工业和仪器仪表应用的RS-232数据接口设计
要在恶劣的工业环境下实现鲁棒的数据通信链路,RS-232诊断端口必须在RS-232电缆网络与相连系统之间提供一个隔离接口,以预防高噪声环境中的电压尖峰和接地环路并提高系统稳定性(图1)。RS-232通信链路的电源隔离利用隔离式DC/DC电源或ADI公司的isoPower集成式DC/DC转换器技术实现。RS-232通信链路的信号隔离利用光耦合器或ADI公司的iCoupler技术实现。
图1. 典型的隔离式RS-232通信链路
图2. 隔离功能
要提供隔离式RS-232通信接口,两端的器件必须与所连的RS-232电缆相互隔离。要隔离数据链路,则必须对数据信号线路和用于驱动该电缆的电源进行隔离。来自诊断端口上UART的数据需要跨越隔离栅并传输至隔离总线侧上的RS-232收发器。本地5 V/3.3 V电源也需要跨越隔离栅来为隔离总线侧上的RS-232收发器供电。工业PC端也同样需要如此:数据和电源均需要跨越隔离栅(图3)。
图3. 隔离式RS-232接口
隔离技术:数据和电源
图4比较了两种主要隔离技术。iCoupler技术(图4(a))利用厚膜工艺技术构建可实现2.5 kV隔离的微型片上变压器,从而在RS-232系统中提供信号隔离。较古老但广泛采用的光耦合器解决方案(图4(b))则采用发光二极管(LED)和光电二极管。LED用于将电信号转换为光,光电检测器则用于将光转换回为电信号。电光转换本身的低转换效率导致功耗相对较高;光电检测器的慢速响应则限制其速度;而老化问题会限制其使用寿命。
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