CN204272060U - 双边修调的总线接口阈值比较器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双边修调的总线接口阈值比较器电路，本实用新型在现有技术中的的RS-485接收器阈值判断电路的输入级中，增加了场效应管和电阻，所述电阻串联在比较器的正向输入端；所述场效应管的门级连接所述比较器的输出端，所述场效应管的源极和漏极分别连接在所述电阻两端。通过增加起开关作用的场效应管和电阻，精确控制了比较器阈值，采用此种控制，迟滞量控制精确，电路受随电源电压、温度等因素影响极小。其进一步改进方案是在比较器的负向输入端增加了两个电阻和两个分别对电阻起开关作用的场效应管，可双边调整比较器的阈值，进一步减小电路元件制作不精确对阈值造成的影响。

Description

双边修调的总线接口阈值比较器电路

技术领域

本实用新型属于总线接口的技术领域，涉及一种阈值比较器电路，尤其涉及一种双边修调的总线接口阈值比较器电路。

背景技术

RS-485是美国电气工业联合会(EIA)制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通信标准，主要针对远距离、高灵敏度、多点通讯。

众所周知，现有的符合RS-485通信标准的接口芯片采用的是一种差分传输方式，各节点之间的通信都是通过一对(半双工)或两对(全双工)双绞线作为传输介质。根据RS-485的标准规定，接收器的接收灵敏度为±200mV，即接收端的差分电压大于、等于+200mV时，接收器输出为高电平；小于、等于-200mV时，接收器输出为低电平；介于±200mV之间时，接收器输出为不确定状态。在总线空闲即传输线上所有节点都为接收状态以及在传输线开路或短路故障时，若不采取特殊措施，则接收器可能输出高电平也可能输出低电平。使用带故障保护的芯片，它会在总线开路、短路和空闲情况下，使接收器的输出为高电平。确保总线空闲、短路时接收器输出高电平是由改变接收器输入门限来实现的。一般将输入灵敏度设定为为-50mV/-200mV，即差分接收器输入电压U_A-B≥-50mV时，接收器输出逻辑高电平；如果U_A-B≤-200mV，则输出逻辑低电平。当接收器输入端总线短路或总线上所有发送器被禁止时，接收器差分输入端为0V，从而使接收器输出高电平。

但由于实际应用环境的差别，以上阈值范围太宽容易出现以下问题。

首先，为节省成本，如图1所示，一般通信中总线的“高”电位是由上拉电阻R1将总线A拉高，下拉电阻R2将总线B拉低，这样得到的A、B总线之间的差分电压是连接在总线上的RS-485接收器输入阻抗(典型值96kΩ)上的差分电压。如果总线上并联的RS-485超过一定数量，负载阻抗降低到0.8kΩ(并联120个)以下时总线上传输“高信号”的差分电压不足200mV，不能使RS-485接收器翻转。

第二，在实际应用中为了消除总线上由于阻抗不连续导致的反射，有时需要在总线两端各加一个120Ω的匹配电阻，当加入匹配电阻后，总线之间的阻抗最高只有60Ω，更加不能满足差分电压大于200mV阈值电压的要求。

由于上述问题，需要将RS-485接收器差分输入阈值在满足RS-485规范的前提下进一步降低，并能够精确控制。

同时，由于实际制造过程中的失调，实际的比较器阈值会在一定范围内变化，如何在保证量率的同时控制阈值变化范围，始终是现有技术中的一个难点。

图2为现有技术中的RS-485接收器阈值判断电路的输入级的具体电路。包括电源电路、比较器C、三极管Q5、三极管Q6、电阻R1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8。三极管Q5和三极管Q6为PNP型三极管。电阻R1一端连接电源电路的输出端，另一端连接三极管Q5的发射极，三极管Q5的基极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端为端口A。三极管Q6的发射极连接电源电路的输出端，三极管Q6的基极连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端为端口B。三极管Q5和三极管Q6的集电极相连接；电阻的一端连接三极管Q5的基极，另一端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接三极管Q6的基极。电阻R6和电阻R8的公共端为端口VCM。比较器C的正向输入端连接电源电路和电阻R1的公共端，比较器C的负向输入端连接电源电路和三极管Q6的公共端。

实用新型内容

为了解决现有技术中的不足，本实用新型公开了一种双边修调的总线接口阈值比较器电路。

本实用新型的技术方案如下：

一种双边修调的总线接口阈值比较器电路，包括电源电路、比较器、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻；所述第一电阻一端连接电源电路的输出端，另一端连接所述第一三极管的发射极，所述第一三极管的基极连接所述第五电阻的一端，第五电阻的另一端为端口A；所述第二三极管的发射极连接电源电路的输出端，所述第二三极管的基极连接所述第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端为端口B；所述第一三极管和第二三极管的集电极相连接；所述第六电阻的一端连接所述第一三极管的基极，另一端连接所述第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端连接所述第二三极管的基极；所述比较器的正向输入端连接电源电路和第一电阻的公共端，比较器的负向输入端连接电源电路和第二三极管的公共端；

还包括第一场效应管和第二电阻，所述第二电阻串联在所述第一电阻和所述第一三极管的发射极之间；所述第一场效应管的门级连接所述比较器的输出端，所述所述第一场效应管的源极和漏极分别连接在所述第二电阻两端。

其进一步的技术方案为：还包括第三电阻、第四电阻、第九电阻、第二场效应管、第三场效应管；所述第九电阻串联在所述第一电阻和第二电阻之间；所述第三电阻和第四电阻串联在所述比较器的负向输入端和所述第二三极管的发射极之间，所述第二场效应管的源极和漏极分别连接在所述第三电阻的两端，所述第三场效应管的源极和漏极分别连接在所述第四电阻的两端。

本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型提供了一种双边修调电路，通过增加起开关作用的场效应管和电阻，精确控制了比较器阈值，采用此种控制方式，迟滞量得到了精确控制，电路受电源电压、温度等因素影响极小。其进一步改进方案是在比较器的负向输入端增加了两个电阻与两个分别对电阻起开关作用的场效应管，这样的改变可以根据实际情况从比较器的两个输入端调整比较器的阈值，减小了电路元件制作不精确对阈值产生的影响。本实用新型所公开的电路结构紧凑，具有过压、欠压和过流保护，安全可靠。

附图说明

图1是RS-485接口的常规连接方式。

图2是现有技术电路图。

图3是本实用新型电路图。

图4是本实用新型的一种优化方案。

具体实施方式

在图2中，由于端口A、端口B均在-7V～12V范围内变化，无法直接作为比较器的输入电压，需要先如图2所示进行电压转换：

$\mathrm{VB}=\mathrm{VCM}\×\frac{6}{7}+\mathrm{VA}\×\frac{1}{7}$

本设计中VCM＝1.25V，VA变化范围为-7V～12V，则VB的范围为：0.07V～2.786V。

在端口A加入失调后，输入到比较器C进行比较。同时在比较器C中引入正反馈，从而实现迟滞。

电源电路输出的电流I满足：

$I=\frac{V_{\mathrm{REF}}}{R1}$

上式中，V_REF为电路内部基准电压。

由于采用正反馈实现的迟滞量变化相对较大，因此考虑采用如下方案进行优化。

图3是本实用新型示意图，如图3中的区域D所示，在现有技术的电路中，增加了场效应管NM1和电阻R2，电阻R2串联在电阻R1和三极管Q5的发射极之间，场效应管NM1的门级连接比较器C的输出端，场效应管NM1的源极和漏极连接在电阻R2两端。

当比较器C未翻转时，场效应管NM1导通，电阻R2被短路，阈值为-I*R1。当比较器C发生翻转后，场效应管NM1关断，此时阈值切换为-I*(R1+R2)。采用此种控制，迟滞量的控制更加精确，电路受电源电压、温度等因素影响极小。

在实际制造过程中，由于电路中的各个电阻、MOS管、BJT管等均有偏差，从而造成实际的翻转阈值在一定范围内变化。因此考虑采用如下电路进行进一步的优化。

图4是本实用新型的一种进一步的优化方案，增加了电阻R3、电阻R4、电阻R0、场效应管NM3、场效应管NM4。电阻R0串联在电阻R1和电阻R2之间，电阻R3和电阻R4串联在比较器C的负向输入端和三极管Q6的发射极之间，场效应管NM3的源极和漏极分别连接在电阻R3两端，场效应管NM4的源极和漏极分别连接在电阻R4的两端。

图4中的电路相对于图3中的电路而言，电阻R1改为了电阻R1和电阻R0串联，并且在电源电路输出的另一支路增加了场效应管NM3和场效应管NM4控制的电阻R3和电阻R4。场效应管的栅极由熔丝控制，初始状态时场效应管NM3导通，场效应管NM4关断。也即初始时电阻R4起作用，此时比较阈值为-I*(R1+R0-R4)。

在此优化方案中，阈值的绝对值调整方法如下：

阈值绝对值调高：如果检测到阈值绝对值偏小，则需要将电阻R4短接。烧断控制场效应管NM4的熔丝，场效应管NM4由关断变为导通，此时比较阈值调节为-I*(R1+R0)。

阈值绝对值调低：如果检测到阈值绝对值偏大，则需要将电阻R3接入。通过烧断控制场效应管NM3的熔丝，场效应管NM3由导通变为关断，此时比较阈值调节为-I*(R1+R0-R4-R3)。

比较阈值可以根据实际情况进行调整，进一步减小了电路中的各个元件的制作不精确对阈值产生的影响。

本实用新型所述的思路也可以应用到迟滞电压的控制上。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种双边修调的总线接口阈值比较器电路，包括电源电路、比较器(C)、第一三极管(Q5)、第二三极管(Q6)、第一电阻(R1)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)；所述第一电阻(R1)一端连接电源电路的输出端，另一端连接所述第一三极管(Q5)的发射极，所述第一三极管(Q5)的基极连接所述第五电阻(R5)的一端，第五电阻(R5)的另一端为端口A；所述第二三极管(Q6)的发射极连接电源电路的输出端，所述第二三极管(Q6)的基极连接所述第七电阻(R7)的一端，所述第七电阻(R7)的另一端为端口B；所述第一三极管(Q5)和第二三极管(Q6)的集电极相连接；所述第六电阻的一端连接所述第一三极管(Q5)的基极，另一端连接所述第八电阻(R8)的一端，所述第八电阻(R8)的另一端连接所述第二三极管(Q6)的基极；所述比较器(C)的正向输入端连接电源电路和第一电阻(R1)的公共端，比较器(C)的负向输入端连接电源电路和第二三极管(Q6)的公共端；

其特征在于：还包括第一场效应管(NM1)和第二电阻(R2)，所述第二电阻(R2)串联在所述第一电阻(R1)和所述第一三极管(Q5)的发射极之间；所述第一场效应管(NM1)的门级连接所述比较器(C)的输出端，所述所述第一场效应管(NM1)的源极和漏极分别连接在所述第二电阻(R2)两端。

2.如权利要求1所述的双边修调的总线接口阈值比较器电路，其特征在于：还包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第九电阻(R0)、第二场效应管(NM3)、第三场效应管(NM4)；所述第九电阻(R0)串联在所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间；所述第三电阻(R3)和第四电阻(R4)串联在所述比较器(C)的负向输入端和所述第二三极管(Q6)的发射极之间，所述第二场效应管(NM3)的源极和漏极分别连接在所述第三电阻(R3)的两端，所述第三场效应管(NM4)的源极和漏极分别连接在所述第四电阻(R4)的两端。