一種全波輸出的rs485隔離器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種全波輸出的RS485隔離器，該隔離器中依次連接為輸入接口電路、光電耦合器隔離電路、RS485使能控制電路、RS485輸出接口電路和電涌保護電路，由DC/DC隔離電源電路為該隔離器供電，該RS485使能控制電路包括光電耦合器U2輸出端電路、與非門邏輯電路和收發(fā)器U4輸入端電路，該電路經(jīng)光電耦合器U2隔離后，輸出電信號經(jīng)與非門邏輯電路與收發(fā)器相連，光電耦合器U2輸出端電路和與非門邏輯電路間，該光電耦合器U2輸出端7、8腳間并聯(lián)一個電阻R9，該8腳與該光電耦合器U2的6腳之間并聯(lián)一個電阻R10，經(jīng)與非門邏輯電路輸出高/低電平到收發(fā)器U4輸入端電路。本實用新型RS485隔離器具有完整的正負波形信號輸出，滿足了高速的RS485接口和PROFIBUS現(xiàn)場總線產(chǎn)品的運用。
【專利說明】
—種全波輸出的RS485隔離器

【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及通訊【技術(shù)領域】，具體是一種全波輸出的RS485隔離器。

【背景技術(shù)】
[0002]RS485和PR0FIBUS是目前自動化領域廣泛使用的總線產(chǎn)品，一條RS485或PR0FIBUS總線上允許接入多達幾十個以上的RS485節(jié)點設備。由于各節(jié)點設備具有不同的地電位，這就可能使得RS485節(jié)點之間的電位差超過允許范圍而損壞RS485接口；當RS485總線電纜上感應到電涌或遭受雷電時，也會使設備的RS485接口產(chǎn)生干擾甚至損壞；當系統(tǒng)中存在大功率變頻器時，往往會對RS485設備造成通訊干擾，產(chǎn)生各種故障。
[0003]解決以上問題自然會想到使用RS485中繼器或隔離器將設備的RS485接口進行隔離，使各個RS485節(jié)點之間沒有電的連接，從而達到抗干擾和保護接口的目的。但目前公知的RS485隔離器或中繼器只能輸出完整的負半波信號，正半波信號往往只是一個固定寬度的脈沖，不能隨波特率的變化而變化，這樣的隔離器或中繼器只能用于低速(100Kbps以下)的RS485接口，無法用于高速(IMbps以上)的RS485接口和PR0FIBUS現(xiàn)場總線產(chǎn)品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于:針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全波輸出的全波輸出的RS485隔尚器。
[0005]本實用新型采用的技術(shù)方案是，一種全波輸出的RS485隔離器，所述隔離器中依次連接為輸入接口電路、光電耦合器隔離電路、RS485使能控制電路、RS485輸出接口電路和電涌保護電路，由DC/DC隔離電源電路為該隔離器供電，所述RS485使能控制電路包括光電耦合器U2輸出端電路、與非門邏輯電路和收發(fā)器U4輸入端電路，該電路由光電耦合器U2隔離后，輸出的電信號通過與非門邏輯電路與收發(fā)器相連，在光電耦合器U2輸出端電路和與非門邏輯電路之間，該光電耦合器U2輸出端7、8腳間并聯(lián)一個電阻R9，該8腳與該光電耦合器U2的6腳之間并聯(lián)一個電阻R10，經(jīng)與非門邏輯電路輸出高/低電平到收發(fā)器U4輸入端電路。
[0006]所述RS485輸入接口電路包括光電稱合器Ul輸入端電路、光電稱合器U2輸入端電路、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5和電阻R6，該輸入接口電路端口 A、B間通過并聯(lián)一個光電稱合器Ul輸入端電路后,在該端口 B電路上串聯(lián)一個電阻R6,和端口 A之間并聯(lián)一個的電阻R5,再和光電稱合器U2輸入端電路相連,其中，在端口 A和光電f禹合器Ul輸入端電路的7腳、8腳之間分別串聯(lián)一個電阻R4、Rl,在端口 B和光電稱合器Ul輸入端電路的6腳之間串聯(lián)一個電阻R3，在該串聯(lián)電阻R3和端口 B之間及串聯(lián)一個電阻Rl和光電稱合器Ul輸入端電路的8腳之間并聯(lián)一個電阻R2。
[0007]進一步，所述DC/DC隔離電源電路包括隔離雙電壓輸出DC-DC電源模塊、肖特基二極管和微功率電源模塊，輸入DC5V/DC24V電壓，通過肖特基二極管與隔離雙電壓輸出DC-DC電源模塊相連，在輸入DC24V電壓和肖特基二極管之間設有微功率電源模塊，輸入隔離雙電壓輸出DC-DC電源模塊的電壓，經(jīng)該模塊輸出端輸出兩路DC5V的電壓，一路電源提供給RS485輸入接口電路另一路電源提供給RS485使能控制電路、RS485輸出接口電路和電涌保護電路。
[0008]本實用新型的有益效果是:RS485隔離器具有不失真的完整的正負波形信號輸出和兩次光電耦合器隔離處理及電涌保護電路，滿足了高速的RS485接口和PR0FIBUS現(xiàn)場總線產(chǎn)品的運用，不僅避免了損失信號傳輸速率和距離，還能消除RS485的地電位干擾，并能防止電涌和雷擊對RS485接口的損壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0010]圖1是本實用新型的連接方框圖。
[0011]圖2是本實用新型的電路原理圖。
[0012]圖3是本實用新型的RS485使能控制電路圖。
[0013]圖4是本實用新型的RS485輸入接口電路圖。
[0014]圖5是本實用新型的DC/DC隔離電源電路圖。
[0015]圖6是本實用新型的輸出接口電路和電涌保護電路圖。
[0016]圖中代號含義:肖特基二極管一(Dl、D2);微功率電源模塊一PWl ;隔離雙電壓輸出DC-DC電源模塊一PW2 ;瞬態(tài)抑制二極管一(TV1、TV2);光電耦合器一(U1、U2);與非門邏輯電路一U3 ;收發(fā)器一U4。

【具體實施方式】
[0017]參見圖1、圖2所示:本實用新型是一種全波輸出的RS485隔離器，所述隔離器中依次連接為輸入接口電路、光電耦合器隔離電路、RS485使能控制電路、RS485輸出接口電路和電涌保護電路，由DC/DC隔離電源電路為該隔離器供電。
[0018]該RS485輸入接口電路,參見圖4所不:包括光電稱合器Ul (光電稱合器簡稱Ul,米用的模塊型號:HCPL-0631,下同)輸入端電路、光電稱合器U2 (光電稱合器簡稱U2,米用的模塊型號:HCPL-0631，下同)輸入端電路、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5和電阻R6，該輸入接口電路端口 A、B間通過并聯(lián)一個光電耦合器Ul輸入端電路后，在該端口 B電路上串聯(lián)一個電阻R6,和端口 A之間并聯(lián)一個的電阻R5,再和光電稱合器U2輸入端電路相連，其中，在端口 A和光電耦合器Ul輸入端電路的7腳、8腳之間分別串聯(lián)一個電阻R4、R1，在端口 B和光電耦合器Ul輸入端電路的6腳之間串聯(lián)一個電阻R3，在該串聯(lián)電阻R3和端口 B之間及串聯(lián)一個電阻Rl和光電耦合器Ul輸入端電路的8腳之間并聯(lián)一個電阻R2 (B卩，RS485輸入接口電路主要由電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6和光電耦合器Ul、U2輸入端電路組成，光電耦合器Ul和電阻R1、R2、R3、R4組成差動輸出信號送到設備的RS485 口，但該差動信號并不足以使光電耦合器U2的輸入端導通；設備輸出的RS485信號經(jīng)電阻R5、R6限流后輸入到U2的輸入端并使光電耦合器導通；光電耦合器U2接收到從設備RS485 口來的信號，其正負信號使得U2輸出端的6腳和7腳交替導通，經(jīng)與非門U3運算后得到RS485收發(fā)器U4的使能控制信號，無論RS485信號是正半波還是負半波，該使能控制信號都有效，這樣就使得U4能夠輸出具有完整正負波形的RS485信號)。
[0019]光電稱合器隔離電路由光電稱合器Ul、U2組成。
[0020]該RS485使能控制電路，參見圖3所示:包括光電耦合器U2，輸出端電路、與非門邏輯電路和收發(fā)器U4(采用的模塊型號:SP485EEN)輸入端電路，該電路由光電耦合器U2隔離后，輸出的電信號通過與非門邏輯電路U3(采用的模塊型號:74HCT1G00)與收發(fā)器U4相連，在光電I禹合器U2輸出端電路和與非門邏輯電路之間，該光電I禹合器U2輸出端7、8腳間并聯(lián)一個電阻R9，該8腳與該光電耦合器U2的6腳之間并聯(lián)一個電阻R10，經(jīng)與非門邏輯電路輸出高/低電平到收發(fā)器U4輸入端電路；RS485使能控制電路，由光電耦合器U2接收到從設備RS485 口來的信號，其正負信號使得U2輸出端的6腳和7腳交替導通，經(jīng)與非門邏輯電路U3運算后4腳發(fā)出使能控制信號，讓收發(fā)器U4 (收發(fā)器U4簡稱U4，下同)得到使能控制信號，無論RS485信號是正半波還是負半波，該使能控制信號都有效，這樣就使得U4能夠輸出具有完整正負波形的RS485信號；經(jīng)過隔離后的RS485信號的波形與隔離前的波形完全相同無失真，當由設備輸入的RS485信號為正半波時，光電耦合器U2的1、2腳內(nèi)部的發(fā)光二極管導通，3、4腳內(nèi)部的發(fā)光二極管截止，U2的7腳輸出低電平，6腳輸出高電平，經(jīng)與非門邏輯電路U3運算后U3輸出高電平，使RS485隔離器的使能控制端有效，U4輸出正半波信號；當由設備輸入的RS485信號為負半波時,光電I禹合器U2的3、4腳內(nèi)部的發(fā)光二極管導通，1、2腳內(nèi)部的發(fā)光二極管截止，U2的6腳輸出低電平，7腳輸出高電平，經(jīng)與非門邏輯電路U3運算后U3輸出高電平，使RS485芯片的使能控制端有效，U4輸出負半波信號；當由設備輸入的RS485信號空閑時，U2的二個輸入二極管均截止，其6、7腳輸出高電平，經(jīng)與非門邏輯電路U3運算后輸出低電平，使RS485芯片的使能控制端為低電平，U4處于接收狀態(tài)。
[0021]該DC/DC隔離電源電路，參見圖5所示:包括隔離雙電壓輸出DC-DC電源模塊(SP，PW2，采用的型號:D050505S-1W)、肖特基二極管(BP, DU D2，采用型號是:1N5817)和微功率電源模塊(即，PW1，采用的型號是:B2405S-1W)，可知，DC/DC電源隔離電路由DC/DC隔離電源模塊PWl、PW2和二極管Dl、D2組成，輸入DC5V/DC24V電壓，通過肖特基二極管與隔離雙電壓輸出DC-DC電源模塊相連，在輸入DC24V電壓和肖特基二極管之間設有微功率電源模塊，輸入隔離雙電壓輸出DC-DC電源模塊的電壓，經(jīng)該模塊輸出端輸出兩路DC5V的電壓，一路電源提供給RS485輸入接口電路另一路電源提供給RS485使能控制電路、RS485輸出接口電路和電涌保護電路；DC/DC隔離電源模塊PWl、PW2和二極管Dl、D2組成的供電電路，可以自動選擇用戶的RS485插座(DB9F孔座)的7腳(+ )和2腳(-)提供的24VDC電源供電，或6腳(+ )和5腳(-)提供5VDC電源供電，有其一即可滿足該電路的供電，這樣可以適應廣泛的現(xiàn)場總線設備。
[0022]參見圖6所示:RS485輸出接口電路由RS485收發(fā)器U4和電阻R16、R17組成；電涌保護電路由TVS器件TV1、TV2(即，瞬態(tài)抑制二極管，采用的型號是:SC5.0CA)和自恢復保險F1、F2 (采用的型號是:JK60-010)組成。
[0023]本實用新型的工作原理為:
[0024]由設備來的RS485信號經(jīng)RS485輸入接口電路匹配后，由光電耦合器Ul、U2進行隔離，隔離后的信號由與非門邏輯電路U3運算后得到RS485隔離器的使能控制信號，由該控制信號控制RS485收發(fā)器U4的信號接收和信號發(fā)送；DC/DC電源隔離模塊PWl和PW2及二極管Dl、D2組成雙電源供電電路，保證了無論設備只提供5VDC輸出電源還是只提供24VDC輸出電源或二者兼具，都能使本電路得到工作電源。
[0025]本實用新型的工作狀態(tài):
[0026]當待機狀態(tài)時，RS485總線空閑，即B1、A1端子和設備的RS485 口 B、A均無信號輸入輸出時，電阻R5上也就是B、A間的電壓約為0.8V，這個電壓保證了設備的RS485 口處于空閑狀態(tài)，同時這個電壓不能使光電耦合器U2導通，U2的6腳和7腳均輸出高電平，使與非門邏輯電路U3的4腳輸出低電平，RS485芯片U4處于數(shù)據(jù)接收的待機空閑狀態(tài)；
[0027]當接收信號時，當隔離器的B1、Al端子接收到RS485總線電纜上正負交替的信號時，RS485收發(fā)器U4的I腳交替輸出高電平和低電平，使光電耦合器Ul內(nèi)部的二路光電耦合器通道交替導通和截止，Ul的6腳和7腳與電阻Rl、R2、R3、R4組成的差動電路輸出約
0.8V的差動信號至設備的RS485接口 B、A。這個差動信號電壓滿足RS485接收有效電平需大于0.2V的標準，但又不能使光電耦合器U2的輸入端導通，避免了信號的的反饋而不至于產(chǎn)生信號自激；
[0028]當發(fā)送信號時，當裝置的RS485接口 B、A端輸出正負交替的RS485信號時，將在電阻R5上產(chǎn)生約±2.5V的信號電平，經(jīng)電阻R6限流后使得光電耦合器U2內(nèi)部的二路光電耦合器通道交替導通和截止，U2的6腳和7腳與電阻R9、RlO組成的電路輸出交替變化的高電平和低電平到與非門邏輯電路U3，經(jīng)U3運算后輸出高電平去控制RS485收發(fā)器U4的收發(fā)使能控制端(U4的2、3腳)打開U4的發(fā)送器，使U4的6腳和7腳輸出RS485信號到總線電纜。U4的發(fā)送器輸入信號4腳接到光電耦合器的6腳，保證了 U4發(fā)送器輸出的信號與B、A端的信號同相位。這種RS485收發(fā)使能控制方式保證了輸出不失真的完整的正負波形的RS485信號，不會損失信號傳輸速率和距離。
[0029]B2、A2端子和開關(guān)K1、電阻R13、R14、R15組成RS485終端電阻切換電路，這是RS485通訊中的一種常規(guī)電路；發(fā)光二極管LED1、LED2、電阻R11、R12實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)指示；DC/DC電源隔離模塊PW1、PW2和二極管D1、D2實現(xiàn)電源的隔離與分配。
[0030]以上實施例的技術(shù)方案僅用以說明本實用新型，而非對其限制。
【權(quán)利要求】
1.一種全波輸出的RS485隔離器，所述隔離器中依次連接為輸入接口電路、光電耦合器隔離電路、RS485使能控制電路、RS485輸出接口電路和電涌保護電路，由DC/DC隔離電源電路為該隔離器供電；其特征在于:所述RS485使能控制電路包括光電耦合器U2輸出端電路、與非門邏輯電路和收發(fā)器U4輸入端電路，該電路由光電耦合器U2隔離后，輸出的電信號通過與非門邏輯電路與收發(fā)器相連，在光電耦合器U2輸出端電路和與非門邏輯電路之間，該光電稱合器U2輸出端7、8腳間并聯(lián)一個電阻R9,該8腳與該光電稱合器U2的6腳之間并聯(lián)一個電阻R10，經(jīng)與非門邏輯電路輸出高/低電平到收發(fā)器U4輸入端電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全波輸出的RS485隔離器，其特征在于:所述RS485輸入接口電路包括光電稱合器Ul輸入端電路、光電稱合器U2輸入端電路、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5和電阻R6，該輸入接口電路端口 A、B間通過并聯(lián)一個光電耦合器Ul輸入端電路后，在該端口 B電路上串聯(lián)一個電阻R6，和端口 A之間并聯(lián)一個的電阻R5，再和光電稱合器U2輸入端電路相連,其中，在端口 A和光電稱合器Ul輸入端電路的7腳、8腳之間分別串聯(lián)一個電阻R4、R1,在端口 B和光電I禹合器Ul輸入端電路的6腳之間串聯(lián)一個電阻R3，在該串聯(lián)電阻R3和端口 B之間及串聯(lián)一個電阻Rl和光電耦合器Ul輸入端電路的8腳之間并聯(lián)一個電阻R2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全波輸出的RS485隔離器，其特征在于:所述DC/DC隔離電源電路包括隔離雙電壓輸出DC-DC電源模塊、肖特基二極管和微功率電源模塊，輸入DC5V/DC24V電壓，通過肖特基二極管與隔離雙電壓輸出DC-DC電源模塊相連，在輸入DC24V電壓和肖特基二極管之間設有微功率電源模塊，輸入隔離雙電壓輸出DC-DC電源模塊的電壓，經(jīng)該模塊輸出端輸出兩路DC5V的電壓，一路電源提供給RS485輸入接口電路，另一路電源提供給RS485使能控制電路、RS485輸出接口電路和電涌保護電路。
【文檔編號】H04L25/02GK204156895SQ201420687481
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】李建 申請人:德陽四星電子技術(shù)有限公司