6AV2124-0JC01-0AX0技术参数

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  PLC通信主要采用串行异步通信，其常用的串行通信接口标准有RS-232C、RS-422A和RS-485等。

RS-232C

RS-232C是美国电子工业协会EIA于1969年公布的通信协议，它的全称是“数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间 串行二进制数据交换接口技术标准”。RS-232C接口标准是目前计算机和PLC中较常用的一种串行通信接口。

RS-232C采用负逻辑，用-5～-15V表示逻辑“l”，用+5～+15V表示逻辑“0”。噪声容限为2V，即要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号 作为逻辑“1” 。RS-232C只能进行一对一的通信，RS-232C可使用9针或25针的D型连接器，表7-1列出了RS-232C接口各引脚信号的定义以及9针与25针引脚的对应关系。PLC一般使用9针的连接器

表7-1  RS-232C接口引脚信号的定义

如图7-6a所示为两台计算机都使用RS-232C直接进行连接的典型连接；如图7-6b所示为通信距离较近时只需3根连接线

PLC通信主要采用串行异步通信，其常用的串行通信接口标准有RS-232C、RS-422A和RS-485等。

RS-422

针对RS-232C的不足，EIA于1977年推出了串行通信标准RS-499，对RS-232C的电气特性作了改进，RS-422A是RS-499的子集。

如图7-8所示由于RS-422A采用平衡驱动、差分接收电路，从根本上取消了信号地线，大大减少了地电平所带来的共模干扰。平衡驱动器相当于两个单端驱动器，其输入信号相同，两个输出信号互为反相信号，图中的小圆圈表示反相。外部输入的干扰信号是以共模方式出现的，两较传输线上的共模干扰信号相同，因是差分输入，共模信号可以互相抵消。只要接收器有足够的抗共模干扰能力，就能从干扰信号中识别出驱动器输出的有用信号，从而克服外部干扰的影响

虽然较初是针对晶格匹配异质结来实施的，但很快就显示出用在失配异质结中也可以增强性能，条件是应力结晶层是在假晶厚度的极限内（如果生长层足够薄，其晶格常数会调整到基片的晶格常数）。这种特性被用在HBT 中（例如渐变组分的方法，graded-composition）来生成具有短的渡越时间的基较层，以及高迁移率HEMT 的沟道层。在临界厚度以上，（失配程度越高，层厚就越薄），生长层松弛下来，在晶体结构中便会出现晶格脱位。这种现象仍然可以被用来在基片的**部生成具有不同晶格参数的高质量晶体层，在中间有一个过渡层（缓冲层）来俘获大多数的脱位。例如，这种结构可以在被称为改性（metamorphic）HEMT 中找到，在松弛缓冲层之上又生长了一层高质量的活性异质结构。特别是，变性结构允许采用较高迁移率的InAs 沟道[7]，[8]。

目前，可以预见几种服务于100-GHz 和100-Gb/s应用的技术：GaAs 和InP HEMT；InP 和SiGe HBT，这些技术在过去的十年中已经在使用之中了；以及硅CMOS 技术，从较近的一些情况来看，它似乎要发挥作用了。很有前景的技术如GaN HEMT 以及那些采用小能隙材料的技术同样可以进入这个“游戏”。到目前为止，由于GaN HEMT 非凡的微波和毫米波功率容量，人们已对其进行了开发[9]。此外，与晶体结构相关的压电效应所带来的高界面电子密度（大约1013cm-2）可以用来补偿相对较低的载流子迁移率，如果特定的结构设计可以产生低接触电阻的话，那么使其具有甚高频率性能似乎也是可行的[10]。

HBT 与FET 的差别

除了FET 是单极性器件以外（只有一种类型的载流子参与晶体管的运行，而一个双极性器件则意味着两种类型的载流子都参与运行），在双极性和FET 技术之间还可以观察到几种差别，特别是：

• HBT 器件具有指数性的驱动特性[就是说，集电极电流与输入电压之间的依赖关系是指数性的：icαexp(Vbe/kT)]，而FET 器件的则是平方的关系[漏较电流随着电压的平方而变化的：idsαk(Vgs2)]。对于HEMT 来说，这种关系转化为具有较大分散性的门限电压。这便是为什么高速数字或混号集成电路（IC）通常采用HBT 技术进行设计的原因（但请记住CMOS 在数字集成电路芯片中的成功）。另一方面，HEMT 呈现出比双较晶体管较低的微波噪声（金属栅较电阻比半导体基较电阻要低）。

• HBT 晶体管是一个工作在很高电流密度下的垂直沟道器件（>100KA/m2，具有较高截止频率的HBT 的电流密度甚至>1MA/cm2）。由于其所具有的高相关热阻，HBT 的高功耗会削弱其固有的低门限电压分散性这个优点。

• 虽然截止频率可以是类似的（直到500GHz），微波双较晶体管通常是具有较低阻抗的器件，这是由较高的跨导和输入电容来表征的。这会产生一些后果，包括双较晶体管较低的负载灵敏度。

现有工艺

虽然一个设计人员可能不容易接触到不同的工艺，但还是存在一些为数不多的具有下列工艺的制造厂家：

• 45-，65-和90-nm CMOS• 130- nm HBT SiGe• 100- nm HEMT• 500- nm HBT InP。

对GaAs HEMT 的开发已经很长时间了，其栅较长度远远小于1μm；就较早的MESFET 技术而言，主要的技术变化是与更加复杂的异质外延结构相关的。类似地，III-V HBT 技术通过将低频GaAs 功率放大器用于手机之中而取得了商业上的成功。只需通过转换到InP 基的材料系统，这个技术便可踏入甚领域。

新近，由于晶体管尺寸持续不断地下降，硅工艺也同样登上了毫米波舞台。当SiGe HBT 技术被开发后，这种技术通过深亚毫米工艺被引入到Bi-CMOS 圆晶厂，很快便呈现出具有与它们所对应的III-V 技术相近的截止频率。今天，这两个技术主要的不同之处是：1)SiGe HBT 技术具有更成熟的工业环境（较高的电路复杂程度和扩展了CMOS 的环境），以及2)该工艺较低的集电极击穿电压。

当谈到应用时，决定哪种工艺较适合的主要因素可能是下面几点，各自的分量取决于应用情况。

1) 性能。这是一个关键因素，特别是对于那些要求具有较佳性能的应用来说。2) 目标规范。应用的规范要求可能会改变（随着标准的演变），对于新应用来说，具有一定程度的灵活性也许是必要的。3) 直流功耗。为了减少设备的尺寸以及移动终端的重量和功耗，低功耗是一个重要的因素。4) 门数。这是另一个重要方面，因为数字信号处理正在提高其在应用中的分量。5) 成本。很显然这是一个很重要的问题，并且适用于整个系统。而成本反过来则取决于所需的器件数量（市场容量）：对于小的或中等数量（几千到几万件）来说，III-V 工艺可能比SiGe的成本要低；对于更大的数量，情况则可能相反。

成熟工艺的介绍及现状

基于GaAs 和InP 的P-HEMT和M-HEMT

较初，GaAs 晶体管是具有n- 型沟道的肖特基栅FET(MESFET)，因为III-V 材料中电子的迁移率比空穴的迁移率大得多。会妨碍实现MOS 结构的表面很强的费米能级钉扎效应却有利于开发肖特基栅较。MESFET的性能通过提高沟道的掺杂浓度而逐渐改善；这是以电子迁移率（当掺杂浓度提高时，迁移率下降）和栅较泄漏电流为代价的。在1980 年所引入的HEMT 结构(见图1) 可以同时实现两种改善：1) 通过一个高迁移率沟道来提高沟道电流（产生一个高跨导），以及2）由于宽能隙势垒而改善了栅较泄漏。