工業(yè)和儀器儀表應用的魯棒隔離式RS-232診斷端口

圖5. 隔離式RS-232設計比較

　　實施完全隔離式雙通道RS-232接口（圖5(a)）的傳統(tǒng)方式是采用光耦合器來提供RS-232鏈路的數(shù)據(jù)隔離。每條數(shù)據(jù)線路（TIN1、TIN2、ROUT1、ROUT2）需要一個光耦合器以及一個外部緩沖器。隔離電源采用變壓器驅動器IC來驅動分立變壓器，并與簡單的整流電路和LDO（低壓差穩(wěn)壓器）一起來凈化隔離式5 V或3.3 V ISO VCC供電軌。實施時，該設計需要八個IC和若干無源元件，并需占用極大的電路板面積。
　　在圖5(b)所示的單芯片解決方案中，可利用一個IC (ADM3252E)、兩個去耦電容和四個電荷泵電容來為所有四路信號實現(xiàn)一個完全隔離式(2.5kV)雙通道RS-232接口。
　　ADM3252E（圖6）將一個標準RS-232收發(fā)器與一個4通道i結合，用于提供RS-232數(shù)據(jù)信號的信號隔離。它還集成iso技術，以提供片內(nèi)電源隔離。通過將iCoupler 和isoPower離技術相結合而集成RS-232收發(fā)器，ADM3252E能夠在單個封裝(12 mm × 12 mm)內(nèi)提供具有2.5 kV rms隔離性能的完全隔離式RS-232接口，并且只需六個外部電容。

圖6. ADM3252E隔離、雙通道RS-232收發(fā)器

　　該單芯片解決方案能夠顯著縮減隔離式RS-232接口所需的設計時間和電路板面積。由于PCB上的元件數(shù)量明顯減少，因此能夠降低制造成本并提高可靠性。此外，ADM3252E無需進行任何修改，便可用于5 V或3.3 V應用，避免了分立設計所必須進行的設計更改。
　　iso技術能夠直接在44引腳BGA封裝的芯片上提供2.5 kV電源隔離，因而無需傳統(tǒng)解決方案中所用的昂貴分立變壓器。此外，iCoupler 技術能夠提供信號（數(shù)據(jù)）隔離，因而無需四個分立式光耦合器通道。
　　ESD保護
　　因為RS-232電纜要由用戶親手連接和斷開，因此RS-232發(fā)射(Tx)和接收(Rx)引腳（TxD1、TxD2、RxD1、RxD2）的ESD（靜電放電）保護非常重要，以確保接口穩(wěn)定可靠。ADM3252E在RINx和TOUTx上的ESD保護能力符合IEC 1000-4-2 (801.2)標準，具體如下所示：
　　接觸放電： ±8 kV
　　接觸放電：±15 kV
　　瞬變保護
　　為使RS-232收發(fā)器能夠在工業(yè)應用中極其惡劣的工作條件下工作，隔離技術 (iCoupler 和 isoPower)提供高共模瞬變抗擾度(>25 kV/μs)， 該抗擾度是指在維持額定工作時能保持的最大共模電壓（邏輯和總線端的電位差）壓擺率。瞬變幅度是共模電壓壓擺的范圍。共模電壓壓擺率適用于共模電壓的上升沿和下降沿。該規(guī)格確保惡劣環(huán)境下耦合到RS-232電纜上的任何瞬變無法損壞RS-232收發(fā)器或導致傳輸錯誤數(shù)據(jù)，從而使數(shù)據(jù)鏈路具有極高穩(wěn)定性。
　　2.5 kV隔離保護和認證
　　隔離收發(fā)器能夠在器件的邏輯和總線端之間提供2.5 kV的隔離。該隔離額定值確保邏輯端沒有電流能夠進出RS-232電纜。它還確保不會有電壓或瞬態(tài)耦合到RS-232電纜進而到達邏輯端。2.5 kV隔離保護還意味著，可保護邏輯端的用戶不受RS-232電纜上可能出現(xiàn)的高電壓或瞬變影響。ADM3252E的2.5 kV隔離額定值正在接受下列機構的認證：美國保險商實驗所(UL)、德國電氣工程師協(xié)會 (VDE)和加拿大標準協(xié)會(CSA)。UL 1577認證要求所有ADM3252E器件的隔離柵（與光耦合器一樣）都要100%經(jīng)過生產(chǎn)測試：
　　UL認證
　　1分鐘2,500 V rms，符合UL 1577
　　VDE合格證書
　　IEC 60747-5-2 (VDE 0884, Part 2)
　　VIORM = = 560 V峰值
　　CSA元件驗收通知#5A
　　ADM3252E規(guī)格
　　ADM3252E是一款雙通道、高速、全隔離式（數(shù)據(jù)和電源）RS-232收發(fā)器，非常適合在電氣條件惡劣的環(huán)境下工作，或頻繁插拔RS-232電纜的場合。它集成了四個獨立的iCoupler數(shù)字隔離通道（兩個發(fā)射，兩個接收）和一個isoPower芯片級DC/DC轉換器，提供2.5 kVrms隔離，25 kV/μs瞬變抗擾度和±15 kV ESD保護。它符合TIA/EIA-232E規(guī)范，最高通信數(shù)據(jù)速率為460 kbps。片內(nèi)倍壓器和反相器支持單電源工作。ADM3252E采用3.0 V至5.5 V單電源供電，無負載時功耗為20 mA。它采用12 mm × 12 mm的44引腳CSP BGA封裝，額定溫度范圍為–40°C至+85℃，千片訂量報價為8.49美元/片。