[实用新型]一种增强型并行通信电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种DCS系统中一种增强型数字接口电路，属于工业控制技术领域。

背景技术

在工业控制技术领域，经常要求单设备内部各模块之间或者多个设备之间实现通信接口。通常采用的手段如下：

（1）设备内部各个模块之间的通信因为距离比较近，通常利用数字接口电路直接采用并行通信的方法实现；

（2）对于多个设备之间或者设备内部各模块距离较远时，通常利用差分电路采用串行异步模式通信的方法实现；

并行通信所采用的数字接口电路主要是TTL电路和CMOS电路。TTL电路的电平就叫TTL 电平，CMOS电路的电平就叫CMOS电平。

TTL集成电路的全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路（Transistor-Transistor Logic），标准TTL输入高电平最小2V，输出高电平最小2.4V，典型值3.4V，输入低电平最大0.8V，输出低电平最大0.4V，典型值0.2V。TTL电路的电源供电只允许在+5V±10%范围内。

COMS集成电路是互补对称金属氧化物半导体（Compiementary symmetry metal oxide semiconductor）集成电路的英文缩写，电路的许多基本逻辑单元都是用增强型PMOS晶体管和增强型NMOS管按照互补对称形式连接的，静态功耗很小。COMS电路的供电电压VDD范围比较广在+5V～+15V均能正常工作，当输出电压高于VDD-0.5V时为逻辑“1”，输出电压低于VSS+0.5V（VSS为数字地）为逻辑“0”。

TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。

但是上述的TTL电路和CMOS电路都只适用于同一印制板内或者同一装置内部，使用方法通常如图1所示，数字量输出直接和数字量输入连接。这种实现方法在物理连接超过几米的距离时，对数据的传输可靠性就大为降低，极其容易因外部干扰而造成逻辑错误。

在工业控制领域，使用现场环境恶劣，噪声、射频、电磁辐射等无处不在，而在分散系统控制中，各种模件之间的物理连接距离甚至超过10米以上，现有技术，不适合分散控制系统的长距离数字信号传输，抗干扰能力差，不能够兼容TTL电平和CMOS电平。因此，利用数字接口电路直接采用并行通信模式速度快，传输数据量大，一次可传输1~16bits数据，协议解析简单，但是抗干扰性能不高，适用于近距离通信。

而在分散系统控制中，为了实现此条件下的可靠通信，通常采用差分信号的串行异步通信方式。

串行差分通信通俗地说，就是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”，而承载差分信号的那一对走线。差分信号与普通的单端信号走线相比抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪音干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。能有效抑制EMI。由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以互相抵消。耦合的越紧密，相互抵消的磁力线就越多。泄露到外界的电磁能量越少。

由于差分信号的开关变化是位于两个信号的焦点，而不像普通的单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路，时序定位精确，但是串行差分通信传输波特率较低，实时性比并行通信模式低。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺点，本实用新型提出一种增强型并行通信电路及方法，数字电路输出端使用达林顿电路增加驱动能力；数字电路传输链路中使用直流高电压供电（电压等级从12伏到110伏不限），提高抗干扰能力；数字电路输入端使用三电阻分压方式将链路中的直流电压转变为可识别的数字信号，可兼容TTL电平和CMOS电平；在分散控制系统中实现长距离的数字信号传输，可实现两设备之间nbit的数字量通信接口。

本实用新型技术方案如下：