无极性RS485接口芯片的研究与实现

发布时间：2017-04-17 08:21

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【摘要】：由于具有控制方便、设计简单、架设成本低等方面优点,RS485总线已经成为智能电网等长距离数据通信的首选方案。当前国内RS485接口芯片占据较大市场,广泛应用于工业控制、电力通迅、智能楼宇、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品、公路监控体系等诸多领域。但是基于传统技术的RS485收发器对极性要求固定,在应用时经常出现数据通信端口A和B接反的问题,这种失误往往造成很大损失,为了减少由于操作失误导致的损失,设计并开发制造一款具有无极性功能的RS485接口芯片具有重要的学术价值和经济意义。基于RS485标准通信协议,本文设计了一款具有无极性功能的RS485接口芯片[1],采用Cadence软件作为设计平台以及台湾旺宏0.5μm高压CMOS工艺,完成了无极性RS485接口芯片的接收器、发送器、无极性控制等电路设计及其版图设计与绘制,并流片成功和通过测试。本文主要工作与贡献体现在:1、在发送器的压摆率控制设计上,提出了三种方法来控制其摆率大小,通过三种方案的协同作用,可以轻易的降低压摆率。2、在发送器的输出电路上,将输出管用作ESD保护管,节省了ESD的管子数量及面积。3、采用低功耗控制电路,在接收和发送电路的使能端口都无效时关断整个芯片,达到低功耗的目的。在无极性功能设计上,通过控制振荡器的输出波形周期及分频器个数可以控制极性失误判断及改变极性的时间。在保证RS485收发器的基本功能及指标外,本文着重于实现芯片的无极性控制功能,通过增加极性判断及控制电路来达到芯片通信端口无极性功能。
【关键词】：RS485 收发器 压摆率 低功耗 无极性
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP334.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 RS485简介及应用8-9
• 1.2 本课题的国内外发展情况9
• 1.3 本课题的研究意义及特点9-10
• 1.3.1 意义9-10
• 1.3.2 特点10
• 1.4 论文工作及内容安排10-13
• 1.4.1 论文工作内容10-12
• 1.4.2 论文内容安排12-13
• 第2章 无极性RS485指标与原理13-19
• 2.1 串行通信协议的介绍13-14
• 2.2 RS485串行接.标准简介14-15
• 2.3 串行通讯接.标准的异同15-16
• 2.4 基于Cadence的设计平台简介16
• 2.5 设计指标16-17
• 2.6 芯片的框图及原理17-19
• 第3章 子模块电路设计及仿真19-53
• 3.1 接收器19-28
• 3.1.1 接收器的功能要求及构成19
• 3.1.2 比较器原理及电路19-26
• 3.1.3 接收的使能控制及输出电路26-28
• 3.2 发送器28-34
• 3.2.1 平衡驱动电路29-34
• 3.3 低功耗电路34-36
• 3.4 无极控制36-49
• 3.4.1 振荡器36-42
• 3.4.2 极性控制电路42-43
• 3.4.3 分频电路43-45
• 3.4.4 极性判断电路45-47
• 3.4.5 上下拉电阻控制电路47-48
• 3.4.6 极性开关转换电路48-49
• 3.5 施密特触发器49-53
• 第4章 电路整体仿真及版图绘制与测试53-63
• 4.1 整体电路仿真53-54
• 4.2 芯片的版图绘制54-57
• 4.3 芯片的封装57-58
• 4.4 芯片的测试结果58-63
• 4.4.1 不同传输速率下的最大带负载能力测试59-61
• 4.4.2 正常满载情况下的最大传输速率测试61-62
• 4.4.3 芯片无极性功能的测试62-63
• 第5章 总结与展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 附录A 个人简历68-69
• 附录B 攻读硕士学位期间发表的学术论文69

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本文编号：312838