摘要：基于普通CMOS工艺，设计了一款ARINC 429总线接收器。电路可在3.3 V、5 V两种电源电压下工作，能够直接接收单路ARINC 429总线差分信号输入，转化为数字高低电平输出，同时输出受使能信号控制。采用SMIC 0.18 μm HV LDMOS工艺流片，电路经测试验证，电参数达到设计要求，性能稳定可靠，实用性强，已应用于某航空通信显控系统中。
关键词：ARINC 429；基准电路；比较器
1 引言
ARINC 429总线是美国航空无线电公司（ARINC）制定的航空数字总线传输标准，定义了航空电子设备和系统之间相互通信的一种规范[1]。在航空电子综合化系统中，快速、有效的数据传输对整个航空电子系统的性能有很大影响。ARINC 429是航空电子系统之间最常用的通讯总线之一，它符合航空电子设备数据传输标准[2]。而ARINC 429总线接收电路常见于ARINC 429总线系统中，其主要功能是在ARINC 429总线信号及相关外围设备之间起到桥梁作用[3]。可直接接收双极归零制的ARINC 429信号并将其转换为数字信号传送至计算机或其他设备[4]。
本文介绍了一款通用的ARINC 429总线接收器电路设计，电路可接收单路ARINC 429总线差分信号输入，转化为数字电平输出，实现ARINC 429总线与外围设备间（如FPGA等）的通讯。电路基于CMOS工艺设计制作，性能可靠、实用性强[5]。
2 电路整体结构和功能分析
本文设计的ARINC 429总线接收器由比较电压产生电路、差分电压比较电路及驱动电路组成，如图1所示。
比较电压产生电路内含基准模块与小型LDO模块，为差分接收电路提供两个不同的比较电压Vref1、Vref2；ARINC 429总线差分输入信号通过比较器电路与Vref1、Vref2进行对比，转化为数字信号输出。同时，使能控制信号TESTA、TESTB，可有效控制OUTA、OUTB输出。
图1 总体电路框图
3 关键模块设计
3.1基准电路
基准电压产生电路如图2所示，由启动电路、运放以及带隙基准3部分组成。MN1、MP1、MP2、R4组成启动支路，同时为运放电路OP提供偏置电压，运放电路有效地保证了带隙基准部分A、B两点电路相等。Q1、Q2、R3、R2、R1组成带隙基准核心部分，三极管Q2发射极面积为Q1发射极的8倍，整体电路在C点产生带隙基准电压[6]。
图2 基准电路
在输出支路上，输出电压Vref为：
基准电压设计值为1.24 V，通过调节R1及R2、R3的阻值，可以得到随温度变化较小的带隙基准电压[5]。
3.2比较电压产生电路
比较电压产生电路，为简单的LDO电路结构，如图3所示。在D点产生LDO电压输出，同时E点电压与基准相同，VD=Vref（R9+R8）/R8。同时，R5、R6、R7为分压电压，可以通过调整其阻值，得到不同的分压Vref1、Vref2，为后继接收器电路提供两个比较电压，同时，调整分压电阻R6阻值，可以调整差分输入电压的迟滞电压。
图3 比较电压产生电路
3.3差分接收电路
差分接收电路结构如图4所示。ARINC 429总线差分输入信号INA、INB通过电阻分压网络以及初级比较器电路在E点、F点被转化为随输入变化的正电压信号。在电压比较电路中，正电压信号在上升及下降过程中分别与Vref1、Vref2进行比较，从而在比较器输出端产生数字电平翻转信号。同时，数字电平输出受TESTA、TESTB使能信号的控制。
4 版图设计与仿真测试验证
4.1版图设计
电路版图设计规则采用SMIC 0.18 μm HV LDMOS工艺设计规则进行设计，芯片面积1.05 mm× 2.0 mm。如图5所示。
4.2仿真分析
选用SMIC 0.18 μm HV LDMOS工艺模型，利用HSPICE仿真软件对所设计电路进行仿真验证，在电源电压VCC为3.0～5.5 V、全温T为-55～125℃范围内，电路均能正常工作。下边以电源电压VCC=5 V的仿真情况为例，对仿真结果进行说明。
图6是对基准输出Vref温度特性的仿真波形，从图中可以看出，在-55～125℃温度范围内，输出Vref电压变化范围为1.2455～1.2465 V,电压变化1.0 mV，温漂系数4.5×10-6/℃。
同时，VCC为3.0～5.5 V、全温-55～125℃范围内，对两个比较电压Vref1、Vref2进行仿真验证，达到设计要求，其结果如表1所示。
选取差分接收电路做仿真验证。对差分翻转电平及传输延时仿真如图7所示。
从图7中可以看出，当OUTA发生高低翻转时，ARINC 429差分输入电平|VRINA-VRINB|分别为6 V和5 V，迟滞电压为1 V，达到设计要求。
图4 比较器电路结构
图5 电路版图设计
图6 基准电路仿真结果
图7 差分接收电路翻转电压仿真验证
表1 比较电压Vref1、Vref2输出仿真结果
4.3测试验证
所设计电路在SMIC 0.18 μm HV LDMOS工艺线上完成流片，电路功能与电参数达到设计要求。在VCC为3.0～5.5 V、全温T在-55～125℃范围内，电路均能正常工作，接收差分信号，输出数字高低电平。在VCC=5 V时，电参数的实测数据如表2所示。
5 结论
基于普通CMOS工艺，设计了一款适应于ARINC 429总线的接收器电路，电路可接收单路ARINC 429总线差分信号输入，转化为数字电平输出。同时，输出受使能信号控制。电路兼容ARINC 429总线协议。所设计电路在SMIC 0.18 μm HV LDMOS工艺线上完成流片，功能与电参数达到设计要求，并
在整机系统中得到了很好的应用。
表2 电路实测结果
