Дмитрий Колесников, директор Центра проектирования интегральных схем; Евгений Сухотерин, начальник лаборатории разработки аналоговых блоков; Андрей Тучин, начальник лаборатории разработки топологии блоков и IO-ячеек; Григорий Глушков, директор обособленного подразделения в Воронеже; Вадим Богданов, начальник лаборатории измерений электронных модулей; Артур Зайдуллин, инженер-схемотехник 1-й категории, АО «ПКК Миландр»

 

В статье представлены основные характеристики разработанной в АО «ПКК Миландр» микросхемы К5559ИН28АSI приемопередатчика RS-485 со скоростью передачи данных до 30 Мбит/с. Основными преимуществами микросхемы являются: пониженные токи потребления, расширенный диапазон напряжения питания 3–5,5 В, параллельное подключение к шине до 256 эквивалентных приемопередатчиков, защита от короткого замыкания и тока с линии на питание или землю приемопередатчика. Завершение испытаний и начало серийного производства начнется в 2021 г.

 

Введение

Наиболее надежную и устойчивую связь, особенно в жестких условиях эксплуатации, обеспечивают проводные интерфейсы, наиболее распространенным среди которых является RS-485. Благодаря высокой помехоустойчивости и гибкости построения сети интерфейс RS-485 получил широкое применение в системах сбора данных, системах управления промышленными устройствами, системах вентиляции и безопасности, в медицинском оборудовании и автомобильной электронике.

АО «ПКК Миландр» на протяжении нескольких лет ведет поставки микросхем приемопередатчиков по стандартам RS-485/RS-422 (5559ИН25У; 5559ИН26У; 5559ИН27У; 5559ИН28У; 5559ИН10АУ; 5559ИН10БУ; 5559ИН32Т), в т.ч. с гальванической развязкой (2011ВВ024).

В настоящее время разработана новая высокоскоростная микросхема приемопередатчика по стандарту RS-485 с пониженным током потребления.

 

Основные параметры микросхемы [1]:

• диапазон напряжения питания: 3,0–5,5 В;
• скорость передачи данных: до 30 Мбит/c;
• входной импеданс приемника соответствует 1/8 единице нагрузки (1 U.L.), что допускает параллельное включение до 256 эквивалентных приемопередатчиков на шине;
• отказоустойчивая к наличию короткого замыкания и обрыва на шине схема приемника, что не требует использования внешних fail-safe резисторов;
• синфазное напряжение шины данных: –7…12 В;
• защита от перегрева;
• защита от короткого замыкания;
• микросхемы поставляются в 8-выводном пластиковом корпусе SO-8;
• диапазон рабочей температуры: –40…85°С;

Типовая схема включения микросхемы приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Типовая схема включения К5559ИН28АSI. Условные обозначения:

G1, G2            – источники постоянного напряжения, U_CC = (3,0 – 5,5) В;

С1, С2 – конденсаторы, C1 = C2 емкостью не менее 0,1 мкФ ±20%;

R1, R2 – резисторы, R1 = R2 = 120 Ом.

Конденсаторы (С1, С2) необходимо располагать как можно ближе к микросхеме.

Максимальная длина шины по стандарту RS-485 составляет 1200 м. В случае превышения этой длины следует использовать повторители. Использование по стандарту RS-422 возможно в случае применения двух микросхемы К5559ИН28АSI. При этом одна из них должна быть включена только в режиме передачи, а другая – только в режиме приема.

Остановимся на некоторых особенностях и преимуществах разработанной микросхемы подробнее. Основные характеристики микросхемы и сравнение с функциональными аналогами представлено в таблице.

К5559ИН28АSI сочетают в себе высокую скорость передачи данных до 30 Мбит/с c низким током потребления в режиме «вкл.» (см. рис. 2).

Рис. 2. Зависимость тока потребления I_CC К5559ИН28АSI без нагрузки от температуры при U_CC = 5,5 В

При появлении на входах DE и nRE состояний «0» и «1», соответственно, микросхемы переходят в режим «выкл.» (shutdown) с током потребления <2 мкА, что в пять раз меньше, чем у MAX14783EEUA.

Выходы передатчиков разработанной микросхемы ограничены по скорости нарастания/спада выходного сигнала для уменьшения уровня электромагнитных помех, а также отражений при неидеально согласованной шине. Таким образом, обеспечивается стабильная передача информации. Микросхема оснащена двумя механизмами защиты выходов передатчика: по максимальному выходному току и по рассеиваемой мощности. Зависимости токов короткого замыкания выходов передатчика от напряжения источника питания при напряжении на выходе –7 и 12 В представлены на рисунке 3.

 a)

б)

 

Рис. 3 Зависимость тока короткого замыкания выхода передатчика IOS_D от напряжения источника питания при U_AY (U_BZ) равном: а) –7 В; б) 12 В

Данные механизмы защиты активируются в случаях неправильного использования схемы приемопередатчика, замыкания выходов передатчика на шины питания и «общий» вывод, а также при возникновении конфликтных ситуаций (попытки одновременной передачи данных несколькими приемопередатчикам). Схема термозащиты срабатывает при температуре кристалла более 160°С и переводит схему передатчика в состояние «выкл.».

Микросхемы оснащены эффективными встроенными схемами защиты, препятствующими протеканию току с линии на питание и землю при напряжении в линии выше питания либо ниже земли приемопередатчика. На рисунке 4 представлены ВАХ выходов передатчиков в диапазоне напряжения –7…12 В. В линии с несколькими приемопередатчиками c разными уровнями земли и питания эта схема защиты от токов с линии совместно со схемой ограничения токов короткого замыкания обеспечивает более надежную передачу данных и предотвращает протекание тока между источниками питаний приемопередатчиков.

а)

б)

Рис. 4. Вольтамперные характеристики выходов передатчика при: а) DE=«1», DI=«0»; б) DI=«1». Кривая синего цвета характеризует ток через выход передатчика, красная кривая – напряжение питания микросхемы

Входной импеданс приемника RS-485 по стандарту не должен быть меньше 12 кОм (одна ед. нагрузки – 1 U.L.); стандартный передатчик способен работать на 32 ед. нагрузки, например MAX14783EEUA и ADM3490E. Входной импеданс микросхем К5559ИН28АSI не превышает 96 кОм, что позволяет параллельно подключить к шине до 256 эквивалентных приемопередатчиков. Кроме того, допускается комбинация на шине данных приемопередатчиков с приемопередатчиками, имеющими другой входной импеданс.

 

Выводы

Компания АО «ПКК Миландр» разработала микросхему приемопередатчика стандарта RS-485, сочетающую в себе высокую скорость передачи данных до 30 Мбит/с c низким током потребления как в режиме «вкл.», так и в режиме «выкл.». Расширенный диапазон рабочего напряжения 3–5,5 В совместно с высоким входным сопротивлением приемника, встроенными схемами защиты от токов с линии и схемами ограничения тока короткого замыкания позволяют проектировать надежные и гибкие сети по сбору данных для систем управления разных уровней.

 

О компании ПКК Миландр

«ПКК Миландр» (www.milandr.ru) – российский разработчик и производитель интегральных микросхем, электронных модулей, приборов и систем. Основная специализация компании «ПКК Миландр» – реализация проектов в области разработки и производства изделий микроэлектроники (микроконтроллеры, микропроцессоры, микросхемы памяти, микросхемы приемопередатчиков, микросхемы преобразователей напряжения, радиочастотные схемы), универсальных электронных модулей, приборов промышленного и коммерческого назначения, разработки ПО для современных информационных систем и изделий микроэлектроники.

Отличительная особенность предприятия – обеспечение полного маршрута создания интегральных микросхем и электронных модулей, начиная с процессов проектирования и производства инновационных продуктов, востребованных рынком, и заканчивая постоянным техническим сопровождением всех реализованных проектов.

В течение последних 10 лет компания выполнила более 230 опытно-конструкторских работ в интересах аппаратурных промышленных предприятий.

Разработано и доведено до серийного выпуска 210 типономиналов интегральных микросхем. Производственные мощности – 500 тыс. микросхем в год.

Основными потребителями изделий под маркой «ПКК Миландр» являются российские приборостроительные предприятия: изготовители аппаратуры связи, радиотехнических систем, бортовых вычислителей и систем телеметрии. Во всех регионах России насчитывается свыше 1000 потребителей продукции компании.

В коллективе компании работают 650 высококвалифицированных специалистов, включая 28 кандидатов наук и двух докторов наук.

Система менеджмента качества предприятия соответствует требованиям ГОСТ ISO 9001-2011, распространяется на разработку и производство интегральных микросхем, пьезоэлектрических приборов и электромеханических фильтров, металлокерамических корпусов интегральных микросхем, многокристальных модулей и микросборок, источников вторичного электропитания и радиоэлектронной аппаратуры.

 

Ссылки

1. Микросхема приемопередатчика по стандартуRS-485/RS-422//Микросхема приемопередатчика по стандарту RS-485/RS-422//ic.milandr.ru.
2. MAX14783E. High-Speed 3.3V/5V RS-485/RS-422 Transceiver with ±35kV HBM ESD Protection//datasheets.maximintegrated.com.
3. ST3485EB, ST3485EC, ST3485EI, ST3485EIY//www.st.com.
4. Analog Devices. 3.3 V, ±15 kV ESD-Protected, Half- and Full-Duplex, RS-485/RS-422 Transceivers//www.analog.com.