惡劣環(huán)境下隔離型串行通訊接口的應(yīng)用

摘要：文章介紹一種隔離供電專用器件MAX253，闡明了隔離供電技術(shù)應(yīng)用的原因、原理。并結(jié)合惡劣環(huán)境下串行通信接口RS-485的應(yīng)用，詳細(xì)闡述了隔離型數(shù)據(jù)接口在抗惡劣環(huán)境下的應(yīng)用原理及實(shí)用技巧。
關(guān)鍵詞：隔離供電；串行通信接口；隔離型數(shù)據(jù)接口

0 概述
眾所周知，在惡劣環(huán)境下，且對(duì)通信質(zhì)量的要求較高時(shí)，為確保信息在通信過程中的質(zhì)量，降低誤碼率，人們通常都要采用隔離技術(shù)。這種隔離不僅包括通信線路隔離，而且還包括供電系統(tǒng)的隔離。這里僅就解決供電系統(tǒng)的隔離機(jī)理和方法進(jìn)行探討。
所謂供電系統(tǒng)的隔離就是將來自供電系統(tǒng)的干擾排除或消化在輸入電路之前(如可以將其轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)，然后轉(zhuǎn)化成熱量消耗掉)，從而達(dá)到保證通信信息質(zhì)量的目的。
電源本身的通／斷、電壓波動(dòng)、強(qiáng)的環(huán)境噪聲等都會(huì)形成供電系統(tǒng)的干擾，其形式表現(xiàn)為在線脈沖。試驗(yàn)結(jié)果表明，一個(gè)峰值為30A的ESD(靜電放電)脈沖在地線上會(huì)產(chǎn)生幾十毫伏的電阻壓降，但是它陡峭的上升時(shí)間(30A／ns)可以在同樣的線路上(假設(shè)線電感為1nH／cm)產(chǎn)生高達(dá)幾百伏的感應(yīng)電壓，這足以導(dǎo)致錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，如此高的頻率將產(chǎn)生集膚效應(yīng)，使線電阻顯著增加。為了抵消這種效應(yīng)，需要采用大面積接地以獲得低阻特性。此外，快速上升脈沖將產(chǎn)生FTB(快速瞬變)和ESD干擾，通過電容耦合到低噪聲區(qū)域。在解決這個(gè)問題時(shí)，經(jīng)常有人錯(cuò)誤地在主電源變壓器上增加額外的繞組來提供一個(gè)隔離的電源，這種方法只能導(dǎo)致干擾進(jìn)一步擴(kuò)散，使整個(gè)電路受到影響。
由于信號(hào)電路無法承受千伏級(jí)電壓，這種干擾可以被地回路電流引入接口并流過整個(gè)電路，一般需要電流隔離。在連接線較長或地回路電流較大的上業(yè)系統(tǒng)中，隔離是一種行之有效的辦法。
專用隔離供電芯片MAX253與串行通信接口RS485配套使用，可為RS485隔離數(shù)據(jù)通信接口提供良好的隔離電源，使其工作更加穩(wěn)定可靠。

1 隔離供電專用器件MAX253簡介
MAX253是一種集振蕩器／電源一驅(qū)動(dòng)器于一體的單片集成開關(guān)電源器件。其內(nèi)部主要由一個(gè)CMOS震蕩器與一個(gè)N溝道功率開關(guān)管組成，振蕩器具有可供選擇的兩個(gè)振蕩頻率以便提供兩種不同的供電電流，振蕩器再驅(qū)動(dòng)觸發(fā)器產(chǎn)生占空比50％的方波加到功率開關(guān)管，使兩個(gè)開關(guān)管交替工作，并且由于存在內(nèi)部延遲而使一個(gè)功率開關(guān)管關(guān)斷前另一個(gè)功率開關(guān)管已經(jīng)導(dǎo)通。它的輸出端連接具有中心抽頭的變壓器原邊，該抽頭連接+5V或+3．3V電源，變壓器的副邊即可提供所需的隔離電源，功率可達(dá)1瓦的5V電壓，或者0．6瓦的3．3V電壓。MAX253的工作原理如圖1，芯片引腳封裝定義如圖2所示。