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简介
工业和仪器仪表 (I&I)运用的一个要害要求是具有牢靠的数据接口，用于经过确诊端口查看相连体系。RS-232 bus standard是I&I运用中运用最早也最广泛的物理层总线规划规范之一。RS-232开始于 1962 年推出，是一种单端数据传输规范；虽然有谣传称其很快消亡，但其实它现在仍然是短线通讯职业广泛选用的一种通讯规范。
要在恶劣的工业环境下完成鲁棒的数据通讯链路，RS-232 确诊端口有必要在 RS-232 电缆网络与相连体系之间供给一个阻隔接口，以防备高噪声环境中的电压尖峰和接地环路并进步体系安稳性（图 1）.RS-232 通讯链路的电源阻隔运用阻隔式 DC/DC电源或 ADI 公司的 isoPower®集成式 DC/DC 转化器技能完成。RS-232 通讯链路的信号阻隔运用光耦合器或 ADI 公司的iCoupler®技能完成。
如图2所示，阻隔栅在RS-232总线和与该总线相连的每个体系之间供给电阻隔，既答应在两点之间传输数字数据，又可避免接地环路电流流过；这样可以消除耦合到通讯电缆上的噪声，然后下降信号失真和差错。
完成阻隔式RS-232接口
要供给阻隔式RS-232通讯接口，两头的器材有必要与所连的RS-232电缆彼此阻隔。要阻隔数据链路 ，则有必要对数据信号线路和用于驱动该电缆的电源进行阻隔。来自确诊端口上UART的数据需求跨过阻隔栅并传输至阻隔总线侧上的RS-232收发器。本地5 V/3.3 V电源也需求跨过阻隔栅来为阻隔总线侧上的RS-232收发器供电。工业PC端也相同需求如此：数据和电源均需求跨过阻隔栅（图3）。
经过将器材与RS-232电缆网络阻隔开来，确诊端口和工业PC电路均遭到维护，不受恶劣环境下或许耦合到RS-232电缆上的瞬变影响。阻隔还可以中止因确诊端口和工业PC端存在不同接地电位而或许呈现的接地环路。RS-232总线上或许呈现的高共模电压不能跨过阻隔栅，然后维护阻隔数据的用户。
阻隔技能：数据和电源
图4比较了两种首要阻隔技能。i技能（图4(a)）运用厚膜工艺技能构建可完成2.5 kV阻隔的微型片上变压器，然后在RS-232体系中供给信号阻隔。较陈旧但广泛选用的光耦合器处理计划（图4(b)）则选用发光二极管(LED)和光电二极管。LED用于将电信号转化为光，光电检测器则用于将光转化回为电信号。电光转化自身的低转化功率导致功耗相对较高；光电检测器的慢速呼应则约束其速度；而老化问题会约束其运用寿命。
经过运用晶圆级工艺直接在片上制作变压器，iCoupler 通道能以较低本钱彼此集成以及与其它半导体功用集成在一起。ADM3252E便是这样的一个比如，它是一个紧凑器材中的阻隔式双通道RS-232收发器。i阻隔技能至少在以下五个方面克服了老式光耦合器处理计划所形成的约束：集成—集成iCoupler 支撑双向操作，因而可缩小整体尺度并下降体系本钱—、功能更高、功耗 更低、易于运用且牢靠性更高。
直到最近，跨过阻隔栅传输电源需求运用独自的DC/DC转化器或定制分立办法，前者体积相对较大、价格贵重且阻隔不充分，后者则体积巨大且难以规划。即使是在阻隔式RS-232数据通讯等只需少数阻隔电源的运用中，这些办法也一直是仅有可行的代替计划。
为了处理这一问题，ADI公司研制并制作了一款完好的全集成式处理计划，运用微变压器跨过阻隔栅完成信号和电源传输。这是对咱们完善iCoupler r技能的延伸，是一种突破性的代替计划，称为isoPower在单个器材中便可完成高达2.5 kV的信号和电源阻隔，因而无需体积巨大、价格贵重且难以规划的阻隔电源。它可以显着减缩典型阻隔式RS-232接口的电路板面积、规划时刻和阻隔体系总本钱。下文介绍两种适用该技能的典型RS-232规划状况。
阻隔、高速双通道RS-232接口
图5将运用分立元件的传统处理计划与彻底集成式处理计划进行了比较。
施行彻底阻隔式双通道RS-232接口（图5(a)）的传统办法是选用光耦合器来供给RS-232链路的数据阻隔。每条数据线路（TIN1、TIN2、ROUT1、ROUT2）需求一个光耦合器以及一个外部缓冲器。阻隔电源选用变压器驱动器IC来驱动分立变压器，并与简略的整流电路和LDO（低压差稳压器）一起来净化阻隔式5 V或3.3 V ISO VCC供电轨。施行时，该规划需求八个IC和若干无源元件，并需占用极大的电路板面积。
在图5(b)所示的单芯片处理计划中，可运用一个IC (ADM3252E)、两个去耦电容和四个电荷泵电容来为一切四路信号完成一个彻底阻隔式(2.5kV)双通道RS-232接口。
ADM3252E（图6）将一个规范RS-232收发器与一个4通道i结合，用于供给RS-232数据信号的信号阻隔。它还集成iso技能，以供给片内电源阻隔。经过将iCoupler 和isoPower离技能相结合而集成RS-232收发器，ADM3252E可以在单个封装(12 mm × 12 mm)内供给具有2.5 kV rms阻隔功能的彻底阻隔式RS-232接口，而且只需六个外部电容。
该单芯片处理计划可以显着减缩阻隔式RS-232接口所需的规划时刻和电路板面积。由于PCB上的元件数量显着削减，因而可以下降制作本钱并进步牢靠性。此外，ADM3252E无需进行任何修正，便可用于5 V或3.3 V运用，避免了分立规划一切必要进行的规划更改。
iso技能可以直接在44引脚BGA封装的芯片上供给2.5 kV电源阻隔，因而无需传统处理计划中所用的贵重分立变压器。此外，iCoupler 技能可以供给信号（数据）阻隔，因而无需四个分立式光耦合器通道。
ESD维护
由于RS-232电缆要由用户亲手衔接和断开，因而RS-232发射(Tx)和接纳(Rx)引脚（TxD1、TxD2、RxD1、RxD2）的ESD（静电放电）维护十分重要，以保证接口安稳牢靠。ADM3252E在RINx和TOUTx上的ESD维护才能契合IEC 1000-4-2 (801.2)规范，详细如下所示：
- 触摸放电: ±8 kV
- 触摸放电: ±15 kV
瞬变维护
为使RS-232收发器可以在工业运用中极端恶劣的作业条件下作业，阻隔技能 (iCoupler 和 isoPower)供给高共模瞬变抗扰度(>25 kV/μs)， 该抗扰度是指在坚持额外作业时能坚持的最大共模电压（逻辑和总线端的电位差）压摆率。瞬变起伏是共模电压压摆的规模。共模电压压摆率适用于共模电压的上升沿和下降沿。该规范保证恶劣环境下耦合到RS-232电缆上的任何瞬变无法损坏RS-232收发器或导致传输过错数据，然后使数据链路具有极高安稳性。
2.5 kV阻隔维护和认证
阻隔收发器可以在器材的逻辑和总线端之间供给2.5 kV的阻隔。该阻隔额外值保证逻辑端没有电流可以进出RS-232电缆。它还保证不会有电压或瞬态耦合到RS-232电缆从而抵达逻辑端。2.5 kV阻隔维护还意味着，可维护逻辑端的用户不受RS-232电缆上或许呈现的高电压或瞬变影响。ADM3252E的2.5 kV阻隔额外值正在承受下列组织的认证：美国保险商实验所(UL)、德国电气工程师协会 (VDE)和加拿大规范协会(CSA)。UL 1577认证要求一切ADM3252E器材的阻隔栅（与光耦合器相同）都要100%经过出产测验：
-
UL认证
- 1分钟2,500 V rms，契合UL 1577
-
VDE合格证书
- VIORM = = 560 V峰值
- VIORM = 560 V peak
- CSA元件检验告诉#5A
ADM3252E规范
ADM3252E是一款双通道、高速、全阻隔式（数据和电源）RS-232收发器，十分适合在电气条件恶劣的环境下作业，或频频插拔RS-232电缆的场合。它集成了四个独立的iCoupler数字阻隔通道（两个发射，两个接纳）和一个isoPower芯片级DC/DC转化器，供给2.5 kVrms阻隔，25 kV/μs瞬变抗扰度和±15 kV ESD维护。它契合TIA/EIA-232E规范，最高通讯数据速率为460 kbps。片内倍压器和反相器支撑单电源作业。ADM3252E选用3.0 V至5.5 V单电源供电，无负载时功耗为20 mA。它选用12 mm × 12 mm的44引脚CSP BGA封装，额外温度规模为–40°C至+85℃，千片订量报价为8.49美元/片。
PCB布局
阻隔收发器的PCB布局关于保证在实践规划中完成2.5 kV的额外阻隔功能至关重要。首要考虑要素是逻辑端GND和总线端GND之间的爬电间隔 (沿壳体最短间隔) 和 电气空隙 (最短空气间隔) ADM3252E的逻辑接口不需求外部电路。输入和输出供电引脚需求电源旁路（图7）。欲了解有关PCB布局指南和辐射(EMI)操控结构的更多信息，请参阅AN-0971运用笔记, “isoPower器材的辐射操控主张”。
阻隔、高速单通道RS-232接口
关于只需单通道（1 Tx、1 Rx）5 V阻隔式RS-232接口的收发器运用， ADM3251E 供给一个20引脚宽体SOIC封装的单芯片处理计划。ADM3251E收发器整合iCoupler 和isoPower 阻隔技能，也是第一款能供给数据线路与电源二者彻底阻隔的外表贴装RS-232收发器。它具有2.5 kV阻隔额外值，契合工业规范阻隔要求（UL1577和DIN VDE 0884-10）。这可保证到达高噪声作业环境中所要求的鲁棒性，如工业自动化和操控运用中的阻隔式RS-232确诊数据端口。与传统IC比较，表贴(SMT)封装可使电路板空间削减45%，有助于加快制作工艺并下降体系开发本钱（图8）。
定论
现在，工业和仪器仪表运用中的RS-232接口链路需求尺度小、功能牢靠、本钱低且阻隔杰出。经过将芯片级变压器阻隔与规范RS-232接口收发器相集成，可以经过单芯片、全阻隔式RS-232收发器（含阻隔电源）来供给上述优势。双通道ADM3252E和单通道ADM3251E可以显着缩短规划时刻，并为这些要求严苛的运用供给一种紧凑、牢靠、低本钱的高功能处理计划。
我约请您在中文技能论坛上的ADI社区对阻隔式RS-232接口宣布谈论。
