总线供电仪表的物理层媒体结合单元制造技术

本实用新型专利技术公开一种总线供电仪表的物理层媒体结合单元，安装在总线系统和数字系统之间，它由启动电路、信号接收电路和ＣＤ信号创建电路、功率调节电路和总线信号整形发送电路、发送信号基准电平电路组成，总线系统信号作为信号接收电路输入，信号接收电路输出送至数字系统；启动电路以总线信号为输入信号，分别与信号接收电路、ＣＤ信号创建电路、功率调节电路相连，为系统提供电源；功率调节电路接收总线整形发送电路信号，输出与总线系统相连；总线信号整形发送电路由发送信号基准电平电路提供阈值电平，输入控制信号由数字系统提供；ＣＤ信号创建电路输出信号至数字系统。本实用新型专利技术结构简单、可靠性高、总线信号交流特性优良、静态功耗小，效率高，性价比高。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

Physical layer medium combining unit of bus power supply instrument

Physical media attachment unit of the utility model discloses a bus power supply instrument, installed between the bus system and the digital system, which is composed of a starting circuit, signal receiving circuit and CD signal circuit, power regulation circuit and create a bus signal transmission circuit, signal shaping circuit reference level, bus system as a signal receiving circuit input signal the signal receiving circuit, the output is sent to the digital system; starting circuit with bus signal as the input signal, and signal receiving circuit, CD signal circuit, power regulation circuit is created, to provide power for the system; the power regulating circuit receives the bus signal output and shaping transmission circuit, bus system connected; bus signal shaping circuit provides transmission threshold level by the transmitted signal reference level circuit, the input control signal provided by the digital system; CD signal creation circuit output signal to digital system. The utility model has the advantages of simple structure, high reliability, excellent AC characteristic of the bus signal, low static power consumption, high efficiency and high cost performance ratio.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及现场总线(FOUNDATION Filedbus，简称FF)技术，具体地说是一种总线供电仪表的物理层媒体结合单元(Medium AttachmentUnit，MAU)。
技术介绍
FF现场总线仪表分为非总线供电的仪表、总线供电的非本安型仪表和总线供电的本质安全型仪表。支持本质安全型仪表设计是FF低速现场总线协议的主要特点之一，由本安型总线仪表和专用安全栅构成的本安系统，可用于易燃易爆的工业现场。尽管不能排除非总线供电的仪表实现本质安全的可能性，现有的符合本安要求的现场总线仪表都采用了总线供电技术，即维持仪表工作的能量全部从由两根线构成的总线上获取，这两根线既是信号线，也是电源线。在这一点上，与常规的两线制仪表有相似之处，但是，在现场总线的两根总线上要挂接多个仪表，仪表之间需要以数字量的形式进行通讯，因此在电路的工作原理上与常规的两线制仪表有本质的区别。用于将内部数字电路的逻辑信号转变为可通过总线发送的信号，且可从总线上接收信号，并将其转换为内部数字电路所能识别的逻辑信号的电路单元，称为媒体结合单元。MAU电路的设计是本质安全型现场总线仪表硬件设计的关键问题之一。总线供电的MAU电路除必须满足IEC1158-2现场总线物理层国际标准中对信号传输质量的全部要求外，还需要高效率地从总线上获取能量以维持仪表的正常工作，然而目前的技术状况是电路结构复杂，可靠性低，总线信号交流特性差，静态功耗大，效率低，对于器件性能要求高，导致性价比低。
技术实现思路
为了克服现有技术中不足，本技术的目的在于提供一种电路结构简单、可靠性高、总线信号交流特性优良、静态功耗小，效率高，对于器件性能要求不高，性价比高的总线供电仪表的物理层媒体结合单元，采用本技术可实现FF现场总线供电和信号传输，并可满足IEC1158-2现场总线物理层标准中所要求的性能指标。为了实现上述功能和目的，本技术的技术方案如下安装在总线系统和数字系统之间，由启动电路、信号接收电路和CD信号创建电路、功率调节电路和总线信号整形发送电路、发送信号基准电平电路组成，其中总线系统的信号作为信号接收电路输入信号，信号接收电路的输出信号送至数字系统；启动电路以总线信号为输入信号，分别与信号接收电路、CD信号创建电路、功率调节电路相连，为系统提供工作电源；功率调节电路接收总线整形发送电路信号，其输出与总线系统相连；发送信号基准电平电路为总线信号整形发送电路提供发送总线信号的阈值电平，总线信号整形发送电路的输入控制信号由数字系统提供；CD信号创建电路输出信号接至数字系统；其中信号接收电路由工作电源基准电路及串联连接的带通滤波电路和滞回比较电路构成，其中工作电源基准电路接至带通滤波电路和滞回比较电路，带通滤波电路输出与CD信号创建电路相连，并经滞回比较电路接数字系统；其中信号接收电路输入端接经过桥式整流的总线系统；启动电路以经过桥式整流的总线信号为输入信号；所述启动电路包括由场效应管和第六电阻构成的恒流源和低压差稳压电路，恒流源输入接总线系统，输出接低压差稳压电路，用于提供工作电源；所述发送信号基准电平电路由第十二电阻、第十九～二十一电阻构成的分压单元和模拟开关构成，四个电阻节点分别与模拟开关的输入端相连，模拟开关的输出为阈值电压，接至总线信号整形发送电路；所述信号接收电路由带通滤波电路、滞回比较电路和工作电源基准电路组成，其中工作电源基准电路包括第三运放，由串联的第十～十一电阻对工作电源分压后与第三运放的同相输入端相连，第三运放的输出为1/2工作电源的基准电压，接至带通滤波电路的第一运放的同相端，并经阻容元件接至滞回比较电路；总线信号接至以第一运放为核心的带通滤波电路；滞回比较电路由滞回比较器、第四电容、第四～五电阻组成，滞回比较器的反相端接第一运放，第四电容和第五电阻并联在滞回比较器的同相端和输出端之间，滞回比较器的输出端接数字系统；所述CD信号创建电路包括分压单元、窗口比较器，其分压单元由串联的第二十二～第二十五电阻构成，对工作电源进行分压得到的阈值电压作为窗口比较器的输入信号；窗口比较器由第四运放和第五运放构成，第四运放的反相端和第五运放的同相端相接后接带通滤波电路的第一运放的输出端，第四运放和第五运放的输出端信号为CD信号，送给数字系统；所述总线信号整形发送单元包括第十五～十六电阻构成的分压单元及与分压节点相接的第二运放，第七电容与第十五电阻并接在总线系统和第二运放的同相端之间，第二运放的反相端接收发送信号基准电平电路的输出信号，其输出端接至功率调节电路中的第一三极管的基极；功率调节电路包括第一三极管和第二三极管，其中总线信号接到第二三极管发射极，其基极接第一三极管的集电极，第一三极管集电极输出为数字系统提供电源；另外，所述恒流源位于经桥式整流的总线系统的输出端和低压差稳压电路输入端之间；经桥式整流的总线信号为以第一运放为核心的带通滤波电路输入端；所述第七电容与第十五电阻经桥式整流电路并接在总线系统和第二运放的同相端之间；总线信号经过桥式整流后接到第二三极管发射极。本技术能满足总线供电的IEC1158-2现场总线物理层标准性能指标要求，具体具有以下主要功能和设计指标(1)在非发送状态下，在总线上的电压为9-32V的范围内，能够从总线上吸取一个恒定的静态电流，该电流的大小同时满足以下条件(a)满足MAU仪表中所有器件的工作电流的需要。(b)满足在发送状态下电流变化幅度的需要。(c)在满足(a)(b)两个条件的前提下，该电流应尽可能小。(2)仪表的静态电流在接入总线后10ms之内达到稳定。(3)在非发送状态下，MAU电路能对仪表内部电路的工作电流的动态变化有良好的调节能力，使其静态电流的变化率小于1mA/ms。(4)在非发送状态下，MAU电路在信号频带内的差分输入阻抗大于3KΩ。(5)在接收状态下，MAU电路至少能正确接收峰-峰值不低于150mV的信号，并将其转换为仪表内部的逻辑电路所需要的标准逻辑信号。(6)在接收状态下，MAU电路能够抑制峰-峰值75mV的噪声。(7)在发送状态下，仪表能够在其静态电流的基础上，以31.25k/s的速率产生电流的变化，其变化幅度应在50Ω等效负载上产生峰-峰值0.75V-1.5V范围内的电压信号。(8)在发送状态下，MAU电路能够限制其电流变化率，使得在负载上产生的电压信号的波形，满足IEC1158-2标准中的有关规定。(9)对于本技术所述本安型仪表MAU电路的设计还能满足本安电路的有关规定。附图说明图1本技术结构框图。图2为图1中启动电路原理。图3为图1中发送信号基准电平电路原理图。图4为图1中信号接收电路原理图。图5为图1中CD信号创建电路原理图。图6为图1中总线信号整形发送和功率调节电路原理图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明。实施例1如图1所示，本技术由启动电路、信号接收电路和CD信号创建电路、功率调节电路和总线信号整形发送电路、发送信号基准电平电路组成，其中信号接收电路由工作电源基准电路、带通滤波电路和滞回比较电路串联构成，来自总线系统的输入信号经过桥式整流作为信号接收电路输入，输出信号送至数字系统；启动电路以经过桥式整流的总线信号为输入，分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种总线供电仪表的物理层媒体结合单元，安装在总线系统和数字系统之间，其特征在于：由启动电路、信号接收电路和ＣＤ信号创建电路、功率调节电路和总线信号整形发送电路、发送信号基准电平电路组成，其中总线系统的信号作为信号接收电路输入信号，信号接收电路的输出信号送至数字系统；启动电路以总线信号为输入信号，分别与信号接收电路、ＣＤ信号创建电路、功率调节电路相连；功率调节电路接收总线整形发送电路信号，其输出与总线系统相连；发送信号基准电平电路与总线信号整形发送电路相连，总线信号整形发送电路的输入控制信号由数字系统提供；ＣＤ信号创建电路输出信号接至数字系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕岩，杨志家，崔书平，曹梦侠，谢闯，赵雪峰，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]