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一种用于rs-485收发器的高阻态控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于RS‑485收发器的高阻态控制电路，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；本发明所述的一种用于RS‑485收发器的高阻态控制电路，采用三极管作为总线输出级和高阻态控制模块，在A/B共模电平‑7v～12v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

一种用于RS-485收发器的高阻态控制电路
技术领域
本发明涉及RS-485收发器，具体涉及一种用于RS-485收发器的高阻态控制电路。
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必须呈现高阻态，此时其承受的电压范围协议规定为-7v～12v，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；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：提供一种用于RS-485收发器的高阻态控制电路，采用三极管作为总线输出级，设计了专门的高阻态控制电路，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：
一种用于RS-485收发器的高阻态控制电路，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RS-485输出驱动模块在A/B端口的共模电平-7v～12v范围内即在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RS-485输出驱动模块在A/B共模电平-7v～12v范围内即在RS-485输出驱动模块使能关闭时，使得NPN三极管的基极接最底电位和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第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管和反相器。
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、第二PMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极电性连接，反相器的输出端与第一PMOS管的栅极和第一NMOS管的栅极电性连接；所述第一PMOS管的源极接电源，第一PMOS管的漏极和第一NMOS管的漏极与第四PMOS管的栅极电性连接，第一NMOS管的源极分别与第三NMOS管的漏极和第四NMOS管的漏极电性连接；所述第二PMOS管的漏极和第二NMOS管的漏极与第四NMOS管的栅极电性连接，第二NMOS管的源极接地，第二PMOS管的源极分别与第三PMOS管的漏极和第四PMOS管的漏极电性连接；所述第三PMOS管的源极接电源，所述第三NMOS管的源极接地，第三PMOS管的栅极和第三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NPN三极管的基极与第四NMOS管源极电性连接，所述PNP三极管的基极与第四PMOS管的源极电性连接。
进一步的，所述高阻态控制模块还包括第五PMOS管和第五NMOS管；所述第五PMOS管的栅极接电源，第五PMOS管的源极与第四PMOS管的漏极电性连接，所述第五NMOS管的栅极接地，第五NMOS管的源极与第四NMOS管的漏极电性连接，所述第五PMOS管的漏极和第五NMOS管的漏极与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管和第五PMOS管的N阱和第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管和第五NMOS管的P阱浮空，阻断衬底与阱之间寄生二极管的钳位。
进一步的，所述第三PMOS管的栅极和与RS-485输出驱动模块的A/B端口电性连接之间、第三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、第五PMOS管的栅极和第五NMOS管的栅极分别连接有电阻。
本发明的有益效果为：本发明所述的一种用于RS-485收发器的高阻态控制电路，采用三极管作为总线输出级和高阻态控制模块，在大于5v、0v-5v和小于0v三个单元内，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为本发明一种用于RS-485收发器的高阻态控制电路的整体电路图；
图2为本发明一种用于RS-485收发器的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、第一PMOS管；5、第二PMOS管；6、第三PMOS管；7、第四PMOS管；8、第一NMOS管；9、第二NMOS管；10、第三NMOS管；11、第四NMOS管；12、反相器；13、第五PMOS管；14、第五NMOS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，基于隔离工艺，需要将第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管和第五PMOS管等的PMOS器件的N阱和第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管和第五NMOS管等NMOS的P阱浮空，阻断衬底与阱之间寄生二极管的钳位。
本实施例参考图1至图2所示，用于RS-485收发器的高阻态控制电路，包括RS-485输出驱动模块1和高阻态控制模块2；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，高阻态控制模块2用于控制RS-485输出驱动模块1在A/B端口的共模电平-7v～12v范围内即在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，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。
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。
高阻态控制模块2包括第一PMOS管4、第二PMOS管5、第三PMOS管6、第四PMOS管7、第一NMOS管8、第二NMOS管9、第三NMOS管10、第四NMOS管11和反相器12。
RS-485输出驱动模块1的驱动使能信号分别与反相器12的输入端、第二PMOS管5的栅极和第二NMOS管9的栅极电性连接，反相器12的输出端与第一PMOS管4的栅极和第一NMOS管8的栅极电性连接；所述第一PMOS管4的源极接电源，第一PMOS管4的漏极和第一NMOS管8的漏极与第四PMOS管7的栅极电性连接，第一NMOS管8的源极分别与第三NMOS管10的漏极和第四NMOS管11的漏极电性连接；所述第二PMOS管5的漏极和第二NMOS管9的漏极与第四NMOS管11的栅极电性连接，第二NMOS管9的源极接地，第二PMOS管5的源极分别与第三PMOS管6的漏极和第四PMOS管7的漏极电性连接；所述第三PMOS管6的源极接电源，所述第三NMOS管10的源极接地，第三PMOS管6的栅极和第三NMOS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NPN三极管31的基极与第四NMOS管11漏极电性连接，所述PNP三极管32的基极与第四PMOS管7的源极电性连接。
高阻态控制模块2还包括第五PMOS管13和第五NMOS管14；第五PMOS管13的栅极接电源，第五PMOS管13的源极与第四PMOS管7的漏极电性连接，第五NMOS管14的栅极接地，第五NMOS管14的源极与第四NMOS管11的漏极电性连接，第五PMOS管13的漏极和第五NMOS管14的漏极与RS-485输出驱动模块1的A/B端口电性连接。
第三PMOS管6的栅极和与RS-485输出驱动模块1的A/B端口电性连接之间、第三NMOS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、第五PMOS管13的栅极和第五NMOS管14的栅极分别连接有电阻，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4和第二NMOS管9开启，第四PMOS管7和第四NMOS管11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12控制第一NMOS管8和第二PMOS管5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：第三PMOS管6和第三NMOS管10开启，从而使第四PMOS管7的栅极接地，第四NMOS管11的栅极接电源，进一步第四PMOS管7和第四NMOS管11开启，此时NPN三极管31基极接地，PNP三极管32基极接电源，从而使得NPN三极管31和PNP三极管32均截止，从而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之间时：第三NMOS管10和第五PMOS管13开启，从而使第四PMOS管7的栅极接地，第四NMOS管11的栅极电位与总线A/B端口电位保持一致，进一步，第四PMOS管7和第四NMOS管11开启，此时NPN三极管31基极接地，PNP三极管32基极电位与总线A/B端口电位保持一致，从而使得NPN三极管31和PNP三极管32均截止，从而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之间时：第三PMOS管6和第五NMOS管14开启，从而使第四PMOS管7的栅极电位与总线A/B端口电位保持一致，第四NMOS管11的栅极接电源，进一步第四PMOS管7和第四NMOS管11开启，此时NPN三极管31的基极电位与总线A/B端口电位保持一致，PNP三极管32基极接电源，从而使得NPN三极管31和PNP三极管32均截止，从而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)

1.一种用于RS-485收发器的高阻态控制电路，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)包括第一PMOS管(4)、第二PMOS管(5)、第三PMOS管(6)、第四PMOS管(7)、第一NMOS管(8)、第二NMOS管(9)、第三NMOS管(10)、第四NMOS管(11)和反相器(12)；所述RS-485输出驱动模块(1)的驱动使能信号分别与反相器(12)的输入端、第二PMOS管(5)的栅极和第二NMOS管(9)的栅极电性连接，反相器(12)的输出端与第一PMOS管(4)的栅极和第一NMOS管(8)的栅极电性连接；所述第一PMOS管(4)的源极接电源，第一PMOS管(4)的漏极和第一NMOS管(8)的漏极与第四PMOS管(7)的栅极电性连接，第一NMOS管(8)的源极分别与第三NMOS管(10)的漏极和第四NMOS管(11)的漏极电性连接；所述第二PMOS管(5)的漏极和第二NMOS管(9)的漏极与第四NMOS管(11)的栅极电性连接，第二NMOS管(9)的源极接地，第二PMOS管(5)的源极分别与第三PMOS管(6)的漏极和第四PMOS管(7)的漏极电性连接；所述第三PMOS管(6)的源极接电源，所述第三NMOS管(10)的源极接地，第三PMOS管(6)的栅极和第三NMOS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NPN三极管(31)的基极与第四NMOS管(11)源极电性连接，所述PNP三极管(32)的基极与第四PMOS管(7)的源极电性连接；所述高阻态控制模块(2)还包括第五PMOS管(13)和第五NMOS管(14)；所述第五PMOS管(13)的栅极接电源，第五PMOS管(13)的源极与第四PMOS管(7)的漏极电性连接，所述第五NMOS管(14)的栅极接地，第五NMOS管(14)的源极与第四NMOS管(11)的漏极电性连接，所述第五PMOS管(13)的漏极和第五NMOS管(14)的漏极与RS-485输出驱动模块(1)的A/B端口电性连接；所述第一PMOS管(4)、第二PMOS管(5)、第三PMOS管(6)、第四PMOS管(7)和第五PMOS管(13)的N阱和第一NMOS管(8)、第二NMOS管(9)、第三NMOS管(10)、第四NMOS管(11)和第五NMOS管(14)的P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所述的一种用于RS-485收发器的高阻态控制电路，其特征在于：所述第三PMOS管(6)的栅极和与RS-485输出驱动模块(1)的A/B端口电性连接之间、第三NMOS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、第五PMOS管(13)的栅极和第五NMOS管(14)的栅极分别连接有电阻。
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