ADUM1201在隔離RS232中的應(yīng)用

1、ADUM1201 在隔離 RS232中的應(yīng)用雙通道數(shù)字式隔離器ADUM1201在 RS232總線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用關(guān)鍵字：ADUM1201 ADUM5241 ADM3251E引言：RS-232 是PC機(jī)與工業(yè)通信中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232接口最初是由美國(guó)EIA （電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）規(guī)定的用于計(jì)算機(jī)與終端設(shè)備之間通訊的一種標(biāo)準(zhǔn)， 目前已被廣泛的用于系統(tǒng)間的串行通信線路。RS-232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，采取不平衡傳輸 方式，即所謂單端通訊。這樣由一對(duì)單向收發(fā)的信號(hào)線來(lái)實(shí)現(xiàn)全雙工通信。由于 RS-232的典型應(yīng)用是在系統(tǒng)間的通訊，因此在各系統(tǒng)間的隔離設(shè)計(jì)已經(jīng)變

2、的非常必要。隔離不僅可以保護(hù)器件免受總線上的高壓危害，還可以消除總線上的接 地回流，同時(shí)隔離還可以有效的減少系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼與錯(cuò)誤。傳統(tǒng)的RS232總線隔離方法是光耦合器技術(shù)，使用光束來(lái)隔離和保護(hù)檢測(cè)電路 以及在高壓和低壓電氣環(huán)境之間提供一個(gè)安全接口。目前一般使用 6N137光電隔離器件，以Toshiba 公司的6N137為例，該器件工作電壓為5V,最高速率10Mbps工作溫度一般為 0C到70C，隔離電壓2500Vrms并且以 DIP8型封裝，每個(gè)芯片僅提供一個(gè)隔離通道。這些性能已經(jīng)限制了6N137在更高要求的環(huán)境中應(yīng)用。因此，ADI 公司推出的新型雙通道數(shù)字隔離器ADUM1201以其諸

3、多優(yōu)于光電隔離器件的性能優(yōu)點(diǎn)，在RS232總線以及其他高要求情況下有著廣泛的應(yīng)用前景。ADUM1201ADUM1201基于ADI專(zhuān)利的iCoupler 數(shù)字隔離器采用平面磁場(chǎng)專(zhuān)利隔離技術(shù)。iC oupler技術(shù)是一項(xiàng)專(zhuān)利隔離技術(shù)，它是基于芯片尺寸的變壓器，而不是基于光電耦合器所采用的 LED與光電二極管的組合。iCoupler 技術(shù)由于取消了光電耦合器中的光電 轉(zhuǎn)換過(guò)程，并且采用了iCoupler 變壓器專(zhuān)利技術(shù)集成變壓器驅(qū)動(dòng)和接收電路，從而實(shí)現(xiàn)了光電隔離器無(wú)法比擬的性能優(yōu)勢(shì)。由于使用晶片級(jí)制造工藝直接在芯片上制造iCouple 變壓器，所以iCoupler 通道比光電耦合器有效地實(shí)現(xiàn)通道之間

4、的集成以及比 較容易地實(shí)現(xiàn)其它半導(dǎo)體功能。由于沒(méi)有光電耦合器中影響效率的光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以iCoupler 數(shù)字隔離器不需要驅(qū)動(dòng) LED的外部電路，其功耗僅為光電耦合器的1/10到1/50。這種新的基于電數(shù)字隔離器在125 C高SOIC封裝，這樣磁的隔離方法，在抗高溫影響方面遠(yuǎn)優(yōu)于光耦合器，iCoupler溫環(huán)境下性能和可靠性并不下降，因此可以采用低成本，小體積的不但降低了成本還減小了芯片的體積。另外，iCoupler 數(shù)字隔離器的隔離通道具有比光電耦合器更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、時(shí)序精度和瞬態(tài)共模抑制能力。其額定隔離電壓是高隔離度光電耦合器的2倍，并且數(shù)據(jù)傳輸速率和時(shí)序精度是其10倍。此外，與光電

5、耦合器不同的是，多通道 iCoupler 數(shù)字隔離器能在同一芯片內(nèi)提供正向和反向通 信通道，這樣就可以使得信號(hào)的傳輸方向更加靈活，簡(jiǎn)化了芯片間的硬件連接線路。由于基于iCoupler 技術(shù)，所以 ADUM1201具有諸多優(yōu)于光電隔離器的優(yōu)點(diǎn)：速度更高最高速率可以達(dá)到125Mbps。功耗更低功耗低于同數(shù)據(jù)傳輸率時(shí)傳統(tǒng)光電隔離器的1/10，最小工作電流 0.8mAo性能更高時(shí)序精度，瞬態(tài)共模抑制力，通道間匹配程度均優(yōu)于傳統(tǒng)光電隔離器。體積更小集成度更高，印制電路板（PCB面積為傳統(tǒng)光電隔離器的40%。應(yīng)用更靈活與傳統(tǒng)光電耦合器不同的是，多通道iCoupler 數(shù)字隔離器能在同一芯片內(nèi)提供正向和反向

6、通信通道。ADUM1201所隔離的兩端有各自的電源和參考地，電源電壓范圍在2.7V至U 5.5V之間，這樣可以實(shí)現(xiàn)低電壓供電，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗。電源和參考地之間需要接入0.01 uF至U 0.1電容，以濾除高頻干擾，電容和電源之間的距離應(yīng)該在20mm以?xún)?nèi)，這樣可以達(dá)到更好的濾波效果。由于兩個(gè)隔離通道高度匹配，通道間串?dāng)_很小，并且采用兩通道輸入輸出反向設(shè)計(jì)，非常適合RS232總線雙向收發(fā)的特性，大大簡(jiǎn)化可隔離器與所隔離兩端的硬件連接。需要注意的是 GND1與GND2是兩個(gè)不同的參考地，否則將達(dá)不到隔離的效果。另外需要注意的是ADUM1201正常工作時(shí)，兩端的供電源需要同時(shí)上電才能保證ADU

7、M1201兩通道都能正常工作， 如果有一個(gè)沒(méi)有上電就能導(dǎo)致整個(gè)芯片無(wú)法正常工作在RS232總線通信中，雙通道數(shù)字式隔離器ADUM1201用來(lái)實(shí)現(xiàn)控制器和 RS232收發(fā)器之間的電氣隔離，以到達(dá)更好的抗干擾性能。一般放在微控制器和RS232收發(fā)器之間，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的隔離。下圖是 ADUM1201在RS232總線隔離中的典型應(yīng)用電路圖：GNChDC-DCGND2®MAX232VCC Mt VDOj,kt_I VDD2 GNDjV0D2GNDGN02W-V0V*1 VIA GM ”陽(yáng) H VO 圖1 ADUM1201典型應(yīng)用電路圖其中VDD1和VDD2兩端電源均兼容3.3V/5V.這樣不僅

8、可以實(shí)現(xiàn)低電壓供電，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗；而且可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換。VDD1與VDD2之間的電源隔離，我們采用的是DC/DC電源隔離模塊。RXD TXD 連接的是微控器（MCU 的 UARTADUM5241ADUM5241是基于ADI公司專(zhuān)利iCoupler技術(shù)的雙通道數(shù)字隔離器，內(nèi)部集成了50mW低功耗芯片級(jí)尺寸的 DC-DC隔離電源，輸出5V, 10mA DC-DC隔離電源采用了 ADI專(zhuān)利的i sopower技術(shù)，兩個(gè)信號(hào)隔離通道都是采用ADI公司的iCoupler磁耦隔離技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了單芯片封裝中的完全隔離。ADuM5241 提供了兩個(gè)獨(dú)立的隔離通道，5V工作電壓，還可配

9、合其他 iCoupler器件實(shí) 現(xiàn)更多通道的隔離組合。ADUM5241可直接用于 RS232的隔離，其典型應(yīng)用電路圖如下:GNDiso MAX232Vi$oRxoutGNDisMTxin HGNDND*1 VEA ViSQMGNDisoAo'c-sszt GNChI VIE H VOA-BVDVDDRx°ra'VDD圖2 ADUM5241典型應(yīng)用電路圖其內(nèi)部集成一個(gè) 5V-5V的內(nèi)部DC/DC隔離電源，當(dāng) VDD1輸入一個(gè)5V的外接電源 時(shí)，VISO會(huì)輸出一個(gè)+5V/10mA 的電壓。可以為后端的RS232收發(fā)器供電；但當(dāng)前端輸入3.3V電壓的時(shí)候，內(nèi)部DC/DC隔離

10、電源則不工作，后端的VISO需另外接電源供電。當(dāng)我們一個(gè)系統(tǒng)需要多個(gè)外接串口的時(shí)候，用ADUM5241與ADUM1201配合使用，無(wú)論從成本上，還是從應(yīng)用上都是最佳選擇。ADM3251EADM3251E是一款高速、單通道RS-232收發(fā)器，采用單電源供電。這款器件非常適于工作在苛刻的電氣環(huán)境，或頻繁插拔RS-232電纜的環(huán)境中。ADM3251E集成了雙通道數(shù)字隔離器以及isoPower集成隔離電源。由于內(nèi)置ADI公司iCoupler?技術(shù)的芯片級(jí)DC-DC轉(zhuǎn)換器，因此無(wú)需外部分立的隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器。ADM3251E的典型應(yīng)用電路圖如下（圖3）,圖中的插針 1、2可直接連接 MCU的UART

11、 C1、C2 是ADM3251E的兩個(gè)去耦電容，V iso可實(shí)現(xiàn) 5V的穩(wěn)定輸出，前端的 VCC 兼容3V/5V工作電壓（3V 工作時(shí)，內(nèi)部DC/DC不工作，需雙端供電）。ADM3251E 的高集成度使得原來(lái)復(fù)雜的多分立器件RS232系統(tǒng)，真正的可以單個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)，不僅節(jié)約了 PCB面積，而且降低了研發(fā)成本，可以說(shuō)是工業(yè)RS232接口的首選。晶圓智通adi atm產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)推廣育5VVCCMOURXT斗GNDnc r*-HVCC 斗-Hvcc THGND HNb HGND Mono JRCHJIWrtMGND 卜NDVsioADM3251E V* Cl* C1- 卜 TOUT 卜 RIN I p C2+ 卜g V-GNDiso圖3 ADM3251E 典型應(yīng)用電路圖小結(jié)隔離芯片 ADUM1201處于系統(tǒng)的中間，做各系統(tǒng)間的電氣隔離，它比傳統(tǒng)的光電隔離具有更好的性能，ADUM1201消除了傳統(tǒng)光電隔離器不確定的傳輸速率，非線性的傳輸函數(shù)，以及溫度和壽命對(duì)器件的影響，不需要其他的驅(qū)動(dòng)和分立元件，提供了更加穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化性能，而且在相同的信號(hào)傳輸速率下功耗只有光電隔離器的1/10到1/6。由圖1可見(jiàn)，ADUM1201 以單一芯片實(shí)現(xiàn)了RS232系統(tǒng)之間的電氣隔離，而且ADUM1201 采用雙轉(zhuǎn)化通道，兩通道方向相反的特殊結(jié)構(gòu)，非常適合于CAN總線信號(hào)的傳輸，大大簡(jiǎn)