具有熱插拔功能的RS-485 收發(fā)器

一、 引言

熱插拔 (Hot Swap) 即帶電插拔，是指在不關(guān)閉系統(tǒng)電源的情況下，將模塊、板卡插入或拔出系統(tǒng)而不影響系統(tǒng)的正常工作，從而提高了系統(tǒng)的可靠性、快速維修性、冗余性和對(duì)災(zāi)難的及時(shí)恢復(fù)能力等。

RS-485收發(fā)器在工業(yè)控制、通訊、儀器儀表、安防監(jiān)控、智能家居、燈光控制等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)于RS-485收發(fā)器的可靠性提出了較高的要求，不僅僅局限于完美的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，在各種嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境中也要有優(yōu)異的表現(xiàn)，具有熱插拔功能的RS-485收發(fā)器成為應(yīng)用的首選。

二、 熱插拔過程中總線的擾動(dòng)

RS-485收發(fā)器在總線上傳輸差分信號(hào)，當(dāng)通訊模塊插入到正在工作或帶電背板時(shí)，存在上電時(shí)序以及動(dòng)態(tài)插入過程。如果數(shù)據(jù)存在擾動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致總線或者接收端數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，影響系統(tǒng)的可靠性。

圖1 系統(tǒng)熱插拔示意圖

圖1為工控系統(tǒng)中RS-485通訊模塊熱插拔的示意圖。當(dāng)通訊模塊動(dòng)態(tài)接入背板時(shí)，通訊模塊的主控制芯片進(jìn)入上電初始化時(shí)序，此時(shí)主控的I/O處于高阻態(tài)。RS-485的驅(qū)動(dòng)器的使能端DE和接收器的使能端/RE是由主控芯片的I/O控制的，主控芯片的I/O在高阻態(tài)的漏電以及系統(tǒng)寄生參數(shù)的影響，都可能將驅(qū)動(dòng)器和接收器的控制端置于異常的邏輯電平，從而將驅(qū)動(dòng)器或接收器錯(cuò)誤地開啟，造成總線和接收端數(shù)據(jù)的擾動(dòng)，影響系統(tǒng)的正常通訊。

三、具有熱插拔功能的RS-485收發(fā)器

具有熱插拔功能的RS-485收發(fā)器，可以有效地避免上述的潛在問題。圖2是上海貝嶺高速RS-485收發(fā)器BL1590的功能框圖，和通用的RS-485收發(fā)器相比，增加了熱插拔電路模塊，另外內(nèi)置的過流保護(hù)和溫度保護(hù)模塊也更適用于嚴(yán)苛的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖2 具有熱插拔功能的RS-485收發(fā)器

熱插拔電路通過對(duì)DE和/RE使能端的優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。表1為RS-485收發(fā)器的真值表。從表中可以看到，將DE端置低，/RE端置高，可以將收發(fā)器的輸出端置于高阻狀態(tài)。

驅(qū)動(dòng)器真值表：

接收器真值表

表1 RS-485收發(fā)器真值表

在收發(fā)器的上電過程中，芯片內(nèi)部的定時(shí)器開啟，使能端DE和/RE通過芯片內(nèi)部的上下拉，將收發(fā)器置于關(guān)斷狀態(tài)，總線和RO的輸出均為高阻。當(dāng)定時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束后，保持關(guān)斷狀態(tài)，直至外加控制信號(hào)能夠提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力來控制使能信號(hào)，收發(fā)器的控制端恢復(fù)為高阻抗輸入。同樣，收發(fā)器掉電時(shí)，控制端的熱插拔電路進(jìn)行復(fù)位，保證了收發(fā)器掉電時(shí)的總線和RO輸出的高阻狀態(tài)。

圖3和圖4分別為通用RS-485收發(fā)器和具有熱插拔功能RS-485收發(fā)器，在熱插拔過程中的對(duì)比波形。從對(duì)比結(jié)果可以看到，具有熱插拔設(shè)計(jì)的收發(fā)器在芯片上電過程中，控制端信號(hào)沒有建立的情況下，無論在A/B總線還是RO的輸出端，都沒有出現(xiàn)波形的擾動(dòng)。