ADUM1201在隔離RS232中的應用

1、ADUM1201 在隔離 RS232中的應用雙通道數(shù)字式隔離器ADUM1201在 RS232總線通信系統(tǒng)中的應用關(guān)鍵字：ADUM1201 ADUM5241 ADM3251E引言：RS-232 是PC機與工業(yè)通信中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232接口最初是由美國EIA （電子工業(yè)聯(lián)合會）規(guī)定的用于計算機與終端設備之間通訊的一種標準， 目前已被廣泛的用于系統(tǒng)間的串行通信線路。RS-232是為點對點（即只用一對收、發(fā)設備）通訊而設計的，采取不平衡傳輸 方式，即所謂單端通訊。這樣由一對單向收發(fā)的信號線來實現(xiàn)全雙工通信。由于 RS-232的典型應用是在系統(tǒng)間的通訊，因此在各系統(tǒng)間的隔離設計已經(jīng)變

2、的非常必要。隔離不僅可以保護器件免受總線上的高壓危害，還可以消除總線上的接 地回流，同時隔離還可以有效的減少系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼與錯誤。傳統(tǒng)的RS232總線隔離方法是光耦合器技術(shù)，使用光束來隔離和保護檢測電路 以及在高壓和低壓電氣環(huán)境之間提供一個安全接口。目前一般使用 6N137光電隔離器件，以Toshiba 公司的6N137為例，該器件工作電壓為5V,最高速率10Mbps工作溫度一般為 0C到70C，隔離電壓2500Vrms并且以 DIP8型封裝，每個芯片僅提供一個隔離通道。這些性能已經(jīng)限制了6N137在更高要求的環(huán)境中應用。因此，ADI 公司推出的新型雙通道數(shù)字隔離器ADUM1201以其諸

3、多優(yōu)于光電隔離器件的性能優(yōu)點，在RS232總線以及其他高要求情況下有著廣泛的應用前景。ADUM1201ADUM1201基于ADI專利的iCoupler 數(shù)字隔離器采用平面磁場專利隔離技術(shù)。iC oupler技術(shù)是一項專利隔離技術(shù)，它是基于芯片尺寸的變壓器，而不是基于光電耦合器所采用的 LED與光電二極管的組合。iCoupler 技術(shù)由于取消了光電耦合器中的光電 轉(zhuǎn)換過程，并且采用了iCoupler 變壓器專利技術(shù)集成變壓器驅(qū)動和接收電路，從而實現(xiàn)了光電隔離器無法比擬的性能優(yōu)勢。由于使用晶片級制造工藝直接在芯片上制造iCouple 變壓器，所以iCoupler 通道比光電耦合器有效地實現(xiàn)通道之間

4、的集成以及比 較容易地實現(xiàn)其它半導體功能。由于沒有光電耦合器中影響效率的光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以iCoupler 數(shù)字隔離器不需要驅(qū)動 LED的外部電路，其功耗僅為光電耦合器的1/10到1/50。這種新的基于電數(shù)字隔離器在125 C高SOIC封裝，這樣磁的隔離方法，在抗高溫影響方面遠優(yōu)于光耦合器，iCoupler溫環(huán)境下性能和可靠性并不下降，因此可以采用低成本，小體積的不但降低了成本還減小了芯片的體積。另外，iCoupler 數(shù)字隔離器的隔離通道具有比光電耦合器更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、時序精度和瞬態(tài)共模抑制能力。其額定隔離電壓是高隔離度光電耦合器的2倍，并且數(shù)據(jù)傳輸速率和時序精度是其10倍。此外，與光電

5、耦合器不同的是，多通道 iCoupler 數(shù)字隔離器能在同一芯片內(nèi)提供正向和反向通 信通道，這樣就可以使得信號的傳輸方向更加靈活，簡化了芯片間的硬件連接線路。由于基于iCoupler 技術(shù)，所以 ADUM1201具有諸多優(yōu)于光電隔離器的優(yōu)點：速度更高最高速率可以達到125Mbps。功耗更低功耗低于同數(shù)據(jù)傳輸率時傳統(tǒng)光電隔離器的1/10，最小工作電流 0.8mAo性能更高時序精度，瞬態(tài)共模抑制力，通道間匹配程度均優(yōu)于傳統(tǒng)光電隔離器。體積更小集成度更高，印制電路板（PCB面積為傳統(tǒng)光電隔離器的40%。應用更靈活與傳統(tǒng)光電耦合器不同的是，多通道iCoupler 數(shù)字隔離器能在同一芯片內(nèi)提供正向和反向

6、通信通道。ADUM1201所隔離的兩端有各自的電源和參考地，電源電壓范圍在2.7V至U 5.5V之間，這樣可以實現(xiàn)低電壓供電，從而進一步降低系統(tǒng)功耗。電源和參考地之間需要接入0.01 uF至U 0.1電容，以濾除高頻干擾，電容和電源之間的距離應該在20mm以內(nèi)，這樣可以達到更好的濾波效果。由于兩個隔離通道高度匹配，通道間串擾很小，并且采用兩通道輸入輸出反向設計，非常適合RS232總線雙向收發(fā)的特性，大大簡化可隔離器與所隔離兩端的硬件連接。需要注意的是 GND1與GND2是兩個不同的參考地，否則將達不到隔離的效果。另外需要注意的是ADUM1201正常工作時，兩端的供電源需要同時上電才能保證ADU

7、M1201兩通道都能正常工作， 如果有一個沒有上電就能導致整個芯片無法正常工作在RS232總線通信中，雙通道數(shù)字式隔離器ADUM1201用來實現(xiàn)控制器和 RS232收發(fā)器之間的電氣隔離，以到達更好的抗干擾性能。一般放在微控制器和RS232收發(fā)器之間，以實現(xiàn)系統(tǒng)間的隔離。下圖是 ADUM1201在RS232總線隔離中的典型應用電路圖：GNChDC-DCGND2®MAX232VCC Mt VDOj,kt_I VDD2 GNDjV0D2GNDGN02W-V0V*1 VIA GM ”陽 H VO 圖1 ADUM1201典型應用電路圖其中VDD1和VDD2兩端電源均兼容3.3V/5V.這樣不僅

8、可以實現(xiàn)低電壓供電，從而進一步降低系統(tǒng)功耗；而且可以實現(xiàn)輸入輸出信號的電平轉(zhuǎn)換。VDD1與VDD2之間的電源隔離，我們采用的是DC/DC電源隔離模塊。RXD TXD 連接的是微控器（MCU 的 UARTADUM5241ADUM5241是基于ADI公司專利iCoupler技術(shù)的雙通道數(shù)字隔離器，內(nèi)部集成了50mW低功耗芯片級尺寸的 DC-DC隔離電源，輸出5V, 10mA DC-DC隔離電源采用了 ADI專利的i sopower技術(shù)，兩個信號隔離通道都是采用ADI公司的iCoupler磁耦隔離技術(shù)，真正實現(xiàn)了單芯片封裝中的完全隔離。ADuM5241 提供了兩個獨立的隔離通道，5V工作電壓，還可配

9、合其他 iCoupler器件實 現(xiàn)更多通道的隔離組合。ADUM5241可直接用于 RS232的隔離，其典型應用電路圖如下:GNDiso MAX232Vi$oRxoutGNDisMTxin HGNDND*1 VEA ViSQMGNDisoAo'c-sszt GNChI VIE H VOA-BVDVDDRx°ra'VDD圖2 ADUM5241典型應用電路圖其內(nèi)部集成一個 5V-5V的內(nèi)部DC/DC隔離電源，當 VDD1輸入一個5V的外接電源 時，VISO會輸出一個+5V/10mA 的電壓?？梢詾楹蠖说腞S232收發(fā)器供電；但當前端輸入3.3V電壓的時候，內(nèi)部DC/DC隔離

10、電源則不工作，后端的VISO需另外接電源供電。當我們一個系統(tǒng)需要多個外接串口的時候，用ADUM5241與ADUM1201配合使用，無論從成本上，還是從應用上都是最佳選擇。ADM3251EADM3251E是一款高速、單通道RS-232收發(fā)器，采用單電源供電。這款器件非常適于工作在苛刻的電氣環(huán)境，或頻繁插拔RS-232電纜的環(huán)境中。ADM3251E集成了雙通道數(shù)字隔離器以及isoPower集成隔離電源。由于內(nèi)置ADI公司iCoupler?技術(shù)的芯片級DC-DC轉(zhuǎn)換器，因此無需外部分立的隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器。ADM3251E的典型應用電路圖如下（圖3）,圖中的插針 1、2可直接連接 MCU的UART

11、 C1、C2 是ADM3251E的兩個去耦電容，V iso可實現(xiàn) 5V的穩(wěn)定輸出，前端的 VCC 兼容3V/5V工作電壓（3V 工作時，內(nèi)部DC/DC不工作，需雙端供電）。ADM3251E 的高集成度使得原來復雜的多分立器件RS232系統(tǒng)，真正的可以單個芯片實現(xiàn)，不僅節(jié)約了 PCB面積，而且降低了研發(fā)成本，可以說是工業(yè)RS232接口的首選。晶圓智通adi atm產(chǎn)品專業(yè)推廣育5VVCCMOURXT斗GNDnc r*-HVCC 斗-Hvcc THGND HNb HGND Mono JRCHJIWrtMGND 卜NDVsioADM3251E V* Cl* C1- 卜 TOUT 卜 RIN I p C2+ 卜g V-GNDiso圖3 ADM3251E 典型應用電路圖小結(jié)隔離芯片 ADUM1201處于系統(tǒng)的中間，做各系統(tǒng)間的電氣隔離，它比傳統(tǒng)的光電隔離具有更好的性能，ADUM1201消除了傳統(tǒng)光電隔離器不確定的傳輸速率，非線性的傳輸函數(shù)，以及溫度和壽命對器件的影響，不需要其他的驅(qū)動和分立元件，提供了更加穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化性能，而且在相同的信號傳輸速率下功耗只有光電隔離器的1/10到1/6。由圖1可見，ADUM1201 以單一芯片實現(xiàn)了RS232系統(tǒng)之間的電氣隔離，而且ADUM1201 采用雙轉(zhuǎn)化通道，兩通道方向相反的特殊結(jié)構(gòu)，非常適合于CAN總線信號的傳輸，大大簡