑共模反馈稳定性。为了得到最大的输出摆幅，共模反馈的参考电平设置为1/2VCC，由电压基准产生模块（BG）输出的参考电平通过一个电平抬升模块（Level Shifter）得到，为了抑制时钟跳变噪声耦合到电压基准产生模块，1/2VCC参考电压在接入此双向迟滞比较器前还需要经过一个缓冲器。
在具体实施时，第一级全差分放大器的输出驱动电路要足大，如达到80uA，以便能够承受输入共模电平宽范围引起的驱动电流的变化，保持输出共模点的稳定。此外，要求环路具备较高的带宽，以满足接收器对于传输延时方面的要求，但是也不能过宽，而影响对高频差分噪声的滤除能力。
第二级全差分放大器驱动输入共模稳定，因此对输出驱动没有过高的要求，但仍要求较高的环路带宽。如此信号通过两级全差分放大器后，信号的共模电平稳定在1/2VCC，差模电平放大4倍（单端2倍）。
第二级差分放大器的正向输出端与双向迟滞比较器连接，此双向迟滞比较器的参考电压根据接收器输入阈值设置（如接收器输入阈值为-125mV，单向放大2倍，则参考电压设置为2.5-0.125*2=2.25V）。参考电压同样通过对BG输出处理得到。比较器带迟滞以滤除翻转点附近的干扰，双向迟滞设置为30mV。
第一级与第二级全差分放大器及双向迟滞比较器都自带高频滤波功能，以提高差分信号的噪声抑制能力。
输出控制器使能控制输出，接收使能时，RO正常输出，接收禁用时，默认输出高电平。并且此输出控制器提供一定的RO驱动能力（如5mA）。并且接RO脚的驱动管设置为ESD器件，如串联电阻。
如图4A与图4B所示，阈值电压中心值设置为-125mV，偏移量为±20mV，控制在±200mV的EIA/TIA-485标准范围内，实施本发明的RS-485接收器具备较高的接收灵敏度和稳定性。双向迟滞30mV，即当A/B>-110mV时接收器输出高电平，此后A/B<-140mV，接收器输出回落到低电平，滤除了阈值附近的干扰。另外，此处还可引入了失效保护，在接收器输入短路或开路，或挂接在终端匹配传输线上的所有驱动器均处于禁用状态时，可确保接收器输出逻辑高电平。
标准的RS-485接收器的输入阻抗为12KΩ（1个单位负载），标准驱动器最高可驱动32个单位负载。上述的比较器具有大于1/8单位负载阻抗（R1>96KΩ），因此可以允许256个发送器并接在同一通信总线上。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种RS-485接收器的接收电路，其特征在于：该接收电路包括依次串接的第一与第二级全差分放大器、双向迟滞比较器及输出控制器，其中第一级全差分放大器调整共模电平，第二级全差分放大器放大差模电平，输出控制器通过使能控制输出，接收使能时，此接收器正常输出，接收禁用时，输出高电平。
2.如权利要求1所述的RS-485接收器的接收电路，其特征在于：该第一级全差分放大器为轨到轨全差分放大器，其缩小比例为4:1。
3.如权利要求1所述的RS-485接收器的接收电路，其特征在于：该第二级全差分放大器为P管输入全差分放大器，其放大倍数为1：16。
4.如权利要求1所述的RS-485接收器的接收电路，其特征在于：第一与第二级全差分放大器均具有滤波功能。
5.如权利要求1所述的RS-485接收器的接收电路，其特征在于：放大器中的共模反馈采用开关电容型。
6.如权利要求1所述的RS-485接收器的接收电路，其特征在于：双向迟滞比较器的参考电压根据接收器输入阈值设置。
7.如权利要求1所述的RS-485接收器的接收电路，其特征在于：此RS-485接收器输入端A、B分别通过第一电阻与第二电阻与第一级全差分放大器的同相输入端与反相输入端连接，并且第一级全差分放大器的负向输出端与同相输入端之间连接一第三电阻，而其正向输出端与反相输入端之间连接一第四电阻，并且第一电阻与第三电阻串联，第二电阻与第四电阻也串联，第三电阻与第四电阻后分别串联第五电阻与第六电阻，并且第二级全差分放大器的负向输出端与同相输入端之间连接一第七电阻，而其正向输出端与反相输入端之间连接一第八电阻，并且第五电阻与第六电阻分别与第七电阻与第八电阻串联。
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