RS-232接口隔離設(shè)計(jì)

1、RS-232 接口隔離設(shè)計(jì)發(fā)布: 2009-7-15 15:43 |作者: cvm|來源: CAN總線專區(qū)關(guān)鍵字：ADUM1201 ADUM5241 ADM3251E引言：RS-232是PC機(jī)與工業(yè)通信中應(yīng)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(huì)）規(guī)定的用于計(jì)算機(jī) 與終端設(shè)備之間通訊的一種標(biāo)準(zhǔn)， 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(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、 發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的， 采取不平衡傳輸方式， 即所謂單端通訊。 這樣由一對(duì)單向收發(fā)的信號(hào) 線來實(shí)現(xiàn)全雙工通信。由于RS-232的典型應(yīng)用是在系統(tǒng)間的通訊， 因此在各系統(tǒng)間 的隔離設(shè)計(jì)已經(jīng)

2、變的非常必要。 隔離不僅可以保護(hù)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(shí)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(cuò)誤。傳統(tǒng)的RS-232總線隔離方法是光耦合器技術(shù)， 使用光束來隔 離和保護(hù)檢測電路以及在高壓和低壓電氣環(huán)境之間提供一個(gè)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(gè)芯片僅提供 一個(gè)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(yīng) 用。因此，ADI公司推出的新型雙通道數(shù)字隔離器以其諸多

3、優(yōu)于光電 隔離器件的性能優(yōu)點(diǎn)，在RS-232總線以及其他高要求情況下有著廣 泛的應(yīng)用前景。ADUM1201ADUM120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到5.5V之間，這樣可以實(shí)現(xiàn)低電壓供電， 從而進(jìn)一步降低 系統(tǒng)功耗。電源和參考地之間需要接入0.01 F到0.1電容，以 濾除高頻干擾，電容和電源之間的距離應(yīng)該在20mn以內(nèi)，這樣可以 達(dá)到更好的濾波效果。 由于兩個(gè)隔離通道高度匹配， 通道間串?dāng)_很小， 并且采用兩通道輸入輸出反向設(shè)計(jì)，非常適合RS-232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GND是兩個(gè)不同的參考地，否則將

4、達(dá)不到隔離的效果。另外需要注意的是ADUM120正常工作時(shí)，兩端的供電源需要同 時(shí)上電才能保證ADUM120兩通道都能正常工作，如果有一個(gè)沒有上 電就能導(dǎo)致整個(gè)芯片無法正常工作.在RS-232總線通信中， 雙通道數(shù)字式隔離器ADUM120用來實(shí) 現(xiàn)控制器和RS-232收發(fā)器之間的電氣隔離，以到達(dá)更好的抗干擾性 能。一般放在微控制器和RS-232收發(fā)器之間，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的隔離。下圖是ADUM120在RS232總線隔離中的典型應(yīng)用電路圖：圖1 ADUM120典型應(yīng)用電路圖其中VDD1和VDD2兩端電源均兼容3.3V/5V.這樣不僅可以實(shí) 現(xiàn)低電壓供電，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗；而且可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出信

5、 號(hào)的電平轉(zhuǎn)換。VDD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UART ADUM5241ADuM5241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50mV低功耗芯片級(jí)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isopower技術(shù)，兩個(gè)信號(hào)隔離通道都是采用ADI公司的iCoupler磁耦隔離技術(shù)，真 正實(shí)現(xiàn)了單芯片封裝中的完全隔離。ADuM5241提供了兩個(gè)獨(dú)立的隔離通道，5V工作電壓，還可 配合其他iCoupler器件實(shí)現(xiàn)更多通道的隔離組合。ADUM524可直接用

6、于RS232的隔離，其典型應(yīng)用電路圖如下:圖2 ADUM524典型應(yīng)用電路圖其內(nèi)部集成一個(gè)5V-5V的內(nèi)部DC/DC隔離電源， 當(dāng)VDD1輸 入一個(gè)5V的外接電源時(shí)，VISO會(huì)輸出一個(gè)+5V/10mA的電壓?？梢詾?后端的RS-232收發(fā)器供電；但當(dāng)前端輸入3.3V電壓的時(shí)候，內(nèi)部DC/DC隔離電源則不工作，后端的VISO需另外接電源供電。當(dāng)我們一個(gè)系統(tǒng)需要多個(gè)外接串口的時(shí)候，用ADUM524與ADUM120配合使用，無論從成本上，還是從應(yīng)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R

7、S-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(jí)DC-DC轉(zhuǎn)換器,ADM3251E勺典型應(yīng)用電路圖如下（圖3）,圖中的插針1、因此無需外部分立的隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器。2可直接連接MCI的UARTC1、C2是ADM3251E勺兩個(gè)去耦電容，VISO可實(shí)現(xiàn)5V的穩(wěn)定輸出， 前端的VCd容3V/5V工作電壓 （3V工作時(shí)， 內(nèi)部DC/DC不工作，需雙端供電）。ADM3251的高集成度使得原來 復(fù)雜的多分立器件RS-232系統(tǒng)，真正的可以單個(gè)芯片實(shí)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)

8、RS-232接口的首選。圖3ADM3251E典型應(yīng)用電路圖小結(jié)隔離芯片ADUM120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，ADUM120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(duì)器件的影響， 不需要其他的驅(qū)動(dòng)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(hào)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，ADUM120以單一芯片實(shí)現(xiàn)了RS-232系統(tǒng)之間的 電氣隔離，而且ADUM120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(hào)的傳輸，大大簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)， 同時(shí)，由一個(gè)隔離芯片代替以往的兩個(gè)， 大大增加了通道間的匹配程 度，使系統(tǒng)獲得更好的隔離性能。本文介