RS485／232电平转换器电路研制

第3期 2008年6月 微 处 理 机 MICROPROCESSORS No．3 Jun．，2008 RS485／232电平转换器电路研制 刘钟宇，王雪峰，栾 兰 (中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳 110032) 摘 要：详细介绍了RS485／RS232电平转换电路的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方法及工作原理。通过对MAX232与 MAX485的解剖和分析，采用优化的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，完成了该电路的设计。电路既能直接实现 RS232标 准电平与RS485 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 电平之间的电平转换，同时也可以实现 RS485与 RS232标准接口电路的功 能。 关键词：电平转换；工艺；版图设计 中图分类号：TN4 文献 标识 采样口标识规范化 下载危险废物标识 下载医疗器械外包装标识图下载科目一标识图大全免费下载产品包装标识下载 码：B 文章编号：1002—2279(2008)03—0045—02 The Development of 485／232 Level Converter Circuit LIU Zhong—yu，WANG Xue—feng，Luan—lan (The 47th Research Institute ofChina Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China) Abstract：The paper introduces the design method and principle of 485／232 Level Converter Circuit．By analysing MAX232 and MAX485，adopt optimized design precept to accomplish the design ． This circuit call implement standard level conversion between RS232 and RS485，it can also implement the standard interface function of RS485 and RS232． Key words：Level converter；Processing；Layout design 1 引 言 RS232串行接口标准是通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 中适合于数据 传输速率在20kbit／s范围内的通信，用于计算机接 口与终端或外设之间的近端连接，由于通信设备厂 商都生产与RS232形式兼容的通信设备，它作为一 种标准已被目前微机串行通信接 口广泛采用。 RS485标准协议是一种平衡传输方式的串行接口标 准，即双端接收和双端发送。是工业应用中常用的 标准。虽然这两种标准都是电压标准，但这些标准 并不是直接兼容的。当用户要将基于标准的RS232 接口设备连接至RS485标准的通信网络时，则必须 作RS232和RS485之间的电平转换和数据通信设 备之间的接口。 现在市场上为了达到 RS232和 RS485之间的 电平转换多采用的是印刷线路板的设计方法或使用 附加的接口电路，而印刷电路或接口电路又给众多 用户带来很多使用上的不便和安全隐患，面积也随 着增大。因此我们设计了一种直接将两种电路集成 在一起来实现 RS232标准电平与 RS485标准电平 转换的电平转换电路。本文就介绍了该电路的研制 过程和电路的性能。 2 电路研制 2．1 设计思路 市场上现成的产品样片只有单独的485电平转 换标准和 232电平转换标准的电路，所以要完成电 路的设计就必须把具有 485电平转换标准的电路和 具有 232电平转换标准的电路集成在一起，形成 485／232电平转换器电路。我们以 MAXIM公司的 MAX232和 MAX485为样 片解 剖后，发现其 中 MAX232为铝栅 CMOS电路，而 MAX485为硅栅 CMOS电路，并且 电路中都有线性电路，其中 MAX232电路中还有一个振荡器电路和一个升压电 路。因为电路的工艺设计不同，这样就给电路设计 带来了一定的难度，我们进行了三个设计方案的考 虑，一个是将 MAX485电路更改为铝栅 CMOS电路， 两个电路集成在一块芯片上完成电路功能。另一个 方案是将 MAX232电路更改为硅栅 CMOS电路，两 个电路集成在一块芯片上完成电路功能。第三个方 作者简介：刘钟字(1981一)，男．辽宁沈阳人，助工，主研方向：集成电路设计。 收稿13期：2006—02—21 维普资讯 http://www.cqvip.com · 46· 微 处 理 机 2008焦 案就是两个电路的工艺设计不变，设计成两个不同 工艺的芯片，封装在一个管芯内实现电路的功能要 求。因为两个不同工艺的电路参数要求不同，而不 同工艺能达到的参数指标也不同，所以不能简单的 把两个电路集成在一起，最后采取第三个方案对电 路进行设计，对两个样片的逻辑进行整理并优化，产 生能完成电路功能要求的全逻辑，将不同的逻辑功 能用相应的工艺规则设计，生成两块芯片电路，按照 电路功能将两块电路连接，最后封装在一个管芯内 完成设计。这样既保留了原电路的工艺以保证电路 性能和参数不会有大的变动，又能更好的实现 485／232电平转换器电路的性能。 2．2 电路功能设计 为了成功的设计电路，必须对两个样片的逻辑 进行整理和优化，图 1为 MAX232的逻辑框图，图2 为 MAX485的引脚和内部逻辑图，图3为对两个样 片整理优化后的电路逻辑简图。从MAX232电路的 逻辑中提取其中的升压电路和一对接收／发送电路 与MAX485的电路组合，并将驱动器的输出和接收 器的输入独立引出，通过对电路逻辑的仿真确定该 电路逻辑实现了RS232标准电平与 RS485标准电 平的转换功能。 vcc B A Gnd 图1 MAX232逻辑框图 图2 MAX485引脚及内部逻辑图 图3 RS485／RS232电平转换器电路逻辑简图 2．3 电路版图设计 确保了电路的逻辑功能完整之后开始进行版图 设计，首先将电路的逻辑根据功能块进行划分，再根 据其在原样片中采用的工艺划分为两个芯片，一个 采用铝栅 CMOS工艺设计，其中电路主要以 RS232 功能为主，如其中的升压电路部分。另一个采用硅 栅 CMOS双层铝布线工艺设计，主要以RS485功能 为主，如驱动器和接 收器 电路部分。电路采用 DIP24形式封装。图4为 RS485／232电平转换器电 路的管脚排列图，表1为该电路的管脚功能说明。 N C N C V c DA Y A 、 r_ C2一 C 2,4- C 1一 V + C I+ 图4 RS485／232电平转换器电路管脚排列图 2．4 电路工艺设计 RS485／232电平转换器电路在工艺上分别进行 了RS485部分的硅栅 CMOS双层金属布线工艺和 RS232部分的铝栅 CMOS工艺，在硅栅 CMOS工艺 中采用双层布线工艺，减少了版图面积，有利于电路 速度的提高和电路的封装。在铝栅 CMOS工艺中， 由于 RS232的输出电压为 ±10V，所 以工艺上严格 控制栅氧化层的厚度，以及 N 结和 P 结的结深。 栅氧化层太薄会降低击穿电压，太厚则减小跨导，最 后栅氧化层定为75nm±5nm，VTN和 V开分别控制在 VTN=0．6±0．1V、Vat= 一0．7-t-O．1V。 表 1 RS485／232电平转换器电路管脚功能说明 (下转第 50页) u n ¨ -： ：Y B 咖 ．耋 _璺 A A A Ih ． i2 il 维普资讯 http://www.cqvip.com · 50· 微 处 理 机 2008矩 从以上的仿真结果可以看出本次设计的电路各 项指标都能满足预期的要求，表 1总结了仿真结果。 表 1 LNA仿真结果 电源电压 频率 s(2，1) S(3，1) NF(2) NF(3) S(1，1) s(2，2) 5(3，3) Gain diff Phase d~ IJP3 功耗 (V) (GHz) (dB) (dB) (dB) (dB) (dB) (dB) (dB) (dB) (度) (dBm) (mW) 1．8 2．4 30．936 30．909 0．934 0．934 —23．338—20．302—19．889 —0．027 179．961 —10．276 27．9 4 结 论 ~75 眦 - GH LN 出 A 。 采用 TSMC的0．181~m CMOS工艺设计了一个 iy哪，2003：439—442． 具有非平衡变换功能的低噪声放大器。放大器分为 [4] D K Shaffeer and T H Lee．A 1．5V 1．5GHz CMOS low 两级，第一级主要起放大射频信号的作用，这样可以 noise amplifier[J]·IEEE J·Solid State Circuits，1997，32 降低整个电路的噪声系数，第二级主要起非平 变 [5]Pi(5 et ) ro ：74 A 5 d - re 7 a 5 Ili 9． 趴(1 He rik sj0l趴d．N0i。e opdIIli ati。 0f 换功能，并提供一定的增益。仿真结果显示，这样确 肌I d 。tively D g mt d Mos L0w N 。 Amp 凹 实可以实现良好的非平衡变换功能，并且表现出高 [J]_IEEE Anal0g and Digital Si al Pr0cessing，2001，48 的增益和极低的噪声系数 ，克服了以往一级结构的 (9)：835～841． 缺点。本文设计的电路将用于卫星通信中，将在正 [6 3 Goldfarb M·Cole J-B，Platzker A·A novel MMIC biphase 在研制的新技术卫星中验证。 ： nt =： 参考文献 ： ． ． IEEE Micmwave and Millimeter — Wave M0nolithic [1] Behzad Razavi·射频微电子[M]·北京：清华大学出版 Ci rcuits Symposi哪 ,1994(51：99—102． 社 ，2003—12· r7 1 Ml】nenari Kawashima．Tada0 Nakagl1wa and Katas1lhiko [2] Brian Welch，Kevin T·Komegay， 皿 一Min park and 出 ． A N。vel Br0 趴(1 Acti Balun[J]．33rd J oy LaskaLar A 2o ～ GH Low — Noise Amp with Eur0pe肌 Micr0wave c。nference，2003：495一 9 ． A ct ， iVe Balun in a o·25一um siGe B cM0s Teclul0logy [8] H M ，s J Fang,F J nn，et a1． Novel Aetive Di ntia1 [J]·IEEE Uournal 0f s0lid—state circuits，20o ，40 Ph ase ’ sp ers in RFIc，f=r wi ss Ap cati0璐[J]． ， (10)：2092-2096’ IEEE T ． Micmwave，I'}Ie。ry and ques，曷9；， [ 3] M·Kmnaraaan~y Raja，Terry Tear Chin Boon，K-Nuntha 46 ．2597—26O3 ’ ’ (上接第46页) 3 设计难点 由于此电路为线性电路，内部有许多不同的电 阻，如 P 、N 、P阱电阻等，以及升压电路内部 P 管、N管衬底连接不同的电位，为了确定这些电阻和 衬底，在样片的解剖过程中要采用染色技术加以区 分，从而确定正确的阻值和部分 P管、N管的衬底连 接。为了确定这些电阻和衬底还要进行 SPICE仿 真来确保电路的参数达到原样片的标准。另外由于 此电路为两种电路集成在一起来实现，由两种工艺 设计，设计时除了考虑各自的工艺特点外还要考虑 到最后的封装，为了使电路的封装能够实现，对两个 芯片的布局要综合考虑，电路的有效压焊点要合理 分配，有效压焊点不能布局在两块芯片的相邻一侧， 要达到这些要求必须将原样片的结构完全推翻重新 布局，所以对版图设计也带来一定难度。 4 结 束 语 RS485／232电平转换器电路的研制成功既证明 了这种设计方法的可行性又填补了国内外同类产品 的空白，此电路既可直接实现 RS485标准电平与 RS232标准电平之间的转换又可以同时实现 RS485 与RS232标准接口电路的功能，并且电路的参数完 全符合电路RS485与RS23的标准要求。电路的研 制成功很好地解决了 RS485与 RS232之间的电平 转换问题，并大大减小了使用面积，在安全性方面也 达到了使用者的要求。 参考文献： [1] 刘乐善，叶济忠，叶永坚．微型计算机接口技术原理及 应用[M]．武汉：华中理工大学出版社，1999． [2] 张建人．MOS集成电路分析与设计基础[M]．北京：电 子工业出版社 。1987． [3] Maxim Integrated Products CO[Z]．MAXIM 1995 Data Manual，1995． 维普资讯 http://www.cqvip.com