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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,Human Body Model)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收发器总线端口处外接瞬变电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressor,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CMOS IC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Cadence Virtuoso EDA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。