MS721

瑞盟科技 MS721 仪表总线(M-Bus)从站收发电路 描述 MS721 是为 M-Bus 标准（EN1434-3）的应用而开发的单片 收发电路。MS721 接口电路可以适应从站与主站之间的电压 差，总线的连接没有极性要求，电路由主站通过总线供电，这 样对于从站电池就不会增加额外的负载，同时还集成了电源失 效功能。作为接收端时，内置动态电平识别电路，作为发射端 时，内置有可编程的电流源。集成了一个 3.3V 的直流稳压 源，在总线出现故障后延迟一段时间后关断。 主要特点  符合 EN1434-3 标准（从站）  具有动态电平识别的接收逻辑电平  通过电阻可调节接收电流  无极性连接  防掉电功能  模块电压切换  提供 3.3V 稳压源  远程供电  支持高达 9600 波特率的半双工的 UART 协议  从站的电源选择： 应用  MBus 总线从站接口电路 ——通过输出管脚 VDD 由总线供电 ——通过输出管脚 VDD 由总线供电或者由备用电池供电 ——通过电池供电，只在数据传输时总线有效 产品规格分类 产 品 封 装 形 式 打印名称 MS721 SOP16 MS721 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com 版本号：1.5 2019.05.08 共13页 第1页 瑞盟科技 MS721 内部框图 管脚定义 管脚号 管脚定义 描述 1 BUSL2 仪表总线接入端口 2 2 VB 整流后的总线差分电压端口 3 STC 供电电容接入端口 4 RIDD 充电电流调节端口 5 PF 掉电信号输出端口 6 SC 采样电容接入端口 7 TXI 数据反向输出端口 8 TX 数据输出端口 9 BAT 逻辑电平调节端口 10 VS 总线或电池供电选择输出端口 11 VDD 稳压电源输出端口 12 RX 数据输入端口 13 RXI 数据反向输入端口 14 RIS 发送电流调节端口 15 GND 接地端口 16 BUSL1 仪表总线接入端口 1 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com 版本号：1.5 2019.05.08 共13页 第2页 瑞盟科技 MS721 数据传输，主站到从站 总线上的传号电压 VBUS = MARK 定义为：从站端 BUSL1 和 BUSL2 的电压差。它取决主站到从站的距 离，因为距离影响了线缆上的压降。为使接收端不受影响，电压比较器 TC3 在 SC 端使用了动态参考电 平（见图二）。 SC 管脚的电容 CSC 由 ISCcharge 充电，由 ISCdischarge 放电。 ΙSCdischarg e  ΙSCcharge 40 这个比例对与任何数据内容不确定的 UART 协议来说都是很重要的（例如：最坏情况，一个 11 位 的 UART 协议所有的数据为 0，那么只有结束位为 1）。这样就有足够的时间对电容 CSC 进行充电。根 据 VBUS=空号电压/传号电压的条件，输入电平监测比较器 TC3 比较总线上的调制电压，转换后输出到 反向输出端 TXI 和非反向输出端 TX。 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com 版本号：1.5 2019.05.08 共13页 第3页 瑞盟科技 MS721 数据传输，从站到主站 芯片采用电流调制的方式从从站往主站传输数据，用电流源调制总线电流，主站监测调制电 流，在调制过程中，总线电压不变。电流源 CS3 调制总线电流，而主站检测这个调制信号。电流 源 CS3 由反向输入 RXI 和非反向输入 RX 控制，电流源 CS3 的电流可以通过外部电阻 RRIS 调节。 调制期间，调制电路消耗的电流为 IMS 加上电流源 CS3 的电流。 因为 MS721 为半双工设计，所以 RX 或 RXI 的输入数据由 ECHO 反馈到输出端 TX 和 TXI。如果 从站或者主站同时通过总线发送数据，TX 和 TXI 输出信号就为主站和从站输入信号叠加，表明从 站发生了数据冲突（见图一）。总线需要一个恒定电流，这个电流被总线上连接的每一个从站所 消耗。通过图四中的公式，可以计算出可编程电阻 RRIS 的大小。 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com 版本号：1.5 2019.05.08 共13页 第4页 瑞盟科技 MS721 从站电源 MS721 内部集成一个 3.3V 的稳压源，该稳压源的电源由 STC 管脚的存储电容 CSTC 提供，而 STC 脚的存储电容 CSTC 由电流源 CS1 的恒定电流 ISTC_use 进行充电，最大的 STC 电压被限定为 REF1，充电电流 ISTC_use 由管脚 RIDD 连接的外部电阻决定。电阻 RRIDD 大小可以通过下面的公式计 算得出。 R R ID D = 25 V R ID D V R ID D = 25 IST C IST C _use + IIC 1 ISTC：电流源 CS1 的电流。 ISTC_use：电源电容充电电流。 ICI：内部电流。 VRIDD：RIDD 管脚电压。 比较器 TC1 检测存储电容 CSTC 的电压，一旦电压 VSTC 达到 VVDD_on 时，开关 SVDD 连接 VVDD 到管 脚 VDD，如果 VSTC 电压降到 VDD_off 时，VDD 关闭。电容 CSTC 上的电压变化与总线电流之间的关系 如图五所示。 总线故障到 VDD 关闭的时间（toff）由系统电流 IVDD 和电容 CSTC 的电压决定，在这段时间 内，需要完成数据的存储。图 6 说明了在总线电压 VBUS 关断后，VDD_off、toff 与 STC 电容大小之间 的关系。 VS 输出端表示：由总线给从站供电，还是由电池给从站供电。VS 输出与 VDD 是同步的，都 是由比较器 TC1 控制。在 VS 输出端外接一个晶体管，可以实现总线供电和电池供电之间的切 换。 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com 版本号：1.5 2019.05.08 共13页 第5页 瑞盟科技 MS721 电源上电/掉电 电源掉电保护 因为输入经过一个整流器 BR，所以 BUSL1 和 BUSL2 是极性独立的。管脚 VB 到 GND 的电压 VVB 为总线电压减去整流器 BR 上的压降。电压比较器 TC2 监测总线电压，如果 V V B > V ST C + 0.6V ， 那么 PF=1。当电源失效时，PF=0，可以向 MCU 发出警告：总线电压下降，需要立即保存数据。 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com 版本号：1.5 2019.05.08 共13页 第6页 瑞盟科技 MS721 最大绝对额度值 所有参数在室温范围内测得（除非另有说明） VMB BUSL1到BUSL2之间的电压 VI 输入电压范围 TJ 结工作温度范围 -40℃ 到 150℃ TA 环境温度范围 -40℃ 到 100℃ TSTG 存储温度范围 -65℃ 到 150℃ 结温和环境温度的功率下降因素 8 mW/℃ ±50V RX和RXI端 -0.3V 到 5.5V BAT端 -0.3V 到 5.5V 推荐工作条件 所有参数在室温范围内测得（除非另有说明） VMB 总线电压，∣BULS2-BUSL1∣ VI 输入电压 RRIDD 最小值 最大值 接收 10.8 42 发送 12 42 VB(接收模式) 9.3 BAT 2.5 3.8 RIDD电阻 13 80 RRIS RIS电阻 100 TA 环境工作温度 -40 单位 V V kΩ Ω 100 ℃ 注：1. 所有的电压都是相对 GND 端口测量的，除非另有说明。 2. VBAT(max)≤VSTC-1V 电气特性 所有参数在室温范围内测得（除非另有说明） 参数 测试条件 最 典 最 小 型 大 值 值 值 单 位 ΔVBR 镇流器BR上的压降 IBUS = 3 mA 1.5 V ΔVCS1 电流源CS1的压降 RRIDD = 13 kΩ 1.8 V IBUS 总线电流 ΔIBUS 总线电流精度 ICC 电源电流 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com VSTC = 6.5V，IMC RRIDD = 13 kΩ 3 = 0 mA RRIDD = 30 kΩ 1.5 Δ VBUS = 10 V,IMC = 0 mA,RRIDD = 13 kΩ到30 kΩ VSTC = 6.5 V, IMC = 0 mA, VBAT = 3.8 V, RRIDD = 13 kΩ 版本号：1.5 mA 2 ％ 650 μA 2019.05.08 共13页 第7页 瑞盟科技 MS721 VSTC = 6.5 V, IMC = 0 mA, VBAT = ICI1 CI1电流 3.8 V, RRIDD = 13 kΩ ,VBUS = 6.5 350 μA V, RX/RXI = off IBAT BAT输入电流 VBAT=3.8V -0.5 0.5 μA BAT + VDD的电流 VBUS = 0 V, VSTC=0 -0.5 0.5 μA VVDD VDD端输出电压 -IVDD = 1 mA, VSTC = 6.5 V 3.1 3.4 V RVDD VDD端输出阻抗 -IVDD = 2 to 8 mA, VSTC = 4.5 V 5 Ω IBAT+IVD D VSTC STC电压 VDD = on, VS = on 5.6 6.4 VDD = off, VS = off 3.8 4.3 IVDD ＜ ISTC_use 6.5 7.5 RRIDD = 30 kΩ 0.65 1.1 RRIDD = 13 kΩ 1.85 2.4 1.23 1.33 V VSTC V 1 MΩ ISTC_use STC电流 VSTC = 5 V VRIDD RIDD端电压 RRIDD = 30 kΩ VVS VS端输出电压 VDD = on, IVS = –5 µA RVS VS端输出阻抗 VDD = off IPF = -100 µA PF端输出电压 VSTC = 6.5 V VVB = VSTC+ 0.3 V, IPF = 1 µA VVB = VSTC+ 0.3 V, IPF = 5 µA ton 开启时间 0.4 0.3 VVB = VSTC+ 0.8 V, VPF VSTC- CSTC = 50 µF, Bus voltage slew rate:1 V/µs VBAT0.6 V mA VBAT 0 0.6 0 0.9 3 V s 注：1. 所有的电压都是相对 GND 测量的，除非另有说明。 2. 输入 RX/RXI 和输出 TX/TXI 开路，ICC=ICI1+ICI2。 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com 版本号：1.5 2019.05.08 共13页 第8页 瑞盟科技 MS721 接收电气特性 所有参数在室温范围内测得（除非另有说明） 典 参数 测试条件 最小值 型 最大值 值 VT 见图 2 VSC SC 端电压 ISCcharge SC 端充电电流 MARK-8.2 VSC = 24 V, VVB = 36 V -15 MARK5.7 单 位 V VVB V -40 μA -0.033× ISCdischarge SC 端放电电流 VSC = VVB = 24 V 0.3 ISCchar μA ge 高电平输出电压 VOH ITX/ITXI = –100 µA(见图 2) VBAT-0.6 VBAT V 低电平输出电压 ITX/ITXI = 100 µA 0 0.5 V (TX,TXI 端) ITX = 1.1 mA 0 1.5 (TX,TXI 端) VOL ITX/ITXI TX，TXI 端电流 VTX = 7.5, VVB = 12 V, VSTC μA 10 = 6 V, VBAT = 3.8 V 注：1. 所有的电压都是相对 GND 测量的，除非另有说明。 发送电气特性 所有参数在室温范围内测得（除非另有说明） 参数 测试条件 IMC MC 电压 VRIS RIS 端电压 VIH VIL 高电平输入电 压(RX,RXI 端) 低电平输入电 压(RX,RXI 端) 最小值 RX 电流 19.5 mA RRIS= 100 Ω 1.4 1.7 V RRIS= 1000 Ω 1.5 1.8 见图 3 VBAT-0.8 5.5 V 见图 3 0 0.8 V -0.5 0.5 μA -10 -40 10 40 10 40 V VRX = 0 V, VBAT = 3 V, VSTC = VRXI = VBAT = 3 V, VVB = VSTC = 0 RXI 电流 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com 单位 11.5 6.5 V IRXI 最大值 RRIS= 100 Ω VRX = VBAT = 3 V, VVB = VSTC = 0 IRX 典型值 V VRXI = VBAT = 3 V, VSTC = 6.5 V 版本号：1.5 μA 2019.05.08 共13页 第9页 瑞盟科技 MS721 注：1. 所有的电压都是相对 GND 测量的，除非另有说明。 2. 当 VSTC > 6.5V 时，VIH(max)=5.5V 有效。 典型应用电路 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com 版本号：1.5 2019.05.08 共13页 第10页 瑞盟科技 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com MS721 版本号：1.5 2019.05.08 共13页 第11页 瑞盟科技 MS721 封装尺寸 SOP16 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com 版本号：1.5 2019.05.08 共13页 第12页 瑞盟科技 MS721 印章规范 一，印章内容介绍 MS721：产品型号 生产批号： 范例：JC5D43X 二，印章规范要求 1. 采用激光打印，整体居中且采用 Arial 字体。 三，包装规范 型号 只/卷 卷/盒 盒/箱 只/箱 MS721 2000 1 8 16000 杭州瑞盟科技有限公司 www.relmon.com 版本号：1.5 2019.05.08 共13页 第13页