自適應(yīng)電源電壓的rs-485輸入共模范圍擴展電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種自適應(yīng)電源電壓的RS?485輸入共模范圍擴展電路，包括偏置電路、緩沖放大器、輸入電壓調(diào)節(jié)電路和電位平移電路；所述偏置電路包括第一電阻和第二電阻，第一電阻和第二電阻的公共端連接緩沖放大器的輸入端；所述輸入電壓調(diào)節(jié)電路包括第三電阻和第四電阻；所述第三電阻和第四電阻串聯(lián)，此串聯(lián)電路一端為電壓輸入端口，另一端連接緩沖放大器的輸出端；所述電位平移電路包括第一三極管和第二三極管，基極連接第三電阻和第四電阻的公共端。本實用新型提出了一種結(jié)構(gòu)簡單的、可以跟隨電源電壓變化自動適應(yīng)的共模放大電路，使輸入端口的器件即使在低電源電壓下，也能夠正常工作，而在高電源電壓下則可以提供更高的比較精度。
【專利說明】
自適應(yīng)電源電壓的RS-485輸入共模范圍擴展電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及共模范圍擴展電路領(lǐng)域，具體涉及一種自適應(yīng)電源電壓的RS-485 輸入共模范圍擴展電路。
【背景技術(shù)】
[0002] RS-485總線通信技術(shù)由于其布線方式簡便，通信距離長，兼容有極性和無極性連 接等特點，目前在電表、水表、氣表以及工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛使用。在組網(wǎng)通信時RS-485總線 上的從機通過檢測總線上的差分電壓來接收主機發(fā)送的信號。但由于應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多變， 加之通信距離較長，以及出于成本考慮，在節(jié)點與節(jié)點之間通常不能采用共地設(shè)計，這樣就 要求RS-485通信接口芯片能夠適應(yīng)較寬的共模輸入范圍，一般要求RS-485接口電路的共模 輸入范圍為(_7V，12V)。在這么寬共模范圍的信號直接輸入到接收比較器輸入端，很容易使 輸入端口的器件因飽和或者截止而不能正常工作。尤其是在低電壓供電的情況下，器件的 工作窗口減小，導(dǎo)致這個問題更加嚴重。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型公開了一種自適應(yīng)電源電壓的RS-485輸入共模 范圍擴展電路。
[0004] 本實用新型的技術(shù)方案如下：
[0005] -種自適應(yīng)電源電壓的RS-485輸入共模范圍擴展電路，包括偏置電路、緩沖放大 器、輸入電壓調(diào)節(jié)電路和電位平移電路；
[0006] 所述偏置電路包括第一電阻和第二電阻，所述第一電阻和第二電阻串聯(lián)，此串聯(lián) 電路一端連接電源電壓，另一端接地;所述第一電阻和第二電阻的公共端連接緩沖放大器 的輸入端；
[0007] 所述輸入電壓調(diào)節(jié)電路包括第三電阻和第四電阻；所述第三電阻和第四電阻串 聯(lián)，此串聯(lián)電路一端為電壓輸入端口，另一端連接緩沖放大器的輸出端；
[0008] 所述電位平移電路包括第一三極管和第二三極管，所述第一三極管和第二三極管 均為PNN型三極管，第一三極管和第二三極管的集電極接地，基極連接第三電阻和第四電阻 的公共端，發(fā)射極作為電路的輸出端，連接后級電路中比較器電路的輸入端。
[0009] 其進一步的技術(shù)方案為:所述第三電阻為可變電阻;還包括檢測-控制模塊，所述 檢測-控制模塊包括第五電阻、第六電阻、比較器以及N型M0S管;所述第五電阻和第六電阻， 此串聯(lián)電路一端連接電源電壓，另一端接地;第五電阻和第六電阻的公共端連接比較器的 正向輸入端，比較器的負向輸入端輸入?yún)⒖茧妷?，比較器的輸出端連接M0S管的柵極，M0S管 的漏極連接第三電阻的一端，M0S管的源極連接第三電阻的阻值調(diào)節(jié)端。
[0010]本實用新型的有益技術(shù)效果是：
[0011]本實用新型提出了一種結(jié)構(gòu)簡單的、可以跟隨電源電壓變化自動適應(yīng)的共模放大 電路，使輸入端口的器件即使在低電源電壓下，也能夠正常工作，而在高電源電壓下則可以 提供更高的比較精度。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實用新型的電路圖。
[0013] 圖2是檢測-控制模塊的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 圖1是本實用新型的電路圖。本實用新型包括偏置電路、緩沖放大器、輸入電壓調(diào) 節(jié)電路和電位平移電路。
[0015] 偏置電路包括第一電阻R1和第二電阻R2,第一電阻R1和第二電阻R2串聯(lián)，此串聯(lián) 電路的一端連接電源電壓VDD，一端接地。第一電阻R1和第二電阻R2的公共端連接緩沖放大 器Buffer的輸入端。
[0016] 輸入電壓調(diào)節(jié)電路包括第三電阻R3和第四電阻R4。第三電阻R3和第四電阻R4串 聯(lián)，此串聯(lián)電路一端為電壓輸入端口PIN A，另一端連接緩沖放大器Buffer的輸出端。
[0017] 電位平移電路包括第一三極管Q1和第二三極管Q2。第一三極管Q1和第二三極管Q2 均為PNN型三極管，第一三極管Q1和第二三極管Q2的集電極接地，基極連接第三電阻R3和第 四電阻R4的公共端。第一三極管Q1和第二三極管Q2的發(fā)射極作為本實用新型所述的電路 的輸出端，連接后級電路，即比較器電路的輸入端口。
[0018] 如圖1所示，本實用新型的工作原理為：
[0019] 緩沖放大器Buffer的輸出電壓Vcm為：
[0020]
(1)
[0021] 緩沖放大器Buffer將偏置電路中第一電阻R1和第二電阻R2的公共端的輸出電壓 信號增強。
[0022]電壓輸入端口PIN A處所輸入的電壓為VA;而第一三極管Q1和第二三極管Q2的基 極電壓Vb為：
[0023]
(2)
[0024] 將式(2)中的d，R4d ,記為K2; R3 + R4
[0025] 由式(1)、式(2)可得：
[0026]
(3)
[0027]由于PNN型的第一三極管Q1和第二三極管Q2能夠正常工作的條件是基極電壓范圍 在-0.3V~VDD-0.7V之間，若基極電壓低于-0.3V，則三極管的BC結(jié)可能出現(xiàn)正偏漏電，若基 極電壓高于VDD-0.7V，則三極管的BE結(jié)無法正常偏置。即存在共模輸入的邊界條件：
[0028] -〇.3< Vb> VDD-0.7V (4)
[0029] 將式(3)帶入式(4)所示的邊界條件：
[0030] Kl*(l-K2)*VDD+0.3>-K2*VA (5)
[0031] [1-K1*(1-K2)]*VDD-0.7V>K2*VA (6)
[0032] 由于K1和K2均為大于0且小于1的比例系數(shù)，因此在式(5)和式(6)中，電源電壓VDD 的系數(shù)都為正，因此由式(5)和式(6)容易得知，對于同樣的￥六、1(2、1(1，￥00的值越大，越容易 滿足共模輸入的邊界條件；同樣，對于同樣的￥六、1(1、￥00，1(2越接近0，越容易滿足共模輸入 的邊界條件。
[0033]但對于高精度的應(yīng)用，K2越小，則電路對應(yīng)的誤差越大，假設(shè)緩沖放大器Buffer 的隨機失調(diào)和系統(tǒng)失調(diào)導(dǎo)致的誤差為VQS，與之對應(yīng)，電壓輸入端口PIN A上所輸入的誤差將 會被放大，放大倍數(shù)為：
[0034]
(7)
[0035] 因此，為了將精度提高，K2應(yīng)該在滿足共模輸入的邊界條件的前提下，盡量取較大 值。
[0036] 而電源電壓VDD大小不同，K2的選擇范圍也有所不同。
[0037] 在電源電壓VDD較大時，K2的取值較大，如當VDD = 5V，K1 = 0.3，則K2 = 0.2時，電壓 輸入端口 PINA的輸入電壓VA可在(_7V，+12V)范圍內(nèi)變化。
[0038] 但在電源電壓VDD較低時，K2的選擇范圍變小，如VDD = 3.3V，K1 = 0.3,則此時K2 = 0.1時，才能在電壓輸入端口PIN A的輸入電壓VA在(_7V，+12V)范圍內(nèi)變化時，滿足式(4)所 示的共模輸入的邊界條件。而結(jié)合式(7)，K2的縮小至0.1帶來的后果是誤差增大100%。 [0039]因此，本實用新型還提出了更優(yōu)的技術(shù)方案，即增加檢測-控制模塊Det-Control， 作用是檢測電源電壓VDD，并根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)節(jié)R3的大小以達到調(diào)節(jié)K2的目的。在VDD較高 時，減小R3，增大K2以提高比較精度;在VDD較低時，增大R3，減小K2，以滿足共模輸入的邊界 條件。
[0040]圖2是檢測-控制模塊的原理示意圖。檢測-控制模塊Det-Control包括第五電阻 R5、第六電阻R6、比較器C0MP以及N型M0S管M1，且第三電阻R3為可變電阻。第五電阻R5和第 六電阻R6串聯(lián)，此串聯(lián)電路的一端連接電源電壓VDD，另一端接地。第五電阻R5和第六電阻 R6的公共端連接比較器C0MP的正向輸入端，比較器C0MP的負向輸入端輸入?yún)⒖茧妷篤ref， 比較器COMP的輸出端連接M0S管Ml的柵極，M0S管Ml的漏極連接第三電阻R3的一端，M0S管Ml 的源極連接第三電阻R3的阻值調(diào)節(jié)端。M0S管Ml相當于一個開關(guān)電路。
[0041 ] 如圖2所示，第五電阻R5和第六電阻R6對電源電壓VDD采樣，并送入比較器C0MP的 輸入端，和參考電壓Vref相比較，當電源電壓VDD較高時，比較器C0MP的輸出端輸出高電平， M0S管Ml開關(guān)閉合，第三電阻R3的第一部分R3-1被短路，相當于第三電阻R3減小，則K2增大。 當VDD電壓較低時，比較器C0MP的輸出端輸出為0，M0S管Ml開關(guān)打開，第三電阻R3的阻值由 第一部分R3-1和第二部分R3-2組成，相當于第三電阻R3增大，K2減小。
[0042]以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型不限于以上實施例?？?以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的 其他改進和變化，均應(yīng)認為包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種自適應(yīng)電源電壓的RS-485輸入共模范圍擴展電路，其特征在于:包括偏置電路、 緩沖放大器、輸入電壓調(diào)節(jié)電路和電位平移電路； 所述偏置電路包括第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)，所述第一電阻(Rl)和第二電阻(R2) 串聯(lián)，此串聯(lián)電路一端連接電源電壓(VDD)，另一端接地;所述第一電阻（Rl)和第二電阻 (R2)的公共端連接緩沖放大器(Buff er)的輸入端； 所述輸入電壓調(diào)節(jié)電路包括第三電阻(R3)和第四電阻(R4);所述第三電阻(R3)和第四 電阻(R4)串聯(lián)，此串聯(lián)電路一端為電壓輸入端口（PIN A)，另一端連接緩沖放大器(Buff er) 的輸出端； 所述電位平移電路包括第一三極管(Ql)和第二三極管(Q2)，所述第一三極管(Ql)和第 二三極管(Q2)均為PNN型三極管，第一三極管(Ql)和第二三極管(Q2)的集電極接地，基極連 接第三電阻(R3)和第四電阻(R4)的公共端，發(fā)射極作為電路的輸出端，連接后級電路中比 較器電路的輸入端。2. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)電源電壓的RS-485輸入共模范圍擴展電路，其特征在于： 所述第三電阻(R3)為可變電阻;還包括檢測-控制模塊(Det-Control)，所述檢測-控制模塊 (Det-Contro 1)包括第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、比較器(COMP)以及N型MOS管(M1);所述 第五電阻(R5)和第六電阻(R6)，此串聯(lián)電路一端連接電源電壓(VDD)，另一端接地;第五電 阻(R5)和第六電阻(R6)的公共端連接比較器(COMP)的正向輸入端，比較器的負向輸入端輸 入?yún)⒖茧妷?Vref)，比較器(COMP)的輸出端連接MOS管(Ml)的柵極，MOS管(Ml)的漏極連接 第三電阻(R3)的一端，MOS管(Ml)的源極連接第三電阻(R3)的阻值調(diào)節(jié)端。
【文檔編號】H03K19/0185GK205510010SQ201620177493
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月9日
【發(fā)明人】徐義強, 朱波, 范建林
【申請人】無錫新硅微電子有限公司