雙隔離電源設(shè)計(jì) - 工程師難題：如何為RS-485應(yīng)用設(shè)計(jì)半雙工中繼器？

　　完整執(zhí)行一遍反相器控制中繼器的功能運(yùn)行順序（此處以數(shù)字編號(hào)，請(qǐng)參見(jiàn)圖4），可以清楚地說(shuō)明其運(yùn)行過(guò)程：

　　1、 在總線閑置期間，由于VFS，兩個(gè)中繼器端口的接收機(jī)輸出均為高。延遲電容CD獲得完全充電，驅(qū)動(dòng)反相器輸出為低態(tài)，以使收發(fā)器維持在接收模式下。

　　2、 之后，總線1出現(xiàn)一個(gè)低位，驅(qū)動(dòng)RX1輸出為低電平，快速對(duì)CD放電，并激活驅(qū)動(dòng)器DR2。

　　3、 當(dāng)總線電壓變?yōu)檎╒Bus》 200 mV）時(shí)，RX1輸出變?yōu)楦撸潋?qū)動(dòng)DR2輸出為高，并通過(guò)RD對(duì)CD緩慢充電。必須正確計(jì)算最小時(shí)間常量（RD× CD），以使最大電源電壓VCC（max）和最小正反相器輸入閾值VTH+（min）時(shí)，延遲時(shí)間tD超過(guò)驅(qū)動(dòng)器最大低到高傳播延遲tPLH（max），即超出30%。例如，電容為CD= 100 Pf 時(shí)，RD的要求電阻值為：

　　4、 根據(jù)延遲時(shí)間（tD）與實(shí)際數(shù)據(jù)位間隔時(shí)間的對(duì)比情況，延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)器激活時(shí)間，以在總線建立有效的高態(tài)信號(hào)。需在從發(fā)射模式切換至接收模式以前完成這項(xiàng)工作，目的是讓接收機(jī)輸出始終保持高態(tài)。由于接收機(jī)傳播延遲短于驅(qū)動(dòng)器，因此接收機(jī)不可能變?yōu)榈蛻B(tài)，即使是一瞬間的低態(tài)都不可能。驅(qū)動(dòng)器一旦關(guān)閉，外部故障保護(hù)電阻器便將總線2偏壓至200 mV以上，其被活躍接收機(jī)看作是一個(gè)定義高電平。

　　5、 某個(gè)總線閑置，低位VOD《 1.5 V，高位之初時(shí)延 （tD）的VOD》1.5 V，此時(shí)，總線2的差動(dòng)輸出電壓為VOD=VFS》 +200 mV。之后，其余高位VOD= VFS》 +200 mV

　　此外，XCVROUT代表總線2上遠(yuǎn)程收發(fā)器的接收機(jī)輸出狀態(tài)。傳統(tǒng)中繼器設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)速率通常被限制為10 kbps，更短傳播延遲的一些現(xiàn)代收發(fā)器擁有高達(dá)100 kbps以上的數(shù)據(jù)速率。

　　為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，到目前為止，中繼器討論始終都沒(méi)有涉及電隔離這一重要內(nèi)容。但是，在一些遠(yuǎn)距傳輸網(wǎng)絡(luò)（中繼器的主要應(yīng)用領(lǐng)域）中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的大接地電位差（GPD）很是常見(jiàn)。這些GPD以收發(fā)器輸入強(qiáng)共模電壓的形式存在，如果不實(shí)施電隔離，它們會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生破壞力。當(dāng)收發(fā)器總線電路隔離于其控制電路時(shí)，總線系統(tǒng)獨(dú)立于本地節(jié)點(diǎn)的接地電位。

　　圖2顯示了隔離于節(jié)點(diǎn)控制電路的總線節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)器和接收機(jī)部分。但是，就中繼器而言，必須使用雙隔離，因?yàn)閮?nèi)部控制邏輯必須隔離于總線1和總線2。另外，兩個(gè)總線還必須相互隔離。圖5顯示了實(shí)施這種隔離的一個(gè)中繼器電路，表1列出了其材料清單 （BOM）。電路使用兩個(gè)經(jīng)過(guò)隔離的RS-485收發(fā)器，每個(gè)收發(fā)器都要求一個(gè)單獨(dú)的隔離電源VISO，其源自于控制部分的中央3.3V電源（請(qǐng)參見(jiàn)圖 6）。

　　圖5：雙隔離半雙工中繼器

　　圖6：雙隔離電源設(shè)計(jì)

　　結(jié)論

　　中繼器可用作總線擴(kuò)展器或者分接頭延長(zhǎng)器。用作總線擴(kuò)展器時(shí)，中繼器構(gòu)建一個(gè)總線的末端和另一個(gè)總線的開(kāi)端。這樣可以在兩個(gè)端口固定安置故障保護(hù)電阻器和端接電阻器。但是，當(dāng)中繼器用作分接頭延長(zhǎng)器時(shí)，它可以放置在網(wǎng)絡(luò)的任何位置。這時(shí)，應(yīng)去除連接總線的端口的電阻器，但是仍然保留分接頭端口的電阻器。

　　表1：中繼器信號(hào)路徑材料清單