无极性RS485通信接口芯片的设计与研究
发布时间：2021-01-18 15:53
RS485协议作为国际通用串口通信标准,拥有传输距离远、抗干扰能力强、连接线路简单、价格较低廉等特点,因此在工业领域、电力通讯、智能仪表以及数据采集中有着广泛的应用,现有的电能表普遍采用RS485组网通信和数据采集。本文设计一款带有无极性功能的RS485接口芯片,芯片满足RS485标准协议并且增加了无极性功能使芯片A、B端口能自适应总线上的极性,避免端口和总线反接带来通讯失败。本文基于RS485标准协议,选取HHgrace.18μm BCDMOS工艺,利用Cadence仿真平台,设计了一款半双工通信的无极性RS485芯片。芯片整体上分为驱动器、接收器、无极性功能模块、可靠性模块四个部分的设计,其中驱动器将TTL单端信号转化成差分信号,接收器是将差分信号转换成TTL单端信号,驱动器、接收器的这种差分传输方式能有效的抑制共模信号,极大减小了噪声对传输数据的影响。无极性功能部分实现A、B端口自适应总线上的极性。可靠性设计一方面是为增强驱动器和接收器性能,其中对于驱动器来说,通过增加过电压保护、过电流保护、过温度保护等模块使驱动器的性能更加可靠,而对接收器增加带故障保护结构使芯片具有开路和短路...
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１电路设计流程图??本课题的无极性ＲＳ４８５芯片具有以下特点
硕士学位论文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??本文依据上述参数指标来设计相应功能模块并且调节参数进行优化，最终得到??符合４８５标准及预设参数指标的完整结构。图１．２为芯片的内部结构图。??Ｒ０???ｒ－＿．?ｉ＿??ＲＥ?Ｑ－?＾——???１?ＰＯＬＡＲＩＴＹ??ＤＥ??ＣＯＲＲＥＣＴ??ＦＬ??ＤＩ?????？?１?—?????Ｄ??图１．２芯片结构图??１．４论文工作及内容安排??１．４．１论文工作内容??（１）芯片总体方案设计??芯片设计采用ＨＨｇｒａｃｅ．ｌ８ｐｍ?ＢＣＤＭＯＳ工艺，一方面，采用ＢＣＤＭＯＳ［３１】工艺??的目的是ＲＳ４８５芯片接入到４８５总线上需要预防总线上的电压过高、电流过大等问??题，而ＢＣＤＭＯＳ工艺中包含有抗高压的ＤＭＯＳ［３２］管，这样芯片端口的驱动管直接??采用高压管就能起到抗压效果印ｐ４］，另一方面，该工艺可以确定相应的ＭＯＳ管、??电阻、电容以及三极管等元器件，不同工艺的基本器件的性能有很大差异，因此这??对芯片最终实现的参数指标、整体性能有很大影响，确定完相关工艺后在Ｃａｄｅｎｃｅ??平台上对每个功能模块进行电路设计、调试与仿真，最后将子模块组合成完整电路??进行仿真验证。??总体上，芯片的内部设计分为驱动器、接收器、无极性控制模块以及可靠性保??护模块四个部分，每个部分的设计都是在实现的相关功能的基础上，调节电路关键??参数使电路性能符合ＲＳ４８５协议和预设的参数指标，下面对每个部分的设计所涉及??的难点做简要介绍和分析。??（２）芯片设计难点分析??对于接收器设计的难点有以下三部分，首先，如何对抗总线上高电压，因
丨硕士学位论文??ＭＡＳＴＩ：Ｒ＊Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??．．Ｃ??标准带负载能力、通信距离、通信速率、抗干扰能力得到进一步的提升，因此在目??前的通信中应用更加普遍。以上的ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＲＳ４８５标准协议内容只包含接??口的电气特性，用户可以在此基础之上建立自己的高层通信协议，这样便于实际的??应用开发［４９］＿。??２．２串行通信方式的介绍??串行通信方式依据信号传送的方向可以分为三种：全双工、半双工以及单工。??实际中全双工和半双工应用较多，单工模式因为无法实现设备之间的双向传输而很??少采用，下面对三种传输方式分别进行详细的介绍。??全双工通信如图２．１，设备Ａ能向设备Ｂ发送数据的同时设备Ｂ也能向设备Ａ??发送数据，这种方式称为全双工通信。全双工通信的方式是采用两根数据线，双方??都拥有发送数据、接收数据的能力，并且无需进行数据传输方向的切换避免了因为??切换传输方向带来的时间延迟，对有些不能有时间延迟的交互式应用十分有利，比??如远程检测和控制系统。??设备Ａ?设备Ｂ??接收器??？发送器??发送器????接收器??图２．１全双工通信图??设备Ａ?设备Ｂ??接收器—＾＼?／＾发送器??发送器＿?＿接收器??图２．２半双工通信图??半双工通信如图２．２，在同一时刻，设备Ａ只能处于发送数据和接收数据状态??下的一种，设备Ｂ同理。通信只采用一根数据线，通信双方在某一时刻只能处于驱??动器使能或者接收器使能，因此半双工传输方式需要提供切换方向的能力，通过控??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]RS485通信最优波特率研究[J]. 彭韬,刘根利,杨宝军,翟渊. 无线互联科技. 2020(03)
[2]基于RS485总线的主从通信方法[J]. 白曦,王俊. 数字通信世界. 2020(02)
[3]EDA公共技术服务平台的发展和作用研究[J]. 吴克栋. 科技资讯. 2019(29)
[4]基于RS485总线的远程称重终端数据采集系统设计[J]. 许连阁. 昆明冶金高等专科学校学报. 2019(05)
[5]一种基于RS485的异步串行通信设计[J]. 刘晨峰. 中国新通信. 2019(10)
[6]RS485总线接口性能测试仪设计与开发[J]. 唐夕晴,李建闽,佘晓烁. 电测与仪表. 2019(07)
[7]异步串行通信协议的设计与实现[J]. 贾昊,张烨,崔忠政,徐曌,杨扬,徐佳. 电子制作. 2018(20)
[8]基于RS485总线的起落架控制系统实时通信算法实现[J]. 邓志云,路红伟. 计算机测量与控制. 2018(07)
[9]CANOpen/RS485网关协议转换软件的研发[J]. 曲晶,蓝毅,梁海清. 轨道交通装备与技术. 2018(04)
[10]多模式同步串行通信控制器设计[J]. 杨兴辉,吴曙辉. 电子测量技术. 2018(13)
硕士论文
[1]基于多次离子注入工艺的DMOS器件设计[D]. 钟子期.电子科技大学 2018
[2]15KV ESD的RS485收发器芯片的设计与实现[D]. 曹小强.电子科技大学 2017
[3]无极性RS485接口芯片的研究与实现[D]. 袁晖晖.湘潭大学 2015
[4]基于Modbus的RS-485总线通信体系的流量控制协议研究[D]. 卢石磊.兰州理工大学 2014
[5]总线化控制模块的设计与实现[D]. 唐文静.哈尔滨工业大学 2012
[6]基于RS485通信的智能暖通空调控制系统的设计[D]. 董治刚.苏州大学 2011
[7]功率集成与0.35微米BCD工艺研究[D]. 张帅.复旦大学 2009
[8]RS-485通信接口芯片的IC设计与实现[D]. 辛萌萌.大连理工大学 2008
[9]工业用USB到RS485接口转换的研究和设计[D]. 黄常蓉.上海交通大学 2007
[10]TL16C554芯片的逆向设计[D]. 陈智.哈尔滨理工大学 2006
本文编号：2985219
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１电路设计流程图??本课题的无极性ＲＳ４８５芯片具有以下特点
硕士学位论文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??本文依据上述参数指标来设计相应功能模块并且调节参数进行优化，最终得到??符合４８５标准及预设参数指标的完整结构。图１．２为芯片的内部结构图。??Ｒ０???ｒ－＿．?ｉ＿??ＲＥ?Ｑ－?＾——???１?ＰＯＬＡＲＩＴＹ??ＤＥ??ＣＯＲＲＥＣＴ??ＦＬ??ＤＩ?????？?１?—?????Ｄ??图１．２芯片结构图??１．４论文工作及内容安排??１．４．１论文工作内容??（１）芯片总体方案设计??芯片设计采用ＨＨｇｒａｃｅ．ｌ８ｐｍ?ＢＣＤＭＯＳ工艺，一方面，采用ＢＣＤＭＯＳ［３１】工艺??的目的是ＲＳ４８５芯片接入到４８５总线上需要预防总线上的电压过高、电流过大等问??题，而ＢＣＤＭＯＳ工艺中包含有抗高压的ＤＭＯＳ［３２］管，这样芯片端口的驱动管直接??采用高压管就能起到抗压效果印ｐ４］，另一方面，该工艺可以确定相应的ＭＯＳ管、??电阻、电容以及三极管等元器件，不同工艺的基本器件的性能有很大差异，因此这??对芯片最终实现的参数指标、整体性能有很大影响，确定完相关工艺后在Ｃａｄｅｎｃｅ??平台上对每个功能模块进行电路设计、调试与仿真，最后将子模块组合成完整电路??进行仿真验证。??总体上，芯片的内部设计分为驱动器、接收器、无极性控制模块以及可靠性保??护模块四个部分，每个部分的设计都是在实现的相关功能的基础上，调节电路关键??参数使电路性能符合ＲＳ４８５协议和预设的参数指标，下面对每个部分的设计所涉及??的难点做简要介绍和分析。??（２）芯片设计难点分析??对于接收器设计的难点有以下三部分，首先，如何对抗总线上高电压，因
丨硕士学位论文??ＭＡＳＴＩ：Ｒ＊Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??．．Ｃ??标准带负载能力、通信距离、通信速率、抗干扰能力得到进一步的提升，因此在目??前的通信中应用更加普遍。以上的ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＲＳ４８５标准协议内容只包含接??口的电气特性，用户可以在此基础之上建立自己的高层通信协议，这样便于实际的??应用开发［４９］＿。??２．２串行通信方式的介绍??串行通信方式依据信号传送的方向可以分为三种：全双工、半双工以及单工。??实际中全双工和半双工应用较多，单工模式因为无法实现设备之间的双向传输而很??少采用，下面对三种传输方式分别进行详细的介绍。??全双工通信如图２．１，设备Ａ能向设备Ｂ发送数据的同时设备Ｂ也能向设备Ａ??发送数据，这种方式称为全双工通信。全双工通信的方式是采用两根数据线，双方??都拥有发送数据、接收数据的能力，并且无需进行数据传输方向的切换避免了因为??切换传输方向带来的时间延迟，对有些不能有时间延迟的交互式应用十分有利，比??如远程检测和控制系统。??设备Ａ?设备Ｂ??接收器??？发送器??发送器????接收器??图２．１全双工通信图??设备Ａ?设备Ｂ??接收器—＾＼?／＾发送器??发送器＿?＿接收器??图２．２半双工通信图??半双工通信如图２．２，在同一时刻，设备Ａ只能处于发送数据和接收数据状态??下的一种，设备Ｂ同理。通信只采用一根数据线，通信双方在某一时刻只能处于驱??动器使能或者接收器使能，因此半双工传输方式需要提供切换方向的能力，通过控??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]RS485通信最优波特率研究[J]. 彭韬,刘根利,杨宝军,翟渊. 无线互联科技. 2020(03)
[2]基于RS485总线的主从通信方法[J]. 白曦,王俊. 数字通信世界. 2020(02)
[3]EDA公共技术服务平台的发展和作用研究[J]. 吴克栋. 科技资讯. 2019(29)
[4]基于RS485总线的远程称重终端数据采集系统设计[J]. 许连阁. 昆明冶金高等专科学校学报. 2019(05)
[5]一种基于RS485的异步串行通信设计[J]. 刘晨峰. 中国新通信. 2019(10)
[6]RS485总线接口性能测试仪设计与开发[J]. 唐夕晴,李建闽,佘晓烁. 电测与仪表. 2019(07)
[7]异步串行通信协议的设计与实现[J]. 贾昊,张烨,崔忠政,徐曌,杨扬,徐佳. 电子制作. 2018(20)
[8]基于RS485总线的起落架控制系统实时通信算法实现[J]. 邓志云,路红伟. 计算机测量与控制. 2018(07)
[9]CANOpen/RS485网关协议转换软件的研发[J]. 曲晶,蓝毅,梁海清. 轨道交通装备与技术. 2018(04)
[10]多模式同步串行通信控制器设计[J]. 杨兴辉,吴曙辉. 电子测量技术. 2018(13)
硕士论文
[1]基于多次离子注入工艺的DMOS器件设计[D]. 钟子期.电子科技大学 2018
[2]15KV ESD的RS485收发器芯片的设计与实现[D]. 曹小强.电子科技大学 2017
[3]无极性RS485接口芯片的研究与实现[D]. 袁晖晖.湘潭大学 2015
[4]基于Modbus的RS-485总线通信体系的流量控制协议研究[D]. 卢石磊.兰州理工大学 2014
[5]总线化控制模块的设计与实现[D]. 唐文静.哈尔滨工业大学 2012
[6]基于RS485通信的智能暖通空调控制系统的设计[D]. 董治刚.苏州大学 2011
[7]功率集成与0.35微米BCD工艺研究[D]. 张帅.复旦大学 2009
[8]RS-485通信接口芯片的IC设计与实现[D]. 辛萌萌.大连理工大学 2008
[9]工业用USB到RS485接口转换的研究和设计[D]. 黄常蓉.上海交通大学 2007
[10]TL16C554芯片的逆向设计[D]. 陈智.哈尔滨理工大学 2006
本文编号：2985219
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