一种低成本RS485光耦脉宽补偿电路
目录
一、背景
二、电路设计
三、总结
一、背景
集中器RS485通讯用HCPL-817-00BE光耦，属于低速线性光耦，受光耦器件特性和制造工艺影响，上升沿和下降沿时间3-18uS，如图1所示。如通讯波特率9600，即每1bit时间104uS，考虑光耦导通时间，1bit信号时间86uS (最坏情况)。
图1、HCPL-817光耦参数
TXD脉宽为标准104uS方波，经过光耦输出脉宽91.49uS，如图2所示。从测试波形上分析，光耦由导通到截止状态，发光二极管仍有余辉导致接收光敏接收有输出，也就是常说光耦导通快截止慢，本文所探讨就是补偿光耦截止过程脉宽。
图2、HCPL-817光耦脉宽测量
水控器通讯也用817光耦，比如集中器发送0x55，减去集中器和水控器两端光耦延迟时间36uS (最坏情况)，水控器单片机接收到1位“1”时间68uS。高电平脉宽太窄，解码过程中很容易解调成“0”，导致通讯不成功。
二、电路设计
集中器RS485通讯波特率9600，工作温度范围：-20~60℃。为减少光耦上升沿和下降沿时间，可选高速光耦6N137，1路RS485会增加2元物料成本。考虑到通讯波特率不高，降低物料成本，增加电路补偿光耦脉冲宽度。
在817光耦外围增加电阻、电容、二极管、逻辑器件，可实现光耦脉冲宽度补偿，如图3所示。
RS485_TXD1默认高电平，光耦输出高电平，二极管D411给RC充电，74HC125输入高电平，输出也是高电平。RS485_TXD1输出低电平，光耦输出低电平，二极管D411起隔离作用，RC开始放电，此时74HC125输入高电平，电容C411电荷通过电阻R417泄放，电压低于 74HC125高电平门限，74HC125输出低电平。
图3、补偿电路
光耦U411输出波形和整形后波形，如图4所示。高电平时间展宽8uS，展宽时间取决与RC参数，74HC125起波形整形作用，器件上升沿时间nS级。74HC125输出接SN65LBC184发送引脚。接收电路也是同样道理，在SN65LBC184接收引脚加补偿电路，再接74HC125波形整形，最后驱动接收光耦。
图4、补偿前后波形对比
加补偿电路分别在高温40℃、50℃、60℃测试补偿时间变化，温度越高正脉宽时间越短。常温补偿时间约8uS，到60℃补偿时间5uS左右。光耦CTR受温度升高后降低，导致光耦输出正脉宽时间变短，而不是补偿时间变短。
三、总结
使用补偿电路通过环境试验(-20 to 55℃)和电磁兼容验证，已经在集中器项目中批量应用超过3年时间，目前反馈性能稳定。用阻容分离器件代替高速光耦，应用于通讯速率要求不高场合(≤9600)，或对成本敏感的项目中。