CN112994732B - 一种rs-485收发器用高阻态控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种RS‑485收发器用高阻态控制电路，包括RS‑485输出驱动模块和高阻态控制模块；所述RS‑485输出驱动模块的总线输出级电性连接有NPN三极管和PNP三极管，所述高阻态控制模块用于控制在RS‑485输出驱动模块使能关闭时，使得NPN三极管和PNP三极管均截止；本发明所述的一种RS‑485收发器用高阻态控制电路，采用三极管作为总线输出级，配合PMOS管、NMOS管和二极管构成的高阻态控制电路，在大于5v、0v‑5v和小于0v三个范围内，控制RS‑485收发器在使能关闭时，其输出呈现高阻态，大幅度提升了总线A/B两个输出端口的ESD电压，满足了绝大部分场合应用。

Description

一种RS-485收发器用高阻态控制电路
技术领域
本发明涉及RS-485收发器领域，具体涉及一种RS-485收发器用高阻态控制电路。
背景技术
RS-485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号；RS-485使得连接本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。
RS-485芯片在输出驱动使能关闭之后，在其承受的电压范围协议规定为-7v～12v内，必须呈现高阻态；现有的RS-485芯片，通常采用CMOS输出，负的电压会导致NMOS管的寄生二极管导通，从而被钳位，大于电源电压的高压输入会导致漏端和N阱之间的寄生二极管导通。
目前市面上的处理办法是在输出端口接反向二极管将其输出端口阻断，与寄生的二极管形成对接，阻断电压钳位；但这样的做法，使得总线A/B两个输出端口的ESD电压很难达到一万五千伏，限制了很多使用场景。
发明内容
本发明的目的是：提供一种RS-485收发器用高阻态控制电路，采用三极管作为总线输出级，配合PMOS管、NMOS管和二极管构成的高阻态控制电路，大幅度提升了总线A/B两个输出端口的ESD电压，满足了绝大部分场合应用。
为了实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
一种RS-485收发器用高阻态控制电路，包括RS-485输出驱动模块和高阻态控制模块；所述RS-485输出驱动模块的总线输出级电性连接有NPN三极管和PNP三极管，所述高阻态控制模块用于控制在RS-485输出驱动模块使能关闭时，使得NPN三极管和PNP三极管均截止。
进一步的，所述NPN三极管的发射极和PNP三极管的发射极分别与RS-485输出驱动模块的A/B端口电性连接，NPN三极管的集电极接电源，PNP三极管的集电极接地；所述高阻态控制模块用于控制在RS-485输出驱动模块使能关闭时，使得NPN三极管的基极接最低电位和PNP三极管的基极接最高电位。
进一步的，所述高阻态控制模块包括反相器、第一PMOS管、第一NMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管和第二NMOS管。
进一步的，所述RS-485输出驱动模块的驱动使能信号分别与反相器的输入端、第一NMOS管的栅极和第二PMOS管的栅极电性连接；所述反相器的输出端与第一PMOS管的栅极电性连接；所述第一PMOS管的源极接电源，第一PMOS管的漏极分别与第二NMOS管的漏极、第三PMOS管的栅极、第四PMOS管的栅极和第四PMOS管的漏极电性连接；所述第二NMOS管的源极接地，第二NMOS管的栅极与RS-485输出驱动模块的A/B端口电性连接；所述第四PMOS管的源极与NPN三极管的基极电性连接；所述第一NMOS管的源极接地，第一NMOS管的漏极与第二PMOS管的漏极电性连接，第二PMOS管的源极与第五PMOS管的漏极和第三PMOS管的源极电性连接；所述第五PMOS管的源极接电源，第五PMOS管的栅极与RS-485输出驱动模块的A/B端口电性连接；所述第三PMOS管的漏极与PNP三极管的基极电性连接。
进一步的，所述高阻态控制模块还包括第六PMOS管；所述第六PMOS管的栅极接电源，第六PMOS管的源极与第三PMOS管的源极电性连接，第六PMOS管的漏极与RS-485输出驱动模块的A/B端口电性连接。
进一步的，所述高阻态控制模块还包括二极管和第七PMOS管；所述第七PMOS管的源极与第二NMOS管的漏极电性连接且二极管连接在第七PMOS管(14)的源极与第二NMOS管的漏极之间，二极管用于避免第二NMOS管的漏端与衬底之间的寄生二极管钳位；所述第七PMOS管的漏极和栅极均与RS-485输出驱动模块的A/B端口电性连接；所述第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管和第七PMOS管的N阱浮空，阻断衬底与阱之间寄生二极管的钳位。
进一步的，所述第五PMOS管的栅极与RS-485输出驱动模块的A/B端口电性连接之间、第二NMOS管的栅极与RS-485输出驱动模块的A/B端口电性连接之间、第七PMOS管的栅极与RS-485输出驱动模块的A/B端口电性连接之间和第六PMOS管的栅极与电源之间分别连接有电阻。
本发明的有益效果为：本发明所述的一种RS-485收发器用高阻态控制电路，采用三极管作为总线输出级，配合PMOS管、NMOS管和二极管构成的高阻态控制电路，在大于5v、0v-5v和小于0v三个范围内，控制RS-485收发器在使能关闭时，其输出呈现高阻态，大幅度提升了总线A/B两个输出端口的ESD电压，满足了绝大部分场合应用。
附图说明
图1为本发明一种RS-485收发器用高阻态控制电路的整体电路图；
图2为本发明一种RS-485收发器用高阻态控制电路的部分电路图；
图中：1、RS-485输出驱动模块；2、高阻态控制模块；31、NPN三极管；32、PNP三极管；4、反相器；5、第一PMOS管；6、第一NMOS管；7、第二PMOS管；8、第三PMOS管；9、第四PMOS管；10、第五PMOS管；11、第二NMOS管；12、二极管；13、第六PMOS管；14、第七PMOS管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本高阻态控制电路实施时，基于普通的BCD工艺，需要将第一PMOS管5、第二PMOS管7、第三PMOS管8、第四PMOS管9、第五PMOS管10、第六PMOS管13和第七PMOS管14的N阱浮空，阻断衬底与阱之间寄生二极管的钳位。
其电路原理图，参考图1至图2所示，一种RS-485收发器用高阻态控制电路，包括RS-485输出驱动模块1和高阻态控制模块2；所述RS-485输出驱动模块1的总线输出级电性连接有NPN三极管31和PNP三极管32，所述高阻态控制模块2用于控制在RS-485输出驱动模块1使能关闭时，使得NPN三极管31和PNP三极管32均截止，即使得总线A/B端口输出阻抗为高阻抗。
高阻态控制模块2用于控制NPN三极管31和PNP三极管32在RS-485输出驱动模块1驱动使能时，正常输出，高阻态控制模块2不起任何作用；使能关闭时，NPN三极管31和PNP三极管32截止，从而实现高阻抗。
所述NPN三极管31的发射极和PNP三极管32的发射极分别与RS-485输出驱动模块1的A/B端口电性连接，NPN三极管31的集电极接电源，PNP三极管32的集电极接地；所述高阻态控制模块2用于控制在RS-485输出驱动模块1使能关闭时，使得NPN三极管31的基极接最低电位和PNP三极管32的基极接最高电位，从而控制NPN三极管31和PNP三极管32均截止。
所述高阻态控制模块2包括反相器4、第一PMOS管5、第一NMOS管6、第二PMOS管7、第三PMOS管8、第四PMOS管9、第五PMOS管10和第二NMOS管11。
所述RS-485输出驱动模块1的驱动使能信号分别与反相器4的输入端、第一NMOS管6的栅极和第二PMOS管7的栅极电性连接；所述反相器4的输出端与第一PMOS管5的栅极电性连接；所述第一PMOS管5的源极接电源，第一PMOS管5的漏极分别与第二NMOS管11的漏极、第三PMOS管8的栅极、第四PMOS管9的栅极和第四PMOS管9的漏极电性连接；所述第二NMOS管11的源极接地，第二NMOS管11的栅极与RS-485输出驱动模块1的A/B端口电性连接；所述第四PMOS管9的源极与NPN三极管31的基极电性连接；所述第一NMOS管6的源极接地，第一NMOS管6的漏极与第二PMOS管7的漏极电性连接，第二PMOS管7的源极与第五PMOS管10的漏极和第三PMOS管8的源极电性连接；所述第五PMOS管10的源极接电源，第五PMOS管10的栅极与RS-485输出驱动模块1的A/B端口电性连接；所述第三PMOS管8的漏极与PNP三极管32的基极电性连接。
所述高阻态控制模块2还包括第六PMOS管13；所述第六PMOS管13的栅极接电源，第六PMOS管13的源极与第三PMOS管8的源极电性连接，第六PMOS管13的漏极与RS-485输出驱动模块1的A/B端口电性连接。
高阻态控制模块2还包括二极管12和第七PMOS管14；所述第七PMOS管14的源极与第二NMOS管11的漏极电性连接且二极管12连接在第七PMOS管(14)的源极与第二NMOS管11的漏极之间，二极管12用于避免第二NMOS管11的漏端与衬底之间的寄生二极管钳位；所述第七PMOS管14的漏极和栅极均与RS-485输出驱动模块1的A/B端口电性连接。
所述第五PMOS管10的栅极与RS-485输出驱动模块1的A/B端口电性连接之间、第二NMOS管11的栅极与RS-485输出驱动模块1的A/B端口电性连接之间、第七PMOS管14的栅极与RS-485输出驱动模块1的A/B端口电性连接之间和第六PMOS管13的栅极与电源之间分别连接有电阻，电阻用于静电防护，保证电路正常运行。
工作原理：
RS-485输出驱动模块1使能时，第一PMOS管5和第一NMOS管6开启，从而控制第三PMOS管8和第四PMOS管9关闭，此时高阻态控制模块2不起任何作用。
RS-485输出驱动模块1使能关闭时，RS-485输出驱动模块1的驱动使能信号，通过反向器4控制第一PMOS管5关闭，第二PMOS管7开启，从而：
当RS-485输出驱动模块1的A/B端口的电平在0v～5v之间时：第五PMOS管10和第二NMOS管11开启，从而控制第三PMOS管8和第四PMOS管9开启，此时PNP三极管32的基极接电源，NPN三极管31的基极接地，从而NPN三极管31和PNP三极管32均处于截止状态，使得输出呈现高阻态。
当RS-485输出驱动模块1的A/B端口的电平在大于5v时：第二NMOS管11开启，此时NPN三极管31的基极接地，同时第六PMOS管13开启，使得PNP三极管32的基极电压与总线A/B端口电平相同，从而NPN三极管31和PNP三极管32均处于截止状态，使得输出呈现高阻态。
当RS-485输出驱动模块1的A/B端口的电平在小于0v时：第五PMOS管10开启，此时PNP三极管32的基极接电源，同时第七PMOS管14开启，使得NPN三极管31的基极电压与总线A/B端口电平相同，从而NPN三极管31和PNP三极管32均处于截止状态，使得输出呈现高阻态。
因此，在整个共模电平范围-7v～12v内，该高阻态控制电路均可以使输出阻抗呈现高阻态状态。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上述实施例用于对本发明作进一步的说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应理解为在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种RS-485收发器用高阻态控制电路，包括RS-485输出驱动模块(1)和高阻态控制模块(2)；其特征在于：所述RS-485输出驱动模块(1)的总线输出级电性连接有NPN三极管(31)和PNP三极管(32)，所述高阻态控制模块(2)用于控制在RS-485输出驱动模块(1)使能关闭时，使得NPN三极管(31)和PNP三极管(32)均截止；所述NPN三极管(31)的发射极和PNP三极管(32)的发射极分别与RS-485输出驱动模块(1)的A/B端口电性连接，NPN三极管(31)的集电极接电源，PNP三极管(32)的集电极接地；所述高阻态控制模块(2)用于控制在RS-485输出驱动模块(1)使能关闭时，使得NPN三极管(31)的基极接最低电位和PNP三极管(32)的基极接最高电位；所述高阻态控制模块(2)包括反相器(4)、第一PMOS管(5)、第一NMOS管(6)、第二PMOS管(7)、第三PMOS管(8)、第四PMOS管(9)、第五PMOS管(10)和第二NMOS管(11)；所述RS-485输出驱动模块(1)的驱动使能信号分别与反相器(4)的输入端、第一NMOS管(6)的栅极和第二PMOS管(7)的栅极电性连接；所述反相器(4)的输出端与第一PMOS管(5)的栅极电性连接；所述第一PMOS管(5)的源极接电源，第一PMOS管(5)的漏极分别与第二NMOS管(11)的漏极、第三PMOS管(8)的栅极、第四PMOS管(9)的栅极和第四PMOS管(9)的漏极电性连接；所述第二NMOS管(11)的源极接地，第二NMOS管(11)的栅极与RS-485输出驱动模块(1)的A/B端口电性连接；所述第四PMOS管(9)的源极与NPN三极管(31)的基极电性连接；所述第一NMOS管(6)的源极接地，第一NMOS管(6)的漏极与第二PMOS管(7)的漏极电性连接，第二PMOS管(7)的源极与第五PMOS管(10)的漏极和第三PMOS管(8)的源极电性连接；所述第五PMOS管(10)的源极接电源，第五PMOS管(10)的栅极与RS-485输出驱动模块(1)的A/B端口电性连接；所述第三PMOS管(8)的漏极与PNP三极管(32)的基极电性连接；所述高阻态控制模块(2)还包括第六PMOS管(13)；所述第六PMOS管(13)的栅极接电源，第六PMOS管(13)的源极与第三PMOS管(8)的源极电性连接，第六PMOS管(13)的漏极与RS-485输出驱动模块(1)的A/B端口电性连接；所述高阻态控制模块(2)还包括二极管(12)和第七PMOS管(14)；所述第七PMOS管(14)的源极与第二NMOS管(11)的漏极电性连接且二极管(12)连接在第七PMOS管(14)的源极与第二NMOS管(11)的漏极之间，二极管(12)用于避免第二NMOS管(11)的漏端与衬底之间的寄生二极管钳位；所述第七PMOS管(14)的漏极和栅极均与RS-485输出驱动模块(1)的A/B端口电性连接；所述第一PMOS管(5)、第二PMOS管(7)、第三PMOS管(8)、第四PMOS管(9)、第五PMOS管(10)、第六PMOS管(13)和第七PMOS管(14)的N阱浮空，阻断衬底与阱之间寄生二极管的钳位。
2.根据权利要求1所述的一种RS-485收发器用高阻态控制电路，其特征在于：所述第五PMOS管(10)的栅极与RS-485输出驱动模块(1)的A/B端口电性连接之间、第二NMOS管(11)的栅极与RS-485输出驱动模块(1)的A/B端口电性连接之间、第七PMOS管(14)的栅极与RS-485输出驱动模块(1)的A/B端口电性连接之间和第六PMOS管(13)的栅极与电源之间分别连接有电阻。
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