集成tvs器件的rs485接口芯片的分析和设计

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1、学校代码10530学号201230101305分类号TN713密级硕士学位论文集成TVS器件的RS485接口芯片的分析和设计学位申请人蒋琦指导教师金湘亮教授学院名称物理与光电工程学院学科专业集成电路工程研究方向集成电路设计二○一五年五月十三日AnalysisanddesignofRS485interfacechipTVSdevicesCandidateJiangQiSupervisorProfessorXiangliangJinCollegePhysicsandoptoelectronicsProgramElectronicScienceandtechnologySpe

2、cializationDesignofIntegratedCircuitsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2015湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加示注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：藏感日从ｉｒ年＆强Ｊ；月气曰学

3、位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向閣家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭乂学可ｔｉｌ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采期影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。Ｖ作者签名：０璋日期：２Ｋ年＾月吁日导师签名；满日期：列巧占月日＾摘要智能电网是目前全世界节能减排的重要举措之一，其中具有可长距离通讯的RS485网络是智能电网中最为关键的通信网络。RS485的传输总线一般架在室外或沿电

4、缆铺设，常因雷击引发传输线上产生瞬变干扰而导致芯片的损坏。此外，RS485网路常采用直线拓扑结构，一条总线上挂载着数十至上百个RS485收发器，因而雷击、浪涌产生的大电压突变就有可能导致RS485网络中收发芯片的同时损坏，从而导致网络系统的瘫痪。所以，对电压突变的防护是RS485芯片设计时必须考虑的问题，也是提高系统可靠性及安全性的关键所在。对于传统的RS485收发器，为了达到DL/T645的标准，传输总线端口A、B会有人体模型(HBM，HumanBodyModel)15kV的规格要求，但在实际应用中，这样的防护等级是不够的。目前一般的解决方法是在RS485收发器总线端

5、口处外接瞬变电压抑制二极管(TransientVoltageSuppressor，TVS)来防止电压突波。但一般的独立TVS器件成本高而且使用不方便。同样，压敏电阻因其寄生电容大，导通电阻也高，且低电压的压敏电阻漏电流大，也不适合用于RS485介面保护。而利用传统半导体工艺制作的TVS虽然反应速度极快，但其耐高电压、高电流的能力不足，所以也难以抵挡雷击浪涌的冲击，而采用新型CMOSIC工艺，可以克服许多技术上的瓶颈。本文的主要工作是：一、通过采用CMOS工艺将TVS器件和RS485电路实现单片集成，以解决压敏电阻寄生电容大，导通电阻高，且低电压压敏电阻漏电流大不适合用于

6、RS485介面保护的弊端，同时克服传统半导体制作的TVS耐高电压、高电流的能力不足，难以抵挡雷击浪涌的冲击的问题。二、基于TIA/EIA的RS485通讯协议标准，采用台湾旺宏电子股份有限公司0.5μm高压CMOS工艺，使用CadenceVirtuosoEDA软件设计完成一款集成有TVS器件的RS485接口芯片。芯片采用半双工、双向通讯方式，具有抗雷击、浪涌、低功耗、短路保护等特点；芯片输入阻抗为1/8单位负载，能够并行驱动256个同类型的收发器。本文设计完成的芯片主要由接收器、驱动器以及TVS器件构成，芯片采用平衡驱动和差分接收的工作方式。芯片通过三次流片以及多次优化和

7、改进，实现了预先设计的指标，并顺利通过了芯片厂商的性能以及可靠性等工程性测试；与国内同类产品相比，具有面积更小，抗干扰能力更强的特点。关键词：TransientVoltageSuppressor；抗雷击、浪涌；接收器；驱动器；可靠性IIAbstractAtpresent,smartgridbecomesoneoftheimportantmeasuresofenergyconservationandemissionreductionintheworld,whichhaslongdistancecommunicationinRS485netw