集成TVS器件的RS485接口芯片的分析和設計.pdf

1、智能電網(wǎng)是目前全世界節(jié)能減排的重要舉措之一，其中具有可長距離通訊的RS485網(wǎng)絡是智能電網(wǎng)中最為關鍵的通信網(wǎng)絡。RS485的傳輸總線一般架在室外或沿電纜鋪設，常因雷擊引發(fā)傳輸線上產(chǎn)生瞬變干擾而導致芯片的損壞。此外，RS485網(wǎng)路常采用直線拓撲結構，一條總線上掛載著數(shù)十至上百個RS485收發(fā)器，因而雷擊、浪涌產(chǎn)生的大電壓突變就有可能導致 RS485網(wǎng)絡中收發(fā)芯片的同時損壞，從而導致網(wǎng)絡系統(tǒng)的癱瘓。所以，對電壓突變的防護是RS485芯片設計

2、時必須考慮的問題，也是提高系統(tǒng)可靠性及安全性的關鍵所在。對于傳統(tǒng)的RS485收發(fā)器，為了達到DL/T645的標準，傳輸總線端口A、B會有人體模型(HBM，Human Body Model)15kV的規(guī)格要求，但在實際應用中，這樣的防護等級是不夠的。目前一般的解決方法是在RS485收發(fā)器總線端口處外接瞬變電壓抑制二極管(Transient Voltage Suppressor，TVS)來防止電壓突波。但一般的獨立TVS器件成本高而且使用不

3、方便。同樣，壓敏電阻因其寄生電容大，導通電阻也高，且低電壓的壓敏電阻漏電流大，也不適合用于 RS485介面保護。而利用傳統(tǒng)半導體工藝制作的 TVS雖然反應速度極快，但其耐高電壓、高電流的能力不足，所以也難以抵擋雷擊浪涌的沖擊，而采用新型CMOS IC工藝，可以克服許多技術上的瓶頸。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過采用CMOS工藝將TVS器件和RS485電路實現(xiàn)單片集成，以解決壓敏電阻寄生電容大，導通電阻高，且低電壓壓敏電阻漏電流大

4、不適合用于RS485介面保護的弊端，同時克服傳統(tǒng)半導體制作的TVS耐高電壓、高電流的能力不足，難以抵擋雷擊浪涌的沖擊的問題。⑵基于TIA/EIA的RS485通訊協(xié)議標準，采用臺灣旺宏電子股份有限公司0.5μm高壓CMOS工藝，使用Cadence Virtuoso EDA軟件設計完成一款集成有TVS器件的RS485接口芯片。芯片采用半雙工、雙向通訊方式，具有抗雷擊、浪涌、低功耗、短路保護等特點；芯片輸入阻抗為1/8單位負載，能夠并行驅動2