ADM3251E應(yīng)用電路3.3V供電附5V供電電路比較

1、實(shí)現(xiàn)ADM3251E與3.3V系統(tǒng)的RS-232接口隔離隨著對(duì)處理速度及功耗的需求增長(zhǎng)，控制芯片越來越趨向于小體積，低功耗。因此其工作所需的電源電壓也降低至3.3V，甚至1.8V。這造成了與5V供電的接口芯片連接時(shí)，電平不匹配的問題。RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)是最常見的串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)之一，主要應(yīng)用于系統(tǒng)間的通信連接。在一些應(yīng)用領(lǐng)域，RS-232接口的隔離防護(hù)是必須的，ADI公司基于iCoupler磁隔離技術(shù)的隔離型RS-232接口收發(fā)器ADM3251E，內(nèi)部集成DC-DC隔離電源，信號(hào)隔離通道及RS-232收發(fā)器，接口帶有15KV的ESD保護(hù)和25KV/us的共模抑制能力，非常適于工作在苛刻的電氣

2、環(huán)境或頻繁插拔RS-232電纜的環(huán)境中。ADM3251E的出現(xiàn)替代了之前的光耦隔離方案，減少PCB面積，提高接口穩(wěn)定性且降低了成本。由于其內(nèi)部集成有DC-DC隔離電源，因此無(wú)需外部分立的DC-DC隔離電源模塊供電，提供了單芯片的RS-232接口隔離方案。但值得注意的是，ADM3251E的電源輸入引腳VCC，只有在5V輸入電壓時(shí)，才能使芯片內(nèi)部的DC-DC隔離電源有效，當(dāng)VCC采用3.3V供電時(shí)，芯片內(nèi)部DC-DC隔離電源無(wú)效，此時(shí)需要我們外接分立的DC-DC隔離電源模塊供電。由于ADM3251E的輸入側(cè)Tin引腳是CMOS結(jié)構(gòu)，其輸入電壓范圍是：高電平不低于0.7VCC，低電平不高于0.3VC

3、C，即當(dāng)5V供電時(shí)，輸入高電平需高于3.5V，輸入低電平需低于1.5V。下面是我搜集的幾種簡(jiǎn)單的電平轉(zhuǎn)換電路，以方便3.3V的控制信號(hào)與5V供電的ADM3251E通信。3.3V信號(hào)轉(zhuǎn)5V信號(hào)1、采用MOSFET如圖1所示，電路由一個(gè)N溝道FET和一個(gè)上拉電阻構(gòu)成。在選擇R1的阻值時(shí)，需要考慮輸入的開關(guān)速度和R1上的電流消耗。當(dāng)R1值較小時(shí)，可以提高輸入開關(guān)速度，獲取更短的開關(guān)時(shí)間，但卻增大了低電平時(shí)R1上的電流消耗。圖1，采用MOSFET實(shí)現(xiàn)3V至5V電平轉(zhuǎn)換2、采用二極管鉗位如圖2所示，由于3.3V信號(hào)的低電平一般不高于0.5V，當(dāng)3.3V系統(tǒng)輸出低電平時(shí)，由于D1的鉗位作用，使得5V輸出端

4、會(huì)得到0.7V1.2V的低電壓，低于ADM3251E的最高不超過1.5V的低電平閾值。當(dāng)3.3V系統(tǒng)輸出高電平時(shí)，由于D2的鉗位作用，使5V輸出端會(huì)得到約4V的高電平電壓，高于ADM3251E的最低不低于3.5V的高電平閾值。圖2，采用二極管實(shí)現(xiàn)3V至5V電平轉(zhuǎn)換3、采用三極管如圖3所示，當(dāng)3.3V系統(tǒng)高電平信號(hào)輸入時(shí)，Q1導(dǎo)通，Q2截止，在5V輸出端得到5V電壓。當(dāng)3.3V系統(tǒng)低電平信號(hào)輸入時(shí)，Q1截止，Q2導(dǎo)通，在5V輸出端得到低電平。此電路同樣也適用于5V轉(zhuǎn)3V的情況，只要將上拉的電壓換成3.3V即可。圖3，采用三極管實(shí)現(xiàn)3V至5V電平轉(zhuǎn)換以上三種方法比較簡(jiǎn)單，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，

5、但對(duì)傳輸速率有一定的限制，對(duì)于9600，19200等常用傳輸速率，使用這些方法沒有問題。也可以采用電壓比較器、運(yùn)算放大器或OC門芯片74HC05來實(shí)現(xiàn)3V至5V的電平轉(zhuǎn)換。對(duì)于高于100K傳輸速率的應(yīng)用，我們可采用一些專門的電平轉(zhuǎn)換芯片，如74LVX4245、SN74LVC、MAX3370等，但這些芯片價(jià)格偏高。當(dāng)然，我們也可以采用ADUM1201搭配DC-DC隔離電源模塊和RS-232收發(fā)器的分立隔離方案，ADUM1201不但能對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離，還能夠在隔離信號(hào)的同時(shí)方便的實(shí)現(xiàn)3V至5V的電平轉(zhuǎn)換。5V信號(hào)轉(zhuǎn)3.3V信號(hào)一些3.3V供電的控制芯片能夠承受5V的輸入電壓，但更多的控制芯片只能接受

6、3.3V的輸入信號(hào)，因此需要將ADM3251E的Rout引腳輸出5V信號(hào)轉(zhuǎn)為3.3V電平信號(hào)。1、采用二極管鉗位如圖4所示，利用二極管的鉗位作用，將5V電平轉(zhuǎn)換為3.3V電平，R1的作用是限流，但串聯(lián)了限流電阻R1會(huì)降低輸入開關(guān)的速度。采用此電路時(shí)，會(huì)通過二極管D1向3.3V電源輸入電流，如果電流過高可能會(huì)使3.3V電源電壓超過3.3V。圖4，采用二極管鉗位作用實(shí)現(xiàn)5V至3V電平轉(zhuǎn)換2、采用三極管如圖5所示，三極管在此電路中也起到鉗位的作用，且不會(huì)將電流引入3.3V電源。圖5，采用三極管實(shí)現(xiàn)5V至3V電平轉(zhuǎn)換3、采用電阻分壓如圖6所示，這應(yīng)該是最簡(jiǎn)單的降低電平的方法。圖6，采用電阻分壓實(shí)現(xiàn)5V

7、至3V電平轉(zhuǎn)換以上電路能夠方便的實(shí)現(xiàn)ADM3251E與3.3V供電的控制系統(tǒng)之間的通信。其整體電路圖如圖7：圖7，ADM3251E與3.3V系統(tǒng)的通信圖中采用三極管加上拉電阻升壓的方法將3.3V的輸入信號(hào)拉升到5V，輸入到ADM3251E的Tin引腳，而ADM3251E的Rout引腳5V輸出信號(hào)經(jīng)電阻分壓，轉(zhuǎn)換成3.3V信號(hào)輸入到以3.3V電源工作的控制器中。需要注意的是，上拉電阻及限流電阻都會(huì)不通程度的影響數(shù)據(jù)傳輸速率。ADM3251E外圍共需6個(gè)電容，2個(gè)瓷片104電容，和4個(gè)電荷泵電容，泵電容是很重要的，用來穩(wěn)定RS-232的輸出信號(hào)，保證足夠的升壓，因此推薦使用耐壓16V，0.1uF的電解電容。此外，我們也可以選擇采用ADUM1201的分立隔離方案，能夠在實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換，其電路如圖8所示：圖8，采用ADUM1201實(shí)現(xiàn)3.3V控制系統(tǒng)與5V供電的RS-232收發(fā)器的隔離通信電平轉(zhuǎn)換在目前的數(shù)字電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用的越來越多，ADUM磁隔離芯片能夠在隔離信號(hào)的同時(shí)，方便的實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間和PCB體積。ADM3251E內(nèi)部集成DC-DC隔離電源，在5V電源