CN113110188B - 一种can总线接收电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CAN总线接收电路，包括跨导放大器、第一电压转换电路、第二电压转换电路、高速比较器。跨导放大器用于将正向差分输入电压和负向差分输入电压的差模电压进行放大，共模电压进行提取，将差模电压信号转换成差模电流信号，共模电压信号转换成共模电流信号；第一电压转换电路用于将共模电流信号转换成电压信号，并作为高速比较器的负向输入电压信号；第二电压转换电路用于将差模电流信号转换成电压信号，并作为高速比较器的正向输入电压信号；高速比较器用于将正向输入电压信号和负向输入电压信号进行比较，产生数字信号。采用电流信号处理的方式，电路结构简单，且功耗较低。

Description

一种CAN总线接收电路
技术领域
本发明涉及CAN总线通信领域，具体涉及一种CAN总线收发器的接收电路。
背景技术
CAN总线收发器在汽车电子领域应用广泛，作为微控制器和CAN总线之间的桥梁，具有发射和接收功能。CAN总线实现接收功能时，由于CAN总线上差分电压信号的共模电平有正有负，且共模电平变化范围大，总线端的分压电阻模块和电压抬升模块必须先对该差分电压信号进行降压和电压抬升，使其转换成满足接收电路中运算放大器正常工作电压范围的正电压信号，接收电路再对处理后的差分电压信号进行放大和比较，将其恢复成数字信号，并输出到微控制器中。
传统的CAN总线收发器的接收电路如图1所示，一般是对电压信号进行处理，运放OPA1将正向差分输入电压信号VIP和负向差分输入信号VIN的差模电压进行放大，共模电压进行提取，产生差模电压信号Vdm和共模电压信号Vcm；运放OPA2、电流源I1、电流源I2、开关S1、开关S2、电阻R1以及逻辑电路Logic对共模电压信号Vcm进行处理，产生高速比较器COMP的正向输入电压信号Vref，开关S1和S2受逻辑电路Logic控制，交替导通或关闭，当开关S1导通，开关S2关闭时，Vref等于Vcm-I1*R1，当开关S1关闭，开关S2导通时，Vref等于Vcm-I2*R1；高速比较器COMP将正向输入信号Vref和负向输入信号Vdm进行比较，产生数字信号Vout。传统的接收电路结构较为复杂，模块电路较多，需消耗较高的功耗。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种CAN总线接收电路，采用电流信号处理的方式，具有更简单的电路结构和较低的功耗。
为解决上述问题，本发明提供一种CAN总线接收电路，包括：跨导放大器、第一电压转换电路、第二电压转换电路以及比较器；
跨导放大器用于将正向差分输入电压信号和负向差分输入电压信号的差模电压信号进行放大并将差模电压信号转换成差模电流信号，以及用于提取正向差分输入电压信号和负向差分输入电压信号的共模电压信号并将共模电压信号转换成共模电流信号；
第一电压转换电路用于将共模电流信号转换成电压信号，并作为比较器的负向输入电压信号；
第二电压转换电路用于将差模电流信号转换成电压信号，并作为比较器的正向输入电压信号；
比较器用于将正向输入电压信号和负向输入电压信号进行比较，产生数字信号。
在一个实施例中，所述跨导放大器具有用于输出所述共模电流信号的第一输出端和用于输出所述差模电流信号的第二输出端；
第一电压转换电路包括：开关S1、开关S2、电流源I1、电流源I2以及电阻R1；
开关S1电联接电流源I1的一端，开关S1的另一端与开关S2以及电阻R1的一端电联接，同时电联接跨导放大器的第一输出端和比较器的负向输入端；开关S2的另一端与电流源I2的一端电联接；电流源I1、电流源I2以及电阻R1的另一端电联接，且同时电联接电源；
开关S1和开关S2交替导通，电流源I1和电流源I2大小不相等，且电流源I1和电流源I2均小于共模电流信号；电阻R1上的电流为共模电流信号与电流源I1或电流源I2之差，电源的电压与电阻R1上的电压的差值作为负向输入电压信号，其中，当开关S1导通，开关S2关闭时，电阻R1上的电压为(Icm-I1)*R1；当开关S1关闭，开关S2导通时，电阻R1上的电压为(Icm-I2)*R1，其中，Icm为共模电流信号，I1为电流源I1输出的电流，I2为电流源I2输出的电流，R1为电阻R1的阻值。
在一个实施例中，第二电压转换电路包括电阻R2，电阻R2的一端分别连接跨导放大器的第二输出端和比较器的正向输入端，电阻R2的另一端连接电源，流入电阻R2的电流为差模电流信号，电源的电压与电阻R2上的电压的差值作为正向输入电压信号，其中，电阻R2上的电压为Idm*R2，Idm为差模电流信号，R2为电阻R2的阻值。
本发明CAN总线接收电路采用电流信号处理的方式替代电压信号处理的方式，简化了接收电路的电路结构，并具有更低的功耗。
附图说明
图1为传统电压信号处理方式的CAN总线接收电路原理图；
图2为本发明CAN总线接收电路的电路原理图；
图3为本发明CAN总线接收电路的OTA电路原理图；
图4为传统电压信号处理方式的CAN总线接收电路在电源电压VCC＝5V，Temp＝27℃的典型条件下，差分输入电压信号频率为2.5MHz，共模电平为2.5V，差模电平为2V的瞬态仿真图；
图5为本发明实施例在电源电压VCC＝5V，Temp＝27℃的典型条件下，差分输入电压信号频率为2.5MHz，共模电平为2.5V，差模电平为2V的瞬态仿真图。
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，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参考图2，图2为本发明CAN总线接收电路的电路原理图，CAN总线接收电路包括跨导放大器1、第一电压转换电路2、第二电压转换电路3以及比较器4。
跨导放大器1具有两输入端以及两输出端，其中，第一输入端用于输入正向差分输入信号VIP，第二输入端用于输入负向差分输入信号VIN，跨导放大器1用于将正向差分输入电压信号VIP和负向差分输入电压信号VIN的差模电压信号进行放大并将差模电压信号转换成差模电流信号Idm，以及用于提取正向差分输入电压信号VIP和负向差分输入电压信号VIN的共模电压信号并将共模电压信号转换成共模电流信号Icm；其中，共模电流信号Icm通过第一输出端输出，差模电流信号Idm通过第二输出端输出。
请参考图3，图3为跨导放大器电路原理图，其中，电阻R1和MOS管MP1～MP6组成P型电流镜，MOS管MP7～MP8和MOS管MN1～MN2分别组成单端输出运算放大器，MOS管MN3～MN8组成N型电流镜。
第一电压转换电路2由开关S1、开关S2、电流源I1、电流源I2以及电阻R1组成；开关S1电联接电流源I1的一端，开关S1的另一端与开关S2以及电阻R1的一端电联接，同时电联接跨导放大器1的第一输出端和比较器4的负向输入端；开关S2的另一端与电流源I2的一端电联接；电流源I1、电流源I2以及电阻R1的另一端电联接，同时电联接第二电压转换电路3中电阻R2的一端和电源VCC；
第二电压转换电路3为电阻R2，电阻R2的一端与跨导放大器1的第二输出端电联接，同时电联接比较器4的正向输入端；电阻R2的另一端与第一电压转换电路2中电流源I1、电流源I2以及电阻R1的一端电联接，同时电联接电源VCC。
比较器4为高速比较器4，比较器4的负向输入端与第一电压转换电路2中开关S1、开关S2以及电阻R1的一端电联接，同时电联接跨导放大器1的第一输出端；比较器4的正向输入端与跨导放大器1的第二输出端以及第二电压转换电路3中电阻R2的一端电联接。
本发明CAN总线接收电路的工作原理为：
跨导放大器1先将正向差分输入信号VIP和负向差分输入信号VIN的差模电压信号进行放大，并提取共模电压信号，进而产生差模电流信号Idm和共模电流信号Icm；当正向差分输入信号VIP和负向差分输入信号VIN为差模电压时，MOS管MN5源极的电压A大于MOS管MN7源极的电压B，此时，差模电流信号Idm小于共模电流信号Icm；当差分输入电压VIP和VIN为共模电压时，MOS管MN5源极的电压A等于MOS管MN7源极的电压B，此时，差模电流信号Idm等于共模电流信号Icm；
共模电流信号Icm流入第一电压转换电路2，经第一电压转换电路2转换后，产生输入至比较器4的负向输入端的负向输入电压Vcm，具体工作原理如下：
当开关S1打开，开关S2关闭时，流入电阻R1的电流为共模电流信号Icm和电流源I1的差值，此时，比较器4的负向输入电压Vcm等于电源VCC的电压与(Icm-I1)*R1的差值，将此时的负向输入电压Vcm定义为负向输入电压Vcm1；当开关S1关闭，开关S2打开时，流入电阻R1的电流为共模电流信号Icm和电流源I2的差值，此时，比较器4的负向输入电压Vcm等于电源VCC的电压与(Icm-I2)*R1的差值，将此时的负向输入电压Vcm定义为负向输入电压Vcm2；其中，Icm为共模电流信号，I1为电流源I1输出的电流，I2为电流源I2输出的电流，R1为电阻R1的阻值。
差模电流信号Idm流入第二电压转换电路3，经第二电压转换电路3转换后，产生输入至比较器4的正向输入端的正向输入电压Vdm；
比较器4将正向输入电压Vdm和负向输入电压Vcm1或Vcm2进行比较，若正向输入电压Vdm大于负向输入电压Vcm1，比较器4的输出信号Vout发生跳转，数字信号Vout变为低电平；若正向输入电压Vdm小于负向输入电压Vcm2，比较器4的输出信号Vout再次发生跳转，输出信号Vout变为高电平。
采用DB HiTek 0.18um 100V工艺对传统电压信号处理方式的CAN总线接收电路和本实施例的CAN总线接收电路进行设计和仿真。在瞬态仿真图中，VCANH和VCANL是CAN总线端的差分输入电压；Vout是比较器4的输出电压；power是接收电路的功耗。图4为传统电压信号处理方式的CAN总线接收电路在电源电压VCC＝5V，Temp＝27℃的典型条件下，差分输入电压信号频率为2.5MHz，共模电平为2.5V，差分电平为2V的瞬态仿真图，可正常实现信号接收功能，功耗约为391uA；图5为本发明实施例在电源电压VCC＝5V，Temp＝27℃的典型条件下，差分输入电压信号频率为2.5MHz，共模电平为2.5V，差分电平为2V的瞬态仿真图，可正常实现信号接收功能，功耗约为225uA。
从仿真结果可知，本发明实施例的CAN总线接收电路可正常实现信号接收功能，并且消耗的功耗比传统电压信号处理方式的CAN总线接收电路更低。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干等同替换、改进和润饰，这些等同替换、改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
另外，本专利申请文件中涉及到的所有“电联接”和“连接”等关系，均并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构，本发明中明确用“电联接”的地方只是为了强调此含义，但并不排除用“连接”等的地方也具备这样的含义。

Claims (3)

1.一种CAN总线接收电路，其特征在于，包括：跨导放大器、第一电压转换电路、第二电压转换电路以及比较器；
所述跨导放大器具有两输入端以及两输出端，其中，所述跨导放大器的第一输入端用于输入正向差分输入信号，所述跨导放大器的第二输入端用于输入负向差分输入信号，所述跨导放大器用于将所述正向差分输入电压信号和所述负向差分输入电压信号的差模电压信号进行放大并将差模电压信号转换成差模电流信号，以及用于提取正向差分输入电压信号和负向差分输入电压信号的共模电压信号并将共模电压信号转换成共模电流信号，其中，所述共模电流信号通过所述跨导放大器的第一输出端输出，所述差模电流信号通过所述跨导放大器的第二输出端输出；
所述第一电压转换电路分别与所述跨导放大器的第一输出端和所述比较器的负向输入端连接，所述第一电压转换电路用于将共模电流信号转换成电压信号，并作为比较器的负向输入电压信号；
所述第二电压转换电路分别与所述跨导放大器的第二输出端和所述比较器的正向输入端连接，所述第二电压转换电路用于将差模电流信号转换成电压信号，并作为比较器的正向输入电压信号；
所述比较器用于将正向输入电压信号和负向输入电压信号进行比较，产生数字信号。
2.根据权利要求1所述的CAN总线接收电路，其特征在于：所述跨导放大器具有用于输出所述共模电流信号的第一输出端和用于输出所述差模电流信号的第二输出端；
所述第一电压转换电路包括：开关S1、开关S2、电流源I1、电流源I2以及电阻R1；
开关S1电联接电流源I1的一端，开关S1的另一端与开关S2以及电阻R1的一端电联接，同时电联接跨导放大器的第一输出端和比较器的负向输入端；开关S2的另一端与电流源I2的一端电联接；电流源I1、电流源I2以及电阻R1的另一端电联接，且同时电联接电源；
开关S1和开关S2交替导通，电流源I1和电流源I2大小不相等，且电流源I1和电流源I2均小于共模电流信号；电阻R1上的电流为共模电流信号与电流源I1或电流源I2之差，电源的电压与电阻R1上的电压的差值作为负向输入电压信号，其中，当开关S1导通，开关S2关闭时，电阻R1上的电压为(Icm-I1)*R1；当开关S1关闭，开关S2导通时，电阻R1上的电压为(Icm-I2)*R1，其中，Icm为共模电流信号，I1为电流源I1输出的电流，I2为电流源I2输出的电流，R1为电阻R1的阻值。
3.根据权利要求2所述的CAN总线接收电路，其特征在于：所述第二电压转换电路包括电阻R2，电阻R2的一端分别连接跨导放大器的第二输出端和比较器的正向输入端，电阻R2的另一端连接电源，流入电阻R2的电流为差模电流信号，电源的电压与电阻R2上的电压的差值作为所述正向输入电压信号，其中，电阻R2上的电压为Idm*R2，Idm为差模电流信号，R2为电阻R2的阻值。
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