恶劣环境下隔离型串行通讯接口的应用

MAX667是一个稳压模块，即低阻输出的线性调压器，它将MAX253输出的电压稳定在+5V，使之成为一个恒压源。通过变压器与光耦的隔离和耦合作用，使得左右两侧的电源电路没有任何电气连接点，因而能承受有效值高达1800V的高压冲击。
这种设计适用于高压、地电位差大、噪声大的恶劣环境下使用。因此，对电路中所用的变压器和光耦有严格的技术要求。
为保障可靠的隔离，其虚线所指示的“隔离屏障”是不能破坏的，某一侧的元件、连接点或连接线不能靠近另一侧的元件、连接点或连接线。
光耦器件能抑制各种尖脉冲及各种噪音等的干扰，从而在传输信息中大大提高信噪比。它的输入阻抗都很低，而干扰源的内阻一般都比较大，因此能馈送到光电耦合器件输入端的干扰噪声就比较小。虽然干扰源也能供给较大的干扰电压，但可供出的能量却很小，只能产生微弱的电流，因此即使是电压幅值很高的干扰，由于没有足够的能量，不能使LED发光，从而也会被抑制掉。它的输出是高阻抗的，因此布局时应尽量靠近接口芯片，即尽量缩短光耦输出脚与接口芯片引脚之间的连线，使得分布电容尽量小而有利于提高传输率。
图中所用的光耦是限制接口通信速率的主要因素，必须选用高速器件。接口速率的上限取决于器件本身的技术参数，单个通道的通常为10MB／s(光耦6N137)或1MB／s(光耦6N135)等。若用廉价的4N系列非线性光耦取代高价的6N137元件，其数据传输率也可达到9．6kb／s。
图中的电源实质上都是一个DC-DC变换器，输出波纹较大，如果在MAX253的输出端增加两个元件组成一个简单的LC低通滤波器，则输出波纹噪声峰值可以减少到大约只有10mV。
图中的串行通信接口MAX481采用差分平衡方式传送数据，对共模信号有很好的抑制作用。理论上讲，A、B两条线对地而言应该是完全对称的，但是我们在实际调试当中发现，当传输速度不高或传输距离不远时，完全可以省掉地线，采用一对普通的双绞线即可获得满意的效果。当周围环境比较恶劣，传输速度很高或传输距离较远时，应使用带屏蔽的双绞线电缆，屏蔽线作为地线，且在主站一端应可靠接入大地，另一端则悬空。
如果电缆两端都接地，通常两个地的“地电位”不可能完全相同，如果两个地存在较大的“地电位差”，那么在屏蔽线中会形成电流而产生干扰。因此，另一端需要悬空。
另一种解决方法是屏蔽线两端都不直接接地，但是也不悬空，而是分别通过一个100 Ω／1W的限流电阻将屏蔽线接各自的公共地，即机壳地，这样也可以抑制电流引入的干扰。
我们知道发送驱动器的接收器节点数最多可达256个，数据传输速率可以从几百kb／s到32Mb／s。由于串行通信接口节点数量较多，就需要考虑终端匹配的问题。终端匹配电阻的阻值理论上应等于电缆的特性阻抗，这样才能彻底抑制传输线终端形成的反射现象。但在实际使用过程中，难以达到完全匹配的效果。
在调试使用过程中，当数据传输速率较低，传输线效应不明显时，不必接终端匹配电阻。接上还可能加重负载，使信号幅度明显下降。当数据传输速率很高时，为了减小反射，应连接终端匹配电阻。可使用以下方法进行调试。
先连好网络并做好通信的准备，再令主站以实际使用的波特率连续发送数据55H，此时用示波器可测得通信线路上的方波，在接收端观察波形，调整终端匹配电阻的大小直到获得最佳波形为止。但有时会出现波形好，效果却可能并不理想的情况，这种情况通常是波形幅值偏低造成的；双绞线之间的波形幅值电压应不小于200mV，否则应降低波特率或更换质量更好的电缆。按上述方法调试，就能得到满意的效果。

4 结束语
隔离型数据接口电路设计保证了恶劣电磁环境下数据通讯的可靠性。它既对供电电路进行了隔离设计，保证了供电的稳定性；又对数据接口采用了光耦隔离，有效提高了耐冲击、抗干扰能力。在实际的使用中电路性能稳定可靠，保障了产品在恶劣环境中工作正常。