恶劣环境下隔离型串行通讯接口的应用

摘要：文章介绍一种隔离供电专用器件MAX253，阐明了隔离供电技术应用的原因、原理。并结合恶劣环境下串行通信接口RS-485的应用，详细阐述了隔离型数据接口在抗恶劣环境下的应用原理及实用技巧。
关键词：隔离供电；串行通信接口；隔离型数据接口

0 概述
众所周知，在恶劣环境下，且对通信质量的要求较高时，为确保信息在通信过程中的质量，降低误码率，人们通常都要采用隔离技术。这种隔离不仅包括通信线路隔离，而且还包括供电系统的隔离。这里仅就解决供电系统的隔离机理和方法进行探讨。
所谓供电系统的隔离就是将来自供电系统的干扰排除或消化在输入电路之前(如可以将其转变成电流信号，然后转化成热量消耗掉)，从而达到保证通信信息质量的目的。
电源本身的通／断、电压波动、强的环境噪声等都会形成供电系统的干扰，其形式表现为在线脉冲。试验结果表明，一个峰值为30A的ESD(静电放电)脉冲在地线上会产生几十毫伏的电阻压降，但是它陡峭的上升时间(30A／ns)可以在同样的线路上(假设线电感为1nH／cm)产生高达几百伏的感应电压，这足以导致错误数据的产生，如此高的频率将产生集肤效应，使线电阻显著增加。为了抵消这种效应，需要采用大面积接地以获得低阻特性。此外，快速上升脉冲将产生FTB(快速瞬变)和ESD干扰，通过电容耦合到低噪声区域。在解决这个问题时，经常有人错误地在主电源变压器上增加额外的绕组来提供一个隔离的电源，这种方法只能导致干扰进一步扩散，使整个电路受到影响。
由于信号电路无法承受千伏级电压，这种干扰可以被地回路电流引入接口并流过整个电路，一般需要电流隔离。在连接线较长或地回路电流较大的上业系统中，隔离是一种行之有效的办法。
专用隔离供电芯片MAX253与串行通信接口RS485配套使用，可为RS485隔离数据通信接口提供良好的隔离电源，使其工作更加稳定可靠。

1 隔离供电专用器件MAX253简介
MAX253是一种集振荡器／电源一驱动器于一体的单片集成开关电源器件。其内部主要由一个CMOS震荡器与一个N沟道功率开关管组成，振荡器具有可供选择的两个振荡频率以便提供两种不同的供电电流，振荡器再驱动触发器产生占空比50％的方波加到功率开关管，使两个开关管交替工作，并且由于存在内部延迟而使一个功率开关管关断前另一个功率开关管已经导通。它的输出端连接具有中心抽头的变压器原边，该抽头连接+5V或+3．3V电源，变压器的副边即可提供所需的隔离电源，功率可达1瓦的5V电压，或者0．6瓦的3．3V电压。MAX253的工作原理如图1，芯片引脚封装定义如图2所示。