專利名稱：嵌入式隔離rs-485收發(fā)器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，更具體地說是一款方便嵌入用戶設(shè)備且具有連接RS-485網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)隔離通信功能的模塊。
背景技術(shù)：
在自動(dòng)化領(lǐng)域，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，迫切需要一種總線能適合遠(yuǎn)距離的數(shù)字通信。在RS-422標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，EIA研究出了一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和接收高靈敏度的RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)镽S-485的多節(jié)點(diǎn)(32個(gè))、遠(yuǎn)距離以及傳輸線成本低的特性，使得RS-485成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。RS-485電路設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)輸入端的電源不穩(wěn)定，或者切換大功率感性負(fù)載(如電機(jī)、變壓器、繼電器等)過程時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生很高幅度的瞬態(tài)干擾，如果不加以適當(dāng)防護(hù)就會(huì)損壞RS-485通信接口，甚至損壞后級(jí)電路。其次，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信通常存在很大的地電位差，該電位差到了發(fā)送器的輸出上就變成了共模噪聲。如果這種噪聲過大，就有可能超過接收器的輸入共模噪聲容限，從而對(duì)器件造成損壞。對(duì)于這種因輸入電源不穩(wěn)定、感性負(fù)載或接地所帶來的瞬態(tài)干擾問題，可以采用隔離或旁路的方法加以防護(hù)?，F(xiàn)有技術(shù)通常都是采用很多分立元件實(shí)現(xiàn)帶電源及電氣隔離的RS-485電路，需要一片電源隔離模塊、3路光耦隔離電路及RS-485收發(fā)器芯片等器件才能實(shí)現(xiàn)。但它們存在成本高、采購繁瑣、穩(wěn)定性不佳、無防護(hù)及體積較大等問題。因此，本實(shí)用新型提出一種既簡化設(shè)計(jì)又能夠提高穩(wěn)定性的改良方案，即將上述元器件全部集成在一個(gè)體積約為2. 5立方厘米大小的小型模塊中，通過該嵌入式隔離RSM收發(fā)器模塊來實(shí)現(xiàn)帶電源及電氣隔離的RS485電路功能，具有成本低、采購簡單、穩(wěn)定性好、防震、防潮、功耗低及體積小等優(yōu)勢。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一款方便嵌入用戶設(shè)備且具有連接RS-485網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)隔離通信功能的模塊，以方便用戶使用，減小用戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高RS-485網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的。本設(shè)計(jì)公開了一種嵌入式隔離RS-485收發(fā)器模塊電路，由順序串聯(lián)相接的耦合電路(I)和485收發(fā)器(2 )組成，同時(shí)，還包括DC-DC電源隔離電路(3 )和ESD保護(hù)器(4 )。隔離RS-485收發(fā)器模塊的連接方式如圖1硬件結(jié)構(gòu)示意圖所示，順序串聯(lián)相接的是UART接口、耦合電路(1)、485收發(fā)器(2)和485-BUS，其中DC-DC電源隔離電路(3)和耦合電路(I)是并聯(lián)相接，為UART接口與485收發(fā)器
(2)提供電源與電氣隔離；ESD保護(hù)器(4)與485收發(fā)器(2)串聯(lián)相接，為485收發(fā)器(2)與485-BUS網(wǎng)絡(luò)提供過壓保護(hù)和防靜電保護(hù)，避免485收發(fā)器(2)損壞。本實(shí)用新型是描述了一種集成DC-DC電源隔離電路、電氣隔離電路、485收發(fā)器和ESD總線保護(hù)器件于一身而設(shè)計(jì)成一個(gè)小型的嵌入式隔離RS-485收發(fā)器模塊的設(shè)計(jì)理念。整體結(jié)構(gòu)采用灌封膠工藝，激光打標(biāo)，生產(chǎn)流程符合RoHS指令。所述模塊的DC-DC電源隔離電路(3)，連接到光電耦合隔離、電磁耦合隔離和電容耦合隔離之一的耦合電路(1)，實(shí)現(xiàn)了 UART與485收發(fā)器(2)之間的電源隔離。所述DC-DC電源隔離電路(3)采用3. 3伏或5伏之一的方式為整個(gè)電路供電。所述模塊的UART和485收發(fā)器(2)之間的耦合電路(I)采用光電耦合隔離、電磁耦合隔離和電容耦合隔離之一實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的隔離傳輸。耦合電路(I)實(shí)現(xiàn)了 UART與485收發(fā)器(2)之間的電氣隔離。所述模塊的ESD保護(hù)器(4)有網(wǎng)絡(luò)過壓和防靜電保護(hù)功能，保護(hù)了 485收發(fā)器(2) 芯片不受總線干擾信號(hào)而損壞。所述模塊的引腳也具有固定的排列及定義，如圖2所示，模塊底部具有I至10的引腳，其中，1、2、10引腳與DC-DC電源隔離電路(3)相連；3、4、5引腳與耦合電路(I)相連；6、7引腳懸空不與電路相連；8、9引腳與485收發(fā)器(2)相連。并且，每一引腳均有確定的連接定義，如下表所示
引腳號(hào)引腳名稱引腳含義IVCC輸入電源正2GND輸入電源地3TXD發(fā)送引腳4RXD接收引腳5CON發(fā)送、接收控制引腳6NC空腳7NC空腳8BB引腳9AA引腳10RGND隔離輸出電源地I腳VCC為輸入電源正；2腳GND為輸入電源地；3腳TXD為發(fā)送引腳；4腳RXD為接收引腳；5腳CON為發(fā)送、接收控制引腳；6腳、7腳為空腳；8腳B為B引腳；9腳A為A引腳；10腳RGND為隔離電源輸出地。所述I至10的引腳均勻分布于模塊底部，左邊為I至5腳，右邊為6至10腳，結(jié)合上述排列及定義，模塊左邊實(shí)際引出的有5個(gè)引腳，右邊實(shí)際引出的有3個(gè)引腳，如圖3所示。并且，引腳之間具有固定間距，如圖2所示，引腳之間的橫向間距為2. 54mm，縱向間距為15. 24_，從而將模塊的整體體積控制在2. 5立方厘米左右。綜合上述，本實(shí)用新型介紹的嵌入式隔離RS-485收發(fā)器模塊簡化了電路設(shè)計(jì)，采用灌封方式使得模塊具有更好的隔離、小體積、防震和防潮等優(yōu)點(diǎn)，穩(wěn)定可靠。

[0019]圖[0020]圖[0021]圖[0022]圖[0023]圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示一種嵌入式隔離RS-485收發(fā)器模塊，主要包括耦合電路(I)、485收發(fā)器(2 )、DC-DC電源隔離電路(3 )和ESD保護(hù)器(4 )。UART接口與485收發(fā)器(2 )之間通過耦合電路(I)、DC-DC電源隔離電路(3)連接；485收發(fā)器(2)與485-BUS網(wǎng)絡(luò)連接；ESD保護(hù)器(4)連接到485-BUS網(wǎng)絡(luò)端。耦合電路(I)前端可以直接連接主控芯片的UART。實(shí)施例1圖4為采用光電耦合方式實(shí)現(xiàn)本技術(shù)方案的硬件電路圖。圖中輸入電源采用+5VDC供電，給耦合電路(I)輸入端電路供電，同時(shí)通過DC-DC電源隔離電路(3 )輸出隔離電壓給耦合電路(I)輸出端電路和485收發(fā)器(2)供電。RS-485總線帶有ESD保護(hù)器(4)，避免 485收發(fā)器芯片損壞。耦合電路采用光耦隔離，具有體積小、使用壽命長、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強(qiáng)、無觸點(diǎn)且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點(diǎn)。實(shí)施例2圖5為采用電磁或電容耦合方式實(shí)現(xiàn)本技術(shù)方案的硬件電路圖。圖中輸入電源采用+5VDC供電，給耦合電路(I)輸入端電路供電，同時(shí)通過DC-DC電源隔離電路(3 )輸出隔離電壓給耦合電路(I)輸出端電路和485收發(fā)器(2)供電。RS-485總線帶有ESD保護(hù)器
(4)，避免485收發(fā)器芯片損壞。耦合電路采用磁隔或容隔方式，與傳統(tǒng)光耦隔離相比，具有諸多優(yōu)勢可靠性更高、壽命更長、性能更高、功耗更低、封裝更小及電路設(shè)計(jì)簡單易用。
權(quán)利要求1.一種嵌入式隔離RS-485收發(fā)器模塊，由順序串聯(lián)相接的耦合電路(I)和485收發(fā)器 (2)組成，其特征在于，還包括DC-DC電源隔離電路(3)和ESD保護(hù)器(4)，其中DC-DC電源隔離電路(3)與耦合電路(I)并聯(lián)相接，為485收發(fā)器(2)與UART接口之間提供電源與電氣隔離；ESD保護(hù)器(4 )與485收發(fā)器(2 )串聯(lián)相接，為485收發(fā)器(2 )與485-BUS網(wǎng)絡(luò)提供過壓保護(hù)和防靜電保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式隔離RS-485收發(fā)器模塊，其特征在于，所述 DC-DC電源隔離電路(3)采用3. 3伏或5伏之一的方式為整個(gè)電路供電。
3.一種嵌入式隔離RS-485收發(fā)器模塊，其特征在于，模塊底部具有I至10的引腳，其中1、2、10引腳與DC-DC電源隔離電路(3)相連；3、4、5引腳與耦合電路(I)相連；6、7引腳懸空不與電路相連；8、9引腳與485收發(fā)器(2)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種嵌入式隔離RS-485收發(fā)器模塊，其特征在于，所述I至 10的引腳具有確定的連接定義I腳VCC為輸入電源正；2腳GND為輸入電源地；3腳TXD為發(fā)送引腳；4腳RXD為接收引腳；5腳CON為發(fā)送、接收控制引腳；6腳、7腳為空腳；8腳B為B引腳；9腳A為A引腳； 10腳RGND為隔離電源輸出地。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種嵌入式隔離RS-485收發(fā)器模塊，其特征在于，所述I至 10的引腳均勻分布于模塊底部，其中I至5的引腳位于左邊，6至10的引腳位于右邊；引腳之間的橫向間距為2. 54mm，縱向間距為15. 24mm。
專利摘要本實(shí)用新型是一種嵌入式隔離RS-485收發(fā)器模塊，涉及工業(yè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域。本實(shí)用新型公開了一種方便嵌入用戶設(shè)備且具有連接RS-485網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)隔離通信功能的模塊，包括耦合電路、485收發(fā)器、DC-DC電源隔離電路和ESD保護(hù)器，通過將上述組成部分集成在一個(gè)約2.5立方厘米大小的小型模塊中，實(shí)現(xiàn)帶電源及電氣隔離的RS-485電路功能。同時(shí)，該小型模塊也具有固定的引腳排列與連接定義，便于用戶使用，縮短了用戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高了RS-485網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。本實(shí)用新型提供了一種既簡化設(shè)計(jì)又能夠提高穩(wěn)定性的改良方案，相對(duì)于分立電路技術(shù)方案而言，本設(shè)計(jì)具有成本低、功耗低、穩(wěn)定性好、防震、防潮以及體積小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L12/40GK202841176SQ20122043848
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者周立功 申請(qǐng)人:廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司