RS232接口的新發展

Robert Dobkin

已經開發出新的RS232接口芯片，與1488和1489等舊設備相比具有顯著優勢。與舊器件相比，新型 RS232 接口 IC 提高了速度、功率、電壓電源要求和保護功能。此外，新芯片更易于使用，需要更少的外部元件，并且可以關閉到“零”電源電流條件，以用于電池供電系統。

新的RS232驅動器采用單片雙極技術實現。設計了一個獨特的輸出級，可提供較大的輸出擺幅，最大限度地降低電源電壓要求，同時保留出色的過載保護功能。輸出可以驅動到超過電源電壓，而不會吸收過多的電流或迫使電流回電源。當然，還包括電流限制以防止短路情況。

對實現RS232接口的技術的初步考慮可能包括CMOS作為此類應用的可能技術。電源要求低，輸出電壓擺幅高，并且提供更高電壓的CMOS技術，允許工作電壓高達±15V?？紤]與CMOS相關的一些問題會降低其對RS232驅動器的吸引力。

CMOS結構固有的是CMOS器件的漏極和源極與電源之間的二極管，如圖1所示。RS232接口的一個要求是能夠承受施加到輸出引腳的電壓。對于CMOS輸出級，這是通過與輸出串聯的300Ω電阻來實現的。（電阻器類似于舊驅動器中包含的電阻器。它可以保護接口芯片，但仍允許損壞由相同電源供電的其他設備。

圖1.CMOS線路驅動器顯示電源的寄生二極管。

當由 5V 邏輯電源供電的驅動器的輸出連接到 RS12 規范允許的外部 15V 或 232V 電源時，會出現問題。外部電流流過300Ω限幅電阻，流過CMOS結構中的二極管，進入電源。這會迫使電源電壓降至 12V 和 15V，從而損壞連接到電源的 5V 邏輯。當外部RS232信號將電壓饋入電源時，如果邏輯電源關閉，則此問題甚至會導致閂鎖。這個問題在過去通常不存在，因為RS232接口由單獨的±12V電源供電。

ESD損壞可能是接口芯片故障的最常見原因。雙極器件相對堅固，但仍可能被ESD損壞，系統對ESD的要求可能高達20kV。沒有外部保護，任何IC都無法承受如此大的電壓。

RS232規范的要求是能夠承受±25V輸入信號。用作 RS1045 接收器的 CMOS LTC232 設計用于采用與輸入串聯的外部電阻器工作。這些電阻允許輸入引腳上的電壓擺幅非常大，并為IC提供ESD保護。使用片內電阻會妨礙使用最佳的ESD保護結構，因此CMOS器件可能對輸入端的ESD破壞更敏感。

雙極性驅動器的輸出級如圖2所示。相對的集電極NPN和PNP晶體管提供盡可能寬的輸出擺幅。PNP 晶體管的擺幅將擺幅在正電源的 200mV 以內，而 NPN 晶體管及其相關的肖特基二極管將在負電源的約 900mV 范圍內擺動。如果輸出電壓被迫高于正電源，則PNP晶體管的發射極基極結反向偏置，并且沒有電流流入電源。該器件不受外部電壓直至晶體管擊穿電壓的影響。如果輸出被迫低于負電源，肖特基二極管反向偏置并阻止永恒電流流入芯片。電容器 C1 用于控制輸出壓擺率，因此無需頻率補償元件即可滿足 RS232 規范 4V/μs 至 30V/μs。

圖2.新型雙極性驅動器輸出級。

通常，這些驅動器的壓擺率約為8-10V/μs。這使得它們可以成功使用到大約64k波特。雙極性驅動器的輸出壓擺率由內部電容器很好地控制，并且相對不受負載電阻或電容的影響。雙極性接收器相對簡單，利用具有遲滯的液位檢測器來設置跳變點。標稱跳變點設定為約1.5V，遲滯為200mV。接收器在輸入開路時進入高輸出狀態。接收器輸出與TTL和CMOS兼容。

驅動器和接收器的最新進展是片上電源生成。LT1080 和 LT1081 等器件包括一個振蕩器、容性倍壓器和容性逆變器，以從 9V 電源產生 ±5V。電荷泵電源發生器僅需 1 個 232μF 電容器即可從 5V 邏輯電源產生 RS3 通信電平。圖 1080 示出了 LT1080 的典型連接。片內電源發生器產生的功率超出 LT232 的要求，因此另一個 RS1039 通信器件 （如 LT1） 可由同一電源發生器供電。表 232 給出了用于 RS<> 通信的所有凌力爾特驅動器/接收器設備的典型性能。

圖3.5V 供電的 RS232 驅動器/接收器。

審核編輯：郭婷