CN104731745B - 应用于m‑bus接口通信的动态阈值比较电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于M‑BUS接口通信的动态阈值比较电路，利用电容的稳压特性，通过设计充电和放电时电流的大小，使得动态电压能始终与总线最高电平间有个稳定的差值，当总线电压由于阻抗损耗导致电压值偏小时，动态电压会相应的跟随其变化，使得比较器的翻转阈值不再是一个固定量，从而消除了线缆阻抗对通信精度的影响。
Description
技术领域
本发明涉及到一种动态阈值比较电路，适用于M-BUS等接口通信芯片中，能够提高读取总线端控制信号的精度，属于公共事业仪表直抄技术。
背景技术
M-BUS由Paderborn大学和TI公司共同提出，全称为Meter-BUS，可译为仪表总线。它是一种用于远程仪表读取数据的欧洲标准。M-Bus总线的提出满足了公用事业仪表的组网和远程抄表的需要，同时它还可以满足远程供电或电池供电系统的特殊要求。
M-BUS是一个层次化的系统，由一个主设备、若干从设备和一对连接线缆组成，所有从设备并行连接在总线上，由主设备控制总线上的所有串行通信进程。主机向从机发送比特流数据时电流保持不变，数据的定义在于总线上电压的高低。理论上定义逻辑“0”为主机发送的对应标称总线电压+24V；逻辑“1”为主机发送的对应标称总线电压+36V。在实际应用中，由于总线电缆存在一定阻抗，会导致从机收到高电平实际电压值小于+36V，而低电平电压值也会出现一定幅度下浮的情况，以致通信异常。
当从机比较器的阈值为固定值(例如30V)，未考虑总线电缆阻抗时，M-BUS接口通信收发时序如图1所示。主机端发送的总线电压为36V时，判定为逻辑“1”；主机端发送的总线电压为24V时，判定为逻辑“0”。
而实际应用时，由于M-BUS是一个层级化的系统，主设备通过线缆控制多个从机，总线阻抗的存在可能使得主机端发送的高电平传输到从机端时低于固定阈值，以致通信结果异常。
发明内容
本发明针对M-BUS等接口通信芯片中由于总线电缆的阻抗导致的通信精度问题，提供一种动态阈值比较电路，将原本测量总线电平值的方式改为检测总线电压的变化情况，从而消除电缆阻抗的影响。本发明同样可适用于其他总线的接口通信电路，结构简单，安全可靠。
本发明的技术方案如下：
一种应用于M-BUS接口通信的动态阈值比较电路，包括PMOS管MP1-MP4，NMOS管MN1-MN7，三极管QN1-QN3，二极管D1-D3，电阻R1-R2，电容C以及反相器G；
PMOS管MP2的源极接总线电压端，PMOS管MP2的漏极分别接于PMOS管MP3和PMOS管MP4的源极，PMOS管MP3的漏极分别接于NMOS管MN3的漏极、NMOS管MN3和NMOS管MN4的栅极，PMOS管MP4的漏极与NMOS管MN4的漏极相连，NMOS管MN3和NMOS管MN4的源极接公共地端；PMOS管MP3的栅极分别接于三极管QN1和三极管QN2的集电极，三极管QN1和三极管QN2的基极、发射极共接；二极管D3的正极与三极管QN2的发射极相连，负极与PMOS管MP2的漏极相连；NMOS管MN2的漏极与三极管QN1的集电极相连，NMOS管MN2的源极接公共地端；电容C连接在QN1的集电极和公共地端之间；NMOS管MN6的源极与三极管QN1的发射极相连，NMOS管MN6的栅极与NMOS管MN1的漏极相连，NMOS管MN6的漏极与PMOS管MP1的漏极相连，NMOS管MN1的源极接公共地端，PMOS管MP1的源极接总线电压端；二极管D1的正极与NMOS管MN6的源极相连，负极与NMOS管MN6的栅极相连；二极管D2的正极与NMOS管MN6的源极相连，负极与NMOS管MN6的漏极相连；电阻R1连接在NMOS管MN1的漏极和总线电压端之间；PMOS管MP4的栅极分别接于三极管QN3的集电极和NMOS管MN5的漏极，三极管QN3的基极和发射极共接于NMOS管MN7的源极，NMOS管MN7的漏极接总线电压端，电阻R2连接在NMOS管MN7的栅极和漏极之间，NMOS管MN5的源极接公共地端；PMOS管MP4的漏极和NMOS管MN4的漏极共接于反相器G的输入端，反相器G的输出端输出TTL电平。
本发明的有益技术效果是：
本发明通过检查总线电压变化来判定主机输出逻辑。利用电容的稳压特性，通过设计充电和放电时电流的大小，使得动态电压能始终与总线最高电平间有个稳定的差值，当总线电压由于阻抗损耗导致电压值偏小时，动态电压会相应的跟随其变化，使得比较器的翻转阈值不再是一个固定量，从而消除了线缆阻抗对通信精度的影响。
本发明的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是M-BUS接口通信收发数据时序图。
图2是本发明的原理示意图。
图3是本发明的电路实现图。
图4是本发明的工作时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图2所示，接口芯片中接收器输入为总线电压差分值VB和动态电压VSC两个电压信号，送入比较器TC3，输出TTL电平。比较器的输入信号，一边为VB最高电平降低一个阈值电压并经过SC电容稳压后形成的动态电压VSC，另一边为VB电压。接收器的阈值电压为运放两输入端之间的静态电压差值。当总线电压VB大于动态电压时，TX便会相应翻转。
故本发明的核心思路是利用电容的稳压特性，通过设计充电和放电时电流的大小，使得VSC电压能始终与VB最高电平间有个稳定的差值，当VB电压由于阻抗损耗导致电压值偏小时，VSC会相应的跟随其变化，使得比较器的翻转阈值不再是一个固定量，从而消除了线缆阻抗对通信精度的影响。其具体电路实现如图3所示。
图3中MP2，MP3，MP4，MN3，MN4构成五管差分比较器，MP1偏置管定义电容的充电电流，MN2偏置管定义电容的放电电流，MN1和R1产生阈值电压，MN6，MN7为电平移位，由于是高压模拟电路，QN2，D1，D2，D3对MN6和MP3进行过压保护。
动态阈值比较电路的工作时序如图4所示。VT稳定值为VMARK减去一个阈值电压。通信正常。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种应用于M-BUS接口通信的动态阈值比较电路，其特征在于，包括PMOS管MP1-MP4，NMOS管MN1-MN7，三极管QN1-QN3，二极管D1-D3，电阻R1-R2，电容C以及反相器G；
PMOS管MP2的源极接总线电压端，PMOS管MP2的漏极分别接于PMOS管MP3和PMOS管MP4的源极，PMOS管MP3的漏极分别接于NMOS管MN3的漏极、NMOS管MN3和NMOS管MN4的栅极，PMOS管MP4的漏极与NMOS管MN4的漏极相连，NMOS管MN3和NMOS管MN4的源极接公共地端，所述PMOS管MP2、所述PMOS管MP3、所述PMOS管MP4、所述NMOS管MN3和所述NMOS管MN4构成五管差分比较器；PMOS管MP3的栅极分别接于三极管QN1和三极管QN2的集电极，三极管QN1和三极管QN2的基极、发射极共接；二极管D3的正极与三极管QN2的发射极相连，负极与PMOS管MP2的漏极相连；NMOS管MN2的漏极与三极管QN1的集电极相连，NMOS管MN2的源极接公共地端；电容C连接在QN1的集电极和公共地端之间；NMOS管MN6的源极与三极管QN1的发射极相连，NMOS管MN6的栅极与NMOS管MN1的漏极相连，NMOS管MN6的漏极与PMOS管MP1的漏极相连，NMOS管MN1的源极接公共地端，PMOS管MP1的源极接总线电压端；所述PMOS管MP1偏置管定义电容C的充电电流，NMOS管MN2偏置管定义电容C的放电电流，二极管D1的正极与NMOS管MN6的源极相连，负极与NMOS管MN6的栅极相连；二极管D2的正极与NMOS管MN6的源极相连，负极与NMOS管MN6的漏极相连，所述三极管QN2、所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3对所述NMOS管MN6和所述PMOS管MP3进行过压保护；电阻R1连接在NMOS管MN1的漏极和总线电压端之间；PMOS管MP4的栅极分别接于三极管QN3的集电极和NMOS管MN5的漏极，三极管QN3的基极和发射极共接于NMOS管MN7的源极，NMOS管MN7的漏极接总线电压端，电阻R2连接在NMOS管MN7的栅极和漏极之间，NMOS管MN5的源极接公共地端；PMOS管MP4的漏极和NMOS管MN4的漏极共接于反相器G的输入端，反相器G的输出端输出TTL电平。
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