CN117708018A - 一种合封的485总线数字隔离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字隔离器技术领域，具体涉及一种合封的485总线数字隔离器，数字隔离器包括：第一正向通道、第二正向通道、第三正向通道，输入端连接通信设备和反向通道；数字隔离器的正向使能端同时控制第一正向通道、第二正向通道和第三正向通道的使能有效；当反向使能端和第三正向通道输入高电平或开路时，数字隔离器和总线收发器处于输出截止状态。有益效果在于：通过设置了特定结构的数字隔离器并依照对应的线序与总线收发器连接，使得用于使能的接口输入高电平或开路时，所有输出端均为高阻态状态和强源电平状态，不会影响网络中其他收发器的正常工作。通过多出的第四路隔离通道，不增加外围线路下，可实现超低的待机功耗功能。

Description

一种合封的485总线数字隔离器

技术领域

本发明涉及数字隔离器技术领域，具体涉及一种合封的485总线数字隔离器。

背景技术

RS485总线，是隶属于OSI模型物理层的电气特性规定为2线、半双工、平衡传输线多点通信的标准。是由电信行业协会(TIA)及电子工业联盟(EIA)联合发布的标准。实现此标准的数字通信网可以在有电子噪声的环境下进行长距离有效率的通信。在线性多点总线的配置下，可以在一个网络上有多个接收器。因此适用在工业环境中。数字隔离器，是一种用于在电气上隔离电路，但仍允许电路之间传输数字信号的器件。技术类型有电容耦合、巨磁电阻(GMR)或磁耦合。

现有技术中，针对485总线的传输环境，为实现较好的通信质量，通常会在RS485总线收发器与设备之间，配置数字隔离器。一般而言，现有的带使能功能的标准数字隔离器，各通道的输入输出电平一致，且为输出等效内阻50欧姆的强输出源。当其与RS485总线收发器组合后，数据反向回传时，回传输出使能管脚为低电平有效，回传输出正常传输信号；回传输出使能管脚接高电平或此电平高于低电平阈值时，回传输出为高阻态；数据正向传输时，数据传输使能电平需要高电平使能。

但是，在实际实施过程中，发明人发现，基于上述组合，当隔离器于默认低电平状态下，RS485的正向数据传输使能为低电平，此时出现反向回传数据使能管脚异常开路的情况下，受标准数字隔离器的默认强低电平源(低电平驱动能力为50欧姆下拉的强低电平源能力)影响，反向回传数据keep为强低电平，非高阻态，对应此回传数据即会影响到相关网络电平状态；此故障发生于多路485级联应用时，会影响网络的数据回传。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种合封的485总线数字隔离器。

具体技术方案如下：

一种合封的485总线数字隔离器，包括相互连接的数字隔离器和总线收发器；所述数字隔离器包括：

第一正向通道，所述第一正向通道的输入端连接外部的通信设备，所述第一正向通道的输出端连接所述总线收发器的驱动器使能端；

第二正向通道，所述第二正向通道的输入端连接所述通信设备，所述第二正向通道的输出端连接所述总线收发器的驱动器数据端；

第三正向通道，所述第三正向通道的输入端连接所述通信设备，所述第三正向通道的输出端连接所述总线收发器的接收器使能端；

所述数字隔离器的正向使能端与所述第三正向通道的输出端短接，所述数字隔离器的正向使能端用于同时控制所述第一正向通道、所述第二正向通道和所述第三正向通道的使能有效；

反向通道，所述反向通道的输入端连接所述总线收发器的接收器数据端，所述接收通道的输出端连接所述通信设备；

所述数字隔离器中对应于所述反向通道的反向使能端连接所述通信设备；

当所述反向使能端和所述第三正向通道输入高电平或开路时，所述数字隔离器和所述总线收发器处于输出截止状态。

另一方面，所述反向通道的使能端为低电平有效；

所述数字隔离器的正向使能端为高电平有效，所述总线收发器的接收器使能端为低电平有效；

所述反向使能端和所述正向使能端默认为高电平。

另一方面，所述第三正向通道连接所述通信设备的低功耗使能引脚；

当所述通信设备进入低功耗模式时，所述通信设备的低功耗使能引脚设置为开路或高电平，以及，所述通信设备与所述第三正向通道的输入端的连接引脚被置为高电平或开路。

另一方面，所述数字隔离器包括第一电源引脚，所述第一电源引脚连接所述通信设备的供电端；

所述数字隔离器还包括第二电源引脚，所述第二电源引脚与所述总线收发器的供电引脚短接，所述总线收发器的供电引脚连接外部总线上的供电引脚；

当所述第一电源引脚和所述第二电源引脚同时上电时，所述485总线数字隔离器进入正常工作状态；

当所述第一电源引脚和所述第二电源引脚同时下电时，所述485总线数字隔离器的第一总线端和第二总线端处于高阻态状态。

另一方面，当所述第一电源引脚和所述第二电源引脚同时上电后，所述通信设备通过向所述第二正向通道输入高电平，以对所述总线收发器的驱动器进行使能；

当所述驱动器被使能后，所述485总线数字隔离器的第一总线端的电平随着所述第三正向通道的输入电平转为高电平或低电平，以及，所述485总线数字隔离器的第二总线端的电平转为低电平或高电平；

另一方面，当所述驱动器未被使能时，所述485总线数字隔离器的第一总线端和第二总线端处于高阻态状态。

另一方面，当所述第一电源引脚和所述第二电源引脚同时上电且所述驱动器被使能时，若所述第三正向通道开路，则所述485总线数字隔离器的第一总线端的电平为高电平，所述485总线数字隔离器的第二总线端的电平为低电平。

另一方面，所述数字隔离器的第一接地端经由所述通信设备接地，所述数字隔离器的第二接地端与所述总线收发器的接地端短接并经由外部总线接地。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

针对现有技术中的数字隔离器，在出现反向回传数据使能管脚异常开路的情况下，回传数据会出现强低电平影响网络的正常传输的问题，本实施例中，通过设置了特定结构的数字隔离器并依照对应的线序与总线收发器连接，使得用于使能的反向使能端和第三正向通道输入高电平或开路时，数字隔离器和总线收发器的所有输出端均为高阻态状态和强源电平状态，在该状态下任意低电平无法传输，不会影响网络中其他收发器的正常工作，实现了较好的故障隔离效果。同时，通过多出的第四路隔离通道，不增加外围线路下，可实现超低的待机功耗功能。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例的整体示意图；

图2为本发明实施例中外部封装示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括：

一种合封的485总线数字隔离器，包括相互连接的数字隔离器1和总线收发器2；

该485总线数字隔离器在实际制备过程中，为通过同一块芯片(die)加工形成的集成电路芯片，该集成电路芯片上同时包含数字隔离器1和总线收发器2两个区域的电路，并通过特定的线路组成本实施例中的连接方式，以及，设置对应的引线供后续封装连接引脚使用。一般而言，依照信号流向，数字隔离器1一侧主要连接外部的通信设备3，该通信设备3为单片机、MCU或其他具有处理功能且需要进行总线通信的设备；总线收发器2一侧主要连接外部的RS485通信总线，该总线包括四根线，分别为VCC供电、A/Y端、B/Z端和接地；其中，A、B端为半双工模式，Y、Z端为全双工模式。

数字隔离器1包括：

第一正向通道11，第一正向通道11的输入端VIA连接外部的通信设备3，第一正向通道11的输出端VOA连接总线收发器2的驱动器使能端DE；

第二正向通道12，第二正向通道12的输入端VIB连接通信设备3，第二正向通道12的输出端VOB连接总线收发器2的驱动器数据端DI；

第三正向通道13，第三正向通道13的输入端VID连接通信设备3，第三正向通道13的输出端VOD连接总线收发器2的接收器使能端/RE；

数字隔离器1的正向使能端EN2与第三正向通道13的输出端VOD短接，数字隔离器1的正向使能端EN2用于同时控制第一正向通道11、第二正向通道12和第三正向通道13的使能有效；

反向通道14，反向通道14的输入端VIC连接总线收发器2的接收器数据端RO，反向通道14的输出端VOC连接通信设备3；

数字隔离器2中对应于反向通道14的反向使能端EN1连接通信设备3；

总线收发器2还连接外部总线4。

当反向使能端EN1和第三正向通道13输入高电平或开路时，数字隔离器1和总线收发器2处于输出截止状态；

当数字隔离器1处于输出截止状态时，数字隔离器1的第一正向通道11的输出端VOA、第二正向通道12的输出端VOB、第三正向通道13的输出端VOD、反向通道14的输出端VOC处于高阻态和强源电平状态；

当总线收发器2处于输出截止状态时，总线收发器2的所有输出端均处于高阻态和强源电平状态。

具体地，针对现有技术中的数字隔离器，在出现反向回传数据使能管脚异常开路的情况下，回传数据会出现强低电平影响网络的正常传输的问题，本实施例中，通过设置了特定结构的数字隔离器1并依照对应的线序与总线收发器2连接，该数字隔离器包括三个正向通道和一个反向通道，且相对于传统的数字隔离器，其反向使能端EN1和正向使能端EN2被配置为了低电平有效，且对应管脚为开路状态时，反向使能端EN1或正向使能端EN2处于默认高电平的状态。基于上述设置，当反向使能端EN1处于默认高电平的状态时，反向通道14的输出端VOC进入高阻态状态和强源电平状态；当正向使能端EN2处于默认高电平的状态时，第一正向通道11、第二正向通道12和第三正向通道13的输出端VOA、VOB和VOD进入高阻态状态和强源电平状态。相应地，由于第三正向通道13的输出端VOD、总线收发器2的接收器使能端/RE和反向使能端EN1短接，且总线收发器2的接收器使能端/RE为低电平有效，因此该状态下，总线收发器2的接收通道也会处于关断状态。通过上述设置来实现对输出端的有效关断，避免了该485总线数字隔离器未启用时，可能出现电平变化影响逻辑侧网络和总线侧网络的问题。进一步地，反向回传数据使能管脚故障开路后，此路回传数据进入高阻态，于多路485级联应用中，单路485出现故障，不会影响到整个反向回传数据网络电平状态。同时，通过多出的第四路隔离通道，不增加外围线路下，可实现超低的待机功耗功能。

在实施过程中，上述的合封的485总线数字隔离器的外部封装引脚体现为图2和下表1所示：

表1：外部封装引脚描述：

在一个实施例中，反向通道14的反向使能端EN2为低电平有效；

数字隔离器1的正向使能端EN1为低电平有效，总线收发器2的接收器使能端/RE为低电平有效；

反向使能端EN2和正向使能端EN1默认为高电平。

具体地，为实现故障状态下对数字隔离器1和总线收发器2的阻断，本实施例中，对数字隔离器1和总线收发器2的使能方式进行了调整，将数字隔离器1的反向使能端EN2和正向使能端EN1设置为低电平有效，以及将，总线收发器2的接收器使能端/RE调整为低电平有效。由于反向使能端EN2和正向使能端EN1默认为高电平状态，因此其能够实现对数字隔离器1在未输入低电平信号时的有效关断，避免影响网络中其他设备；同时，由于总线收发器2的驱动器使能端DE为高电平有效，且由第一正向通道11使能，此时第一正向通道11的输出端VOA为低电平，因此总线收发器2的驱动器关闭，进入高阻态和强电源状态；以及，总线收发器2的接收器使能端/RE为低电平有效，而其与高电平状态下的反向使能端EN2短接，因此总线收发器的接收器也被关断，进入高阻态和强电源状态，实现了较好的关闭效果。

在一个实施例中，第三正向通道13的输入端VID连接通信设备3的低功耗使能引脚/SE；

当通信设备3进入低功耗模式时，通信设备3的低功耗使能引脚/SE设置为开路或高电平。

具体地，为满足485总线的低功耗模式的需求，本实施例中，还将第三正向通道13的输入端VID连接通信设备3的低功耗使能引脚/SE，该低功耗使能引脚/SE默认为高电平状态，在进入正常工作状态时才转为低电平状态。当处于低功耗状态时，总线收发器2的驱动器和接收器均停止工作，此时正向使能引脚/RE接高电平或开路，数字隔离器的第一供电引脚VDD1亦会进入超低待机功耗状态，实现隔离型485收发器逻辑侧和总线侧均为超低待机功耗状态。

当处于低电平状态时，此时数字隔离器1的第三正向通道13的输入端VID输入低电平，数字隔离器1的第三正向通道13的输出端VOD输出低电平，将反向使能端EN2的电平拉低进行使能，进而控制第一正向通道11、第二正向通道12和第三正向通道13的输出端VOA、VOB和VOD由高阻态转换为跟随输入端VIA、VIB、VID输入电平状态。同时，还同步控制总线收发器2的接收器使能引脚/RE的电平被拉低，总线收发器2进入正常工作状态。

以及，为实现对应的功能，在一个实施例中，数字隔离器1包括第一电源引脚VDD1，第一电源引脚连接通信设备3的供电端，数字隔离器1的第一接地端GND1经由通信设备3接地，数字隔离器1的第二接地端GND2与总线收发器2的接地端GND2短接并经由外部总线接地；

数字隔离器1还包括第二电源引脚VDD2，第二电源引脚VDD2与总线收发器2的供电引脚VCC短接，总线收发器2的供电引脚VCC连接外部总线上的供电引脚。

基于上述配置，可得到以下的工作状态表：

表2：正常工作状态下总线收发器2的驱动器的工作状态汇总

(1)PU表示电源供电；PD表示电源下电；H表示高电平状态；L表示低电平状态；X表示任意电平状态，如高电平、低电平或开路状态；Hi-Z表示高阻态状态。

(2)全双工设备的驱动器输出为Y和Z。半双工设备的驱动器输出为A和B。

表3：正常工作状态下总线收发器2接收器的工作状态汇总：

(1)PU表示电源供电；PD表示电源下电；H表示高电平状态；L表示低电平状态；X表示任意电平状态，如高电平、低电平或开路状态；Hi-Z表示高阻态状态。

基于上表可看出：当第一电源引脚VDD1和第二电源引脚VDD2同时上电时，485总线数字隔离器进入正常工作状态；

当第一电源引脚VDD1和第二电源引脚VDD2同时下电时，485总线数字隔离器的第一总线端Y/A和第二总线端Z/B处于高阻态状态。

当第一电源引脚VDD1和第二电源引脚VDD2同时上电后，通信设备3通过向第二正向通道12输入高电平，以对总线收发器1的驱动器进行使能；

当驱动器被使能后，485总线数字隔离器的第一总线端Y/A的电平跟随着第三正向通道13的输入电平转为高电平或低电平，以及，485总线数字隔离器的第二总线端Z/B的电平反向跟随转为低电平或高电平，此时485总线数字隔离器进入正常收发状态。

在一个实施例中，当驱动器未被使能时，485总线数字隔离器的第一总线端Y/A和第二总线端Z/B处于高阻态状态。

在一个实施例中，当第一电源引脚VDD1和第二电源引脚VDD2同时上电且驱动器被使能时，若第三正向通道13开路，则485总线数字隔离器的第一总线端Y/A的电平为高电平，485总线数字隔离器的第二总线端Z/B的电平为低电平。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种合封的485总线数字隔离器，其特征在于，包括相互连接的数字隔离器和总线收发器；

所述数字隔离器包括：

第一正向通道，所述第一正向通道的输入端连接外部的通信设备，所述第一正向通道的输出端连接所述总线收发器的驱动器使能端；

第二正向通道，所述第二正向通道的输入端连接所述通信设备，所述第二正向通道的输出端连接所述总线收发器的驱动器数据端；

第三正向通道，所述第三正向通道的输入端连接所述通信设备，所述第三正向通道的输出端连接所述总线收发器的接收器使能端；

所述数字隔离器的正向使能端与所述第三正向通道的输出端短接，所述数字隔离器的正向使能端用于同时控制所述第一正向通道、所述第二正向通道和所述第三正向通道的使能有效；

反向通道，所述反向通道的输入端连接所述总线收发器的接收器数据端，所述反向通道的输出端连接所述通信设备；

所述数字隔离器中对应于所述反向通道的反向使能端连接所述通信设备；

当所述反向使能端和所述第三正向通道输入高电平或开路时，所述数字隔离器和所述总线收发器处于输出截止状态。

2.根据权利要求1所述的485总线数字隔离器，其特征在于，所述反向通道的反向使能端为低电平有效；

所述数字隔离器的正向使能端为低电平有效，所述总线收发器的接收器使能端为低电平有效；

所述反向使能端和所述正向使能端默认为高电平。

3.根据权利要求2所述的485总线数字隔离器，其特征在于，所述第三正向通道的输入端连接所述通信设备的低功耗使能引脚；

当所述通信设备进入低功耗模式时，所述通信设备的低功耗使能引脚设置为开路或高电平，以使得所述第三正向通道的输入端的连接引脚被置为高电平或开路。

4.根据权利要求2所述的485总线数字隔离器，其特征在于，所述数字隔离器包括第一电源引脚，所述第一电源引脚连接所述通信设备的供电端；

所述数字隔离器还包括第二电源引脚，所述第二电源引脚与所述总线收发器的供电引脚短接，所述总线收发器的供电引脚连接外部总线上的供电引脚；

当所述第一电源引脚和所述第二电源引脚同时上电时，所述485总线数字隔离器进入正常工作状态；

当所述第一电源引脚和所述第二电源引脚同时下电时，所述485总线数字隔离器的第一总线端和第二总线端处于高阻态状态。

5.根据权利要求4所述的485总线数字隔离器，其特征在于，当所述第一电源引脚和所述第二电源引脚同时上电后，所述通信设备通过向所述第二正向通道输入高电平，以对所述总线收发器的驱动器进行使能；

当所述驱动器被使能后，所述485总线数字隔离器的第一总线端的电平随着所述第三正向通道的输入电平转为高电平或低电平，以及，所述485总线数字隔离器的第二总线端的电平转为低电平或高电平。

6.根据权利要求5所述的485总线数字隔离器，其特征在于，当所述驱动器未被使能时，所述485总线数字隔离器的第一总线端和第二总线端处于高阻态状态。

7.根据权利要求5所述的485总线数字隔离器，其特征在于，当所述第一电源引脚和所述第二电源引脚同时上电且所述驱动器被使能时，若所述第三正向通道开路，则所述485总线数字隔离器的第一总线端的电平为高电平，所述485总线数字隔离器的第二总线端的电平为低电平。

8.根据权利要求1所述的485总线数字隔离器，其特征在于，所述数字隔离器的第一接地端经由所述通信设备接地，所述数字隔离器的第二接地端与所述总线收发器的接地端短接并经由外部总线接地。