CN107491403B - 低误码率低电源电压工作高esd的rs485驱动器 - Google Patents

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Abstract

低误码率低电源电压工作高ESD的RS485驱动器，涉及集成电路技术。本发明包括两个功率管电路，每个功率管电路包括前级驱动单元、功率管单元和反馈检测单元，其特征在于，所述功率管单元中的功率管衬底浮空，所述前级驱动单元采用恒流源前级驱动。本发明的有益效果是，具有低电源电压工作、低成本、低误码率、高ESD性能的优点，能够有效降低RS485传输误码率，并提高功率管的ESD能力。

Description

低误码率低电源电压工作高ESD的RS485驱动器
技术领域
本发明涉及集成电路技术。
背景技术
目前在远距离通信中，RS485已成为人们的首选方案，因为RS485总线具有结构简单、易于控制、价格便易等优点。而市面上RS485发送器的结构通常为双管结构，工作电压至少为5V，误码率较高。
双管堆叠结构的ESD性能较高，但工作电压通常要5V以上，且芯片面积较大，才能保证发送器输出摆幅大于1.5V的要求。
单管结构的工作电源电压较低，能在较低的电压下，实现差分摆幅大于1.5V的要求，但ESD性能较差。
市面上RS485发送器，其前级驱动通常采用开关电路，充放电电流不稳定，噪声大，导致RS485传输数据的误码率较高，传输距离较短。
针对以上发送器结构缺点，本发明提出了低电源电压工作的单管结构的RS485发送器。为了保证较低的误码率，提出了恒定电流源驱动功率管结构。为了保证单管功率管的ESD性能，提出了一种新型功率管结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种低电源电压工作、低成本、低误码率、高ESD性能的RS485发送器。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，低误码率低电源电压工作高ESD的RS485驱动器，包括两个功率管电路，每个功率管电路包括前级驱动单元、功率管单元和反馈检测单元，所述功率管单元中的功率管衬底浮空，所述前级驱动单元采用恒流源前级驱动。
进一步的，所述功率管单元包括串联设置的两个功率管，其中一个为PMOS管，另一个为NMOS管，二者的连接点作为输出端，两个功率管的栅极分别接前级驱动单元。
或者，所述功率管单元包括两个功率管子模块，每个子模块包括串联设置的两个功率管，其中一个为PMOS管，另一个为NMOS管，二者的连接点作为输出端，两个子模块的输出端相连接，功率管的栅极分别连接到前级驱动单元。
所述前级驱动单元包括数量与功率管对应的恒流源模块，每个恒流源模块包括串联设置的两个恒流源、两个开关和一个恒流源模块输出端，开关的控制端与反馈检测单元连接。
本发明的有益效果是，具有低电源电压工作、低成本、低误码率、高ESD性能的优点，能够有效降低RS485传输误码率，并提高功率管的ESD能力。
附图说明
图1为第一种现有技术RS485发送器结构示意图。
图2为第二种现有技术RS485发送器结构示意图。
图3为第三种现有技术RS485发送器结构示意图。
图4为第四种现有技术RS485功率管结构示意图。
图5为实施例1的RS485发送器结构示意图。
图6为实施例2的RS485发送器结构示意图。
图7为恒定电流源充放电结构示意图。
图8为共模电压检测电路示意图。
图9为现有技术第一种MOS结构示意图。
图10为现有技术第二种MOS结构示意图。
图11为本发明的功率MOS结构示意图。
具体实施方式
如图1，现有的RS485发送器中，功率管输出为堆叠的MOS结构。通常一个MOS的压降为0.35V，为了保证输出1.5V差分输出电压，其电源电压最小为0.35V*4+1.5V＝2.9V，能满足低电源电压(如3.0V)工作的要求。堆叠的MOS结构，虽能满足低电源电压工作要求，但需要占用芯片大量的面积，增加了芯片成本。
参考图2和图的3RS485发送器，其功率管输出为二极管堆叠MOS结构，通常一个MOS的压降为0.35V，一个二极管的压降为0.65V，为了保证1.5V差分输出电压，其电源电压最小为2*(0.65+0.35)V+1.5V＝3.5V，不能满足低电源电压工作的要求。
参考图4的RS485发送器，为单管功率输出，但其前级驱动为开关结构。MOS开关在开启和关断的过程中，阻抗在变化，冲放电电流不稳定，导致MOS开关的噪声较大，波形不稳定，因此开关结构的误码率较高，不能应用于长距离传输。
本发明包括两个功率管电路，每个功率管电路包括前级驱动单元、功率管单元和反馈检测单元，所述功率管单元中的功率管衬底浮空，所述前级驱动单元采用恒流源前级驱动。
如图5，所述功率管单元包括串联设置的两个功率管，其中一个为PMOS管，另一个为NMOS管，二者的连接点作为输出端，两个功率管的栅极分别接前级驱动单元。本发明的PMOS和NMOS的衬底均浮空，从而保证RS485从-7V到12V的共模工作电压。其最小工作电压为2*0.35+1.5＝2.2V，可以满足低电源电压工作的要求。通常PMOS具有自保护能力，不需要额外的ESD结构。但NMOS由于NLDD产生尖峰放电，导致NMOS容易失效。为了降低RS485发送器的误码率，其功率管的驱动采用恒定电流源结构。
如图6，作为另一种实施例，功率管单元包括两个功率管子模块，每个子模块包括串联设置的两个功率管，其中一个为PMOS管，另一个为NMOS管，二者的连接点作为输出端，两个子模块的输出端相连接，功率管的栅极分别连接到前级驱动单元。该结构中并列的PMOS的栅极控制信号不一样，该结构中并列的NMOS的栅极控制信号不一样，从而实现灵活的逻辑控制。
所述前级驱动单元包括数量与功率管对应的恒流源模块，每个恒流源模块包括串联设置的两个恒流源、两个开关和一个恒流源模块输出端，开关的控制端与反馈检测单元连接。该结构在对功率管驱动过程中，电流源阻抗恒定，充放电电流稳定，因此波形稳定，误码率较低。
图8为本发明的共模电压检测示意图，通过Y/Z的电压与两个基准电压比较，给出指示信号，从而控制功率管的开关状态。
图9的MOS结构示意图，为一种现有技术的单端耐压MOS结构，由于源极具有NLDD结构，所以该MOS的ESD性能不好。
图10为一种现有技术的常压MOS结构，由于源极/漏极都具有NLDD结构，消除了热载流子效应，但该MOS的NLDD结构决定了其ESD性能不好。
图11为本发明的MOS结构，漏端采用NW耐压，源极消除NLDD，所有ESD性能有极大的提高，需要增加一层MASK。
NLDD通常是在NMOS的源和漏极增加低掺杂的注入，从而降低NMOS漏极电场，降低热电子的运动速度，从而降低MOS管的热载流子效应。但NLDD的尖峰效应导致NMOS管的ESD性能急剧降低。由于RS485驱动器的特殊性，要求功率管输出PAD能够承受‐7V～12V的耐压，因此单管功率输出的NMOS与PMOS的衬底不得不浮空。图9在漏极采用NW耐压，可以降低热载流子效应，源极的NLDD在PAD对GND放负电时，ESD性能降低，因此把源极的NLDD去掉，就形成图11的结构。而且正常工作时，由于源极不存在大电场强度，因此功率管输出不存在热载流子效应。

Claims (1)

1.低误码率低电源电压工作高ESD的RS485驱动器，包括两个功率管电路，每个功率管电路包括前级驱动单元、功率管单元和反馈检测单元，其特征在于，所述前级驱动单元采用恒流源前级驱动，所述前级驱动单元包括数量与功率管对应的恒流源模块，每个恒流源模块包括串联设置的两个恒流源、两个开关和一个恒流源模块输出端，开关的控制端与反馈检测单元连接；
所述功率管单元包括串联设置的两 个功率管，其中一个为PMOS管，另一个为NMOS管，二者的连接点作为输出端，两个功率管的栅极分别接前级驱动单元；
或者，所述功率管单元包括两个功率管子模块，每个子模块包括串联设置的两个功率管，其中一个为PMOS管，另一个为NMOS管，二者的连接点作为输出端，两个子模块的输出端相连接，功率管的栅极分别连接到前级驱动单元；
所述功率管单元中的NMOS管衬底浮空，并且漏极区域具有NW耐压结构。
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