CN112256612A - 自动适配终端电阻的rs-422总线隔离收发器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动适配终端电阻的RS422总线隔离收发器，包括隔离电源，数字隔离器、RS‑422总线收发电路，总线差分电压测量电路和终端匹配电阻接入电路；所述数字隔离器与RS‑422总线收发电路相连，用于将RS‑422总线信号与板卡的数字信号进行隔离；所述总线差分电压测量电路采用运算放大器将RS‑422总线差分信号电平转为单端电压差传入带AD功能的FPGA中；所述终端匹配电阻接入电路采用数字电位器并联在RS‑422总线差分信号间，通过接收FPGA的控制命令，调整接入总线差分信号间的电阻值。本发明的优越性在于：不仅实现了RS‑422总线隔离的功能，通过还具有终端电阻自动匹配的功能，简化了板卡的硬件设计，减小了电路面积，并且提高了总线的通讯可靠性。

Description

自动适配终端电阻的RS-422总线隔离收发器
技术领域
本发明涉及智能通讯领域，具体说是一种自动适配终端电阻的RS-422总线隔离收发器。
背景技术
RS-422是一系列的规定采用4线，全双工，差分传输，多点通信的数据传输协议。硬件构成上RS-422相当于两组RS-485，即两个半双工的RS-485构成一个全双工的RS-422。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向。RS-422的最大传输距离为约1219米，最大传输速率为10Mb/s。RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。由于RS-422全双工的通讯特性，并且有较远的传输距离，因此在工业、通讯等领域有着广泛的应用。
但是，由于工业环境比较恶劣，交流直流隔离不彻底，在RS-422总线上经常耦合上高幅值的交流信号，通过RS-422传输电缆串入通讯板卡中，造成板卡烧毁。同时，根据RS4-22总线协议规定，RS-422总线需要在终端板卡接入终端匹配电阻，用于调节总线上的差分电压，并且减少信号反射。但是，在工业使用中串入总线的RS-422通讯板卡无法保证为同一厂家生产，在系统搭建中无法保证只有终端板卡接入终端匹配电阻，经常会出现在中间节点的板卡也接入了终端匹配电阻，影响总线的通讯可靠性。
目前解决传输电缆串入交流信号烧毁板卡的方法是，在通讯板卡中使用隔离RS-422隔离收发器隔离总线信号和板卡内部的数字电路，保护板卡不会被总线上的串入信号烧毁。解决终端匹配电阻不匹配的方法是，使用单片机检测RS-422总线上的差分信号，使用程序对总线的信号质量进行判断，从而决定是否接入终端匹配电阻。
上述两种解决方案都只解决了RS-422通讯中的一种问题。且电路复杂，不仅搭建成本高，电路面积大，而且因为需要程序干预，因此免不了会影响通讯板卡的控制流程。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种自动适配终端电阻的RS-422总线隔离收发器，综合解决RS-422通讯中的问题，提高通讯可靠性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种自动适配终端电阻的RS422总线隔离收发器，包括隔离电源，数字隔离器、RS-422总线收发电路，总线差分电压测量电路和终端匹配电阻接入电路；
所述隔离电源为数字隔离器、RS-422总线收发电路、总线差分电压测量电路和终端匹配电阻接入电路提供隔离电源；
所述数字隔离器与RS-422总线收发电路相连，用于将RS-422总线信号与板卡的数字信号进行隔离；
所述RS-422总线收发电路用于将RS-422总线差分信号电平转换为单端的LVTTL(low voltage transistor transistor logic)信号电平，实现总线数据的收发功能；
所述总线差分电压测量电路采用运算放大器将RS-422总线差分信号电平转为单端电压差传入带AD功能的FPGA中，FPGA根据电压差计算当前总线需要接入的终端匹配电阻值；
所述终端匹配电阻接入电路采用数字电位器并联在RS-422总线差分信号间，通过接收FPGA的控制命令，调整接入总线差分信号间的电阻值。
本发明的优越性在于：使用SIP封装技术将隔离电源，数字隔离器、RS-422总线收发电路，总线差分电压测量电路和终端匹配电阻封装在一片芯片中，不仅实现了RS-422总线隔离的功能，通过还具有终端电阻自动匹配的功能。简化了板卡的硬件设计，减小了电路面积，并且提高了总线的通讯可靠性。
附图说明
图1为本发明实施提供的一种动适配终端电阻的RS422总线隔离收发器的芯片管脚图；
图2为本发明实施提供的一种动适配终端电阻的RS422总线隔离收发器的接线图。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1、2所示，一种自动适配终端电阻的RS422总线隔离收发器EMB-M490，包括隔离电源11，数字隔离器12、RS-422总线收发电路13，总线差分电压测量电路14和终端匹配电阻接入电路15。
所述隔离电源11为数字隔离器12、RS-422总线收发电路13、总线差分电压测量电路14和终端匹配电阻接入电路15提供隔离电源；隔离电源采用金升阳公司的B_XT-W2R2实现，B_XT-W2R2的功率为0.25W，可以实现5V数字电源输入Vi，隔离5V串口电源输出Vo的功能，将B_XT-W2R2的Vi与GNDi分别与EMB-M490的5V和GND相连，实现芯片电源的输入。
所述数字隔离器12用于将RS-422总线信号与板卡的数字信号进行隔离；数字隔离器12采用上海川土微公司生产的CA-IS3521HSP，此芯片的最大传输速率为10Mbps，可以满足工业常用串口波特率的传输；数字隔离器12的V1、GND1和数字信号OUTA、INB均采用隔离电源中数字电源Vi供电，V2、GND2和信号INA、OUTB均采用隔离电源11中的串口电源Vo供电，通过数字隔离器的隔离，可以将引入板卡中的数字信号与总线信号进行隔离。
所述RS-422总线收发电路13用于将RS-422总线差分信号电平转换为单端的LVTTL(low voltage transistor transistor logic)信号电平，实现总线数据的收发功能；RS-422总线收发电路采用芯力特公司的SIT3490E芯片实现，此芯片是RS-422通信的低功耗收发器，具有一个驱动器和一个接收器，驱动器摆率不受限制，可以实现最高2.5Mbps的传输速率，通过此芯片可以实现将RS-422总线信号转换为LVTTL电平信号的功能；将SIT3490E的A、B、Y、Z管脚分别与EMB-M490的A、B、Y、Z管脚相连。
所述总线差分电压测量电路14采用运放将RS-422总线差分信号电平转为单端电压差传入一款自带AD功能的FPGA中，FPGA根据电压差计算当前总线需要接入的终端匹配电阻值；FPGA采用高云半导体的GW1NS-2实现，此芯片内含8通道12bit ADC，通过运算放大器将数据接收差分对A、B的电压差接入FPGA的AD1，将数据发送差分对Y、Z的电压差接入FPGA的AD2；根据R422总线规范，当差分电压大于0.2V时表示传输数据“1”，差分电压小于-0.2V时表示传输数据“0”，电压介于两只之间认为总线空闲。FPGA在芯片工作后，首先控制数字电位器接入总线的终端匹配电阻为120Ω，再检测差分对A、B和Y、Z之间的电压差是否介于-0.2V与0.2V之间。如果绝对电压高于0.2V则减小接入总线的终端匹配电阻，直到满足规范要求。
所述终端匹配电阻接入电路15采用数字电位器并联在RS-422总线差分信号间，通过接收FPGA的控制命令，调整接入总线差分信号间的电阻值。
上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种自动适配终端电阻的RS422总线隔离收发器，其特征在于，包括隔离电源，数字隔离器、RS-422总线收发电路，总线差分电压测量电路和终端匹配电阻接入电路；
所述隔离电源为数字隔离器、RS-422总线收发电路、总线差分电压测量电路和终端匹配电阻接入电路提供隔离电源；
所述数字隔离器与RS-422总线收发电路相连，用于将RS-422总线信号与板卡的数字信号进行隔离；
所述RS-422总线收发电路用于将RS-422总线差分信号电平转换为单端的LVTTL信号电平，实现总线数据的收发功能；
所述总线差分电压测量电路采用运算放大器将RS-422总线差分信号电平转为单端电压差传入带AD功能的FPGA中，FPGA根据电压差计算当前总线需要接入的终端匹配电阻值；
所述终端匹配电阻接入电路采用数字电位器并联在RS-422总线差分信号间，通过接收FPGA的控制命令，调整接入总线差分信号间的电阻值。
2.根据权利要求1所述的自动适配终端电阻的RS422总线隔离收发器，其特征在于，所述隔离电源的Vi与GNDi管脚分别与隔离收发器的5V和GND相连，实现5V数字电源输入Vi，隔离5V串口电源输出Vo的功能。
3.根据权利要求1所述的自动适配终端电阻的RS422总线隔离收发器，其特征在于，所述数字隔离器的V1、GND1和数字信号OUTA、INB均采用隔离电源中数字电源Vi供电，V2、GND2和信号INA、OUTB均采用隔离电源中的串口电源Vo供电，通过数字隔离器的隔离，可以将引入板卡中的数字信号与总线信号进行隔离。
4.根据权利要求1所述的自动适配终端电阻的RS422总线隔离收发器，其特征在于，所述总线差分电压测量电路通过运放将数据接收差分对A、B的电压差接入FPGA的AD1，将数据发送差分对Y、Z的电压差接入FPGA的AD2。
5.根据权利要求1-4任一项所述的自动适配终端电阻的RS422总线隔离收发器，其特征在于，FPGA在芯片工作后，首先控制数字电位器接入总线的终端匹配电阻为120Ω，再检测差分对A、B和Y、Z之间的电压差是否介于-0.2V与0.2V之间，如果绝对电压高于0.2V则减小接入总线的终端匹配电阻，直到满足规范要求。
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