CN216390981U - 可实现电源的使能控制的uart扩展接收电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，所述电路包括电源输入引脚(1)、依次设置在电源输入引脚(1)上的充放电模块(2)和稳压模块(3)、UART接收漏极开路输入引脚(4)和UART发送漏极开路输出引脚(5)，所述电路还包括与电源输入引脚(1)、UART接收漏极开路输入引脚(4)和稳压模块(3)的使能端(EN)分别相连并可在UART接收漏极开路输入引脚(4)持续输出同一信号时根据此信号将使能端(EN)拉低以关闭稳压模块(3)的开关模块(6)。本实用新型在不改变原有UART接口定义的前提下，实现了通信模块的快速掉电和快速重启，提高了电表工作效率。

Description

可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路

技术领域

本实用新型涉及电能表技术领域，尤其涉及可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路。

背景技术

智能电表上都有一个实现远程无人抄表的通信模块。通常，该通信模块都是可插拔的，如此，在电表和通信模块之间有一个硬件接口UART。从通信模块这一端看，该接口具有电源输入、UART接收漏极开路输入和UART发送漏极开路输出这3个引脚定义，如图1所示。

根据现有的硬件接口设计，在“电源输入”正常供电情况下，会通过“超级电容/电池-充放电”电路给超级电容或者电池充电，由于充电的目标电压小于电源的输入电压，此时VD1截止，由输入电源给后端的“稳压器”电路供电，输出一个稳定的电压供后端电路使用；而在“电源输入”无电压的情况下，VD1导通，“超级电容/电池-充放电”开始放电，供“稳压器”工作，VD2截止，避免向前端放电浪费超级电容或者电池的能量。

此结构存在一个弊端，当通信模块死机，或者电表需要主动重启通信模块的时候，需要通信模块有一个重新上电的过程，即电表要先关断通信电源的“电源输入”端，等待若干时间后，再重新开启“电源输入”端，但是由于超级电容或者电池的作用，导致即使关断了“电源输入”端，通信模块也不会马上掉电，导致等待时间过长(5分钟以上)。

目前常见解决方式是在接口电路上增加一个引脚定义，通过该引脚定义来控制“稳压器”电路的开或关，但实际情况是更多时候，设计者并不希望去改变引脚接口定义，而是希望在不改变原有定义基础上实现通信模块的快速掉电和快速重启。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的即在于提供一种无需改变引脚定义，通过UART输入信号即可控制通信模块快速掉电，实现通信模块快速重启的可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，所述电路包括电源输入引脚、依次设置在电源输入引脚上的充放电模块和稳压模块、UART接收漏极开路输入引脚和UART发送漏极开路输出引脚，其特征在于：所述电路还包括与电源输入引脚、UART接收漏极开路输入引脚和稳压模块的使能端分别相连并可在UART接收漏极开路输入引脚持续输出同一信号时根据此信号将使能端拉低以关闭稳压模块的开关模块。

进一步的，所述信号为低电平信号。

进一步，所述开关模块包括与电源输入引脚和UART接收漏极开路输入引脚分别相连并在UART接收漏极开路输入引脚持续输出低电平时不导通的第一开关模块、与电源输入引脚和稳压模块的使能端分别相连的第二开关模块；

所述第一开关模块与第二开关模块相连以通过自身的关断来确保第二开关模块导通以拉低使能端。

进一步的，所述第一开关模块包括第一电阻分压网络以及与第一电阻分压网络和第二开关模块分别相连的第一开关管，所述第一电阻分压网络的分压处连接UART接收漏极开路输入引脚。

进一步的，所述第二开关模块包括第二电阻分压网络、与第二电阻分压网络和稳压模块的使能端分别相连的第二开关管以及与第二电阻分压网络配合而决定第二开关管导通速度的电容。

进一步的，所述第一电阻分压网络包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻一端连接电源输入引脚而另一端连接第二电阻和UART接收漏极开路输入引脚，所述第二电阻的另一端接地；

所述第一开关管为栅极连接第一电阻的另一端而漏极连接第二电阻分压网络的分压处且源极接地的MOS管。

进一步的，所述第二电阻分压网络包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻一端连接电源输入引脚而另一端与第一开关管的漏极和第四电阻相连，所述第四电阻的另一端接地；

所述第二开关管为栅极连接第三电阻的另一端而漏极连接稳压模块的使能端且源极接地的MOS管；

所述电容并联在第四电阻两端。

进一步的，所述电路还包括设置在第一电阻的另一端处以防输入电压经第一电阻输入到后端电路而使后端电路的输入电压超过上限的第一二极管。

进一步的，所述电路还包括当充放电模块放电时防倒灌的第二二极管。

进一步的，所述电路还包括在电源输入引脚正常工作时实现充放电模块和电源输入引脚供电方式二选一以向稳压模块供电的第三二极管。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过利用硬件接口电路传输信息时引脚信号输出特点，使UART接收漏极开路输入引脚持续输出低电平，使第二开关模块导通，将稳压模块的使能端拉低，从而通过关闭稳压模块使通信模块快速掉电，很好的实现了在不改变硬件接口引脚定义的前提下，巧妙利用引脚信号信息与稳压模块之间的关系，实现了通信模块的快速重启，提高了电能表工作效率。

附图说明

图1为现有UART引脚定义电路原理图。

图2为本申请改进后的UART引脚电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图2所示，本申请的可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路包括电源输入引脚1、依次设置在电源输入引脚1上的充放电模块2和稳压模块3、UART接收漏极开路输入引脚4和UART发送漏极开路输出引脚5，该电路还包括与电源输入引脚1、UART接收漏极开路输入引脚4和稳压模块3的使能端分别相连并可在UART接收漏极开路输入引脚4持续输出同一信号时根据此信号将使能端拉低以关闭稳压模块3的开关模块6，在本申请中，该充放电模块2由超级电容或电池构成。

正常的UART通信，UART接收漏极开路输入引脚4在空闲时处于高电平，而且每次传输完毕后，也会有一个高电平的结束位，换言之，UART接收漏极开路输入引脚4仅在传输信号时才处于低电平，在其他情形包括电表断电不工作的情况下，都会处于高阻态，而不会出现低电平，所以UART通信线不会保持长时间的低电平状态。

而在其进行信号传输时，其也仅是短暂的处于低电平状态，该短暂的维持低电平状态时间无法让稳压器的使能端被拉低，故而，在目前的UART硬件接口电路设计中，其内的稳压模块一直处于工作状态。

现在，本申请通过使UART接收漏极开路输入引脚4持续处于同一信号状态，利用该信号将稳压模块的使能端拉低，将稳压模块关闭，从而将充电模块与后端通信模块之间的连接切断，巧妙的解决了现有通信模块的无法快速断电和重启的问题。

在本申请中，该信号为低电平信号。也即，本申请即是充分利用了信号线传输时处于低电平状态的特点进行了关断操作，当然，也可以是利用信号线长期处于高电平状态的特点进行电路设计，只是该种情形下，需要充分利用信号跳变这一特点，且也会导致电路设计更加复杂，虽然此情形下的设计很容易知晓，但作为优选，本申请优选采用输出信号为低电平的特点进行改进。

具体的，该开关模块6包括与电源输入引脚1和UART接收漏极开路输入引脚4分别相连并在UART接收漏极开路输入引脚4持续输出低电平时不导通的第一开关模块61、与电源输入引脚1和稳压模块3的使能端EN分别相连的第二开关模块62；该第一开关模块61与第二开关模块62相连以通过自身的关断来确保第二开关模块62导通以拉低使能端。

如图2所示，该第一开关模块61包括第一电阻分压网络611以及与第一电阻分压网络611和第二开关模块62分别相连的第一开关管612，第一电阻分压网络611的分压处连接UART接收漏极开路输入引脚4。

第二开关模块62包括第二电阻分压网络621、与第二电阻分压网络621和稳压模块3的使能端EN分别相连的第二开关管622以及与第二电阻分压网络621配合而决定第二开关管622导通速度的电容623。

在本实施例中，该一电阻分压网络611包括第一电阻R3和第二电阻R6，第一电阻R3的一端连接电源输入引脚1而另一端连接第二电阻R6和UART接收漏极开路输入引脚4，第二电阻R6的另一端接地；与此同时，第一开关管612为栅极连接第一电阻R3的另一端而漏极连接第二电阻分压网络621的分压处且源极接地的MOS管M3。

第二电阻分压网络621包括第三电阻R4和第四电阻R5，第三电阻R4的一端连接电源输入引脚1而另一端与第一开关管612的漏极和第四电阻R5相连，第四电阻R5的另一端接地；第二开关管622为栅极连接第三电阻R4的另一端而漏极连接稳压模块3的使能端EN且源极接地的MOS管M2，电容C1并联在第四电阻R5两端。

继续参见图2，该电路还包括设置在第一电阻R3的另一端处以防输入电压经第一电阻R3输入到后端电路而使后端电路的输入电压超过上限的第一二极管VD4、当充放电模块2放电时防倒灌的第二二极管VD2以及在电源输入引脚1正常工作时实现充放电模块2和电源输入引脚1供电方式二选一以向稳压模块3供电的第三二极管VD1。

该电路的工作方式如下：当UART接收漏极开路输入引脚4上保持低电平时，M3截止，稳压模块3的输入电压通过R4、R5分压后给M2的栅极充电，由于C1的存在，M2的栅极电压缓慢上升，由此相当于又变相继续延长了UART接收漏极开路输入引脚4上低电平的持续时间，当M2的栅源电压Vgs超过门限值时，M2开始导通，稳压模块3的使能端EN开始放电，当稳压模块3的使能端EN电压低于下限值时，稳压模块3停止工作，通信模块掉电，如此，实现通过使能端EN关闭稳压模块。

当UART接收漏极开路输入引脚4出现高阻态时，R3和R6分压后的电压给到M3的栅极，M3导通，M2的栅极通过M3的漏极迅速放电，M2截止，稳压模块3处于正常工作状态。

也即，本申请中稳压模块对外引出了使能控制端“EN”，当“EN”的外部输入为高阻态的时候，由稳压模块电路内部的偏置电压确保稳压模块电路处于正常工作状态，而当“EN”输入低电平的时候，可以关闭稳压模块电路。该电路设计中，相较于现有设计(图1所示)，增加了R3、R4、R5、R6、C1、M2、M3和VD4这几个器件，其中，VD4用于截止经R3过来的过高的电压，避免输入信号的电压超过MCU IO的上限，其余器件用于实现稳压模块的使能控制端“EN”输入的作用，以确保当UART接收漏极开路输入引脚上出现长时间(不长于5s)的低电平时，可以触发M2输出低电平，关闭稳压模块，从而实现关闭通信模块的工作电源。

本申请通过利用硬件接口电路传输信息时引脚信号输出特点，使UART接收漏极开路输入引脚持续输出低电平，使第二开关模块导通，将稳压模块的使能端拉低，从而通过关闭稳压模块使通信模块快速掉电，很好的实现了在不改变硬件接口引脚定义的前提下，巧妙利用引脚信号信息与稳压模块之间的关系，实现了通信模块的快速重启，提高了电能表工作效率。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，所述电路包括电源输入引脚(1)、依次设置在电源输入引脚(1)上的充放电模块(2)和稳压模块(3)、UART接收漏极开路输入引脚(4)和UART发送漏极开路输出引脚(5)，其特征在于：

所述电路还包括与电源输入引脚(1)、UART接收漏极开路输入引脚(4)和稳压模块(3)的使能端(EN)分别相连并可在UART接收漏极开路输入引脚(4)持续输出同一信号时根据此信号将使能端(EN)拉低以关闭稳压模块(3)的开关模块(6)。

2.根据权利要求1所述可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，其特征在于：

所述信号为低电平信号。

3.根据权利要求2所述可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，其特征在于：

所述开关模块(6)包括与电源输入引脚(1)和UART接收漏极开路输入引脚(4)分别相连并在UART接收漏极开路输入引脚(4)持续输出低电平时不导通的第一开关模块(61)、与电源输入引脚(1)和稳压模块(3)的使能端(EN)分别相连的第二开关模块(62)；

所述第一开关模块(61)与第二开关模块(62)相连以通过自身的关断来确保第二开关模块(62)导通以拉低使能端(EN)。

4.根据权利要求3所述可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，其特征在于：

所述第一开关模块(61)包括第一电阻分压网络(611)以及与第一电阻分压网络(611)和第二开关模块(62)分别相连的第一开关管(612)，所述第一电阻分压网络(611)的分压处连接UART接收漏极开路输入引脚(4)。

5.根据权利要求4所述可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，其特征在于：

所述第二开关模块(62)包括第二电阻分压网络(621)、与第二电阻分压网络(621)和稳压模块(3)的使能端(EN)分别相连的第二开关管(622)以及与第二电阻分压网络(621)配合而决定第二开关管(622)导通速度的电容(623)。

6.根据权利要求5所述可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，其特征在于：

所述第一电阻分压网络(611)包括第一电阻(R3)和第二电阻(R6)，所述第一电阻(R3)的一端连接电源输入引脚(1)而另一端连接第二电阻(R6)和UART接收漏极开路输入引脚(4)，所述第二电阻(R6)的另一端接地；

所述第一开关管(612)为栅极连接第一电阻(R3)的另一端而漏极连接第二电阻分压网络(621)的分压处且源极接地的MOS管。

7.根据权利要求6所述可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，其特征在于：

所述第二电阻分压网络(621)包括第三电阻(R4)和第四电阻(R5)，所述第三电阻(R4)的一端连接电源输入引脚(1)而另一端与第一开关管(612)的漏极和第四电阻(R5)相连，所述第四电阻(R5)的另一端接地；

所述第二开关管(622)为栅极连接第三电阻(R4)的另一端而漏极连接稳压模块(3)的使能端(EN)且源极接地的MOS管；

所述电容(623)并联在第四电阻(R5)两端。

8.根据权利要求6所述可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，其特征在于：

所述电路还包括设置在第一电阻(R3)的另一端处以防输入电压经第一电阻(R3)输入到后端电路而使后端电路的输入电压超过上限的第一二极管(VD4)。

9.根据权利要求6所述可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，其特征在于：

所述电路还包括当充放电模块(2)放电时防倒灌的第二二极管(VD2)。

10.根据权利要求6所述可实现电源的使能控制的UART扩展接收电路，其特征在于：

所述电路还包括在电源输入引脚(1)正常工作时实现充放电模块(2)和电源输入引脚(1)供电方式二选一以向稳压模块(3)供电的第三二极管(VD1)。

Images