設(shè)計適合惡劣環(huán)境下工業(yè)應(yīng)用的魯棒隔離式RS-232數(shù)據(jù)接口

ESD保護

　　因為RS-232電纜要由用戶親手連接和斷開，因此RS-232發(fā)射(Tx)和接收(Rx)引腳(TxD1、TxD2、RxD1、RxD2)的ESD(靜電放電)保護非常重要，以確保接口穩(wěn)定可靠。ADM3252E在RINx和TOUTx上的ESD保護能力符合IEC 1000-4-2 (801.2)標準，具體如下所示：

　　接觸放電： ±8 kV

　　接觸放電：±15 kV

　　瞬變保護

　　為使RS-232收發(fā)器能夠在工業(yè)應(yīng)用中極其惡劣的工作條件下工作，隔離技術(shù) (iCoupler 和 isoPower)提供高共模瞬變抗擾度(>25 kV/μs)， 該抗擾度是指在維持額定工作時能保持的最大共模電壓(邏輯和總線端的電位差)壓擺率。瞬變幅度是共模電壓壓擺的范圍。共模電壓壓擺率適用于共模電壓的上升沿和下降沿。該規(guī)格確保惡劣環(huán)境下耦合到RS-232電纜上的任何瞬變無法損壞RS-232收發(fā)器或?qū)е聜鬏斿e誤數(shù)據(jù)，從而使數(shù)據(jù)鏈路具有極高穩(wěn)定性。

　　2.5 kV隔離保護和認證

　　隔離收發(fā)器能夠在器件的邏輯和總線端之間提供2.5 kV的隔離。該隔離額定值確保邏輯端沒有電流能夠進出RS-232電纜。它還確保不會有電壓或瞬態(tài)耦合到RS-232電纜進而到達邏輯端。2.5 kV隔離保護還意味著，可保護邏輯端的用戶不受RS-232電纜上可能出現(xiàn)的高電壓或瞬變影響。ADM3252E的2.5 kV隔離額定值正在接受下列機構(gòu)的認證：美國保險商實驗所(UL)、德國電氣工程師協(xié)會 (VDE)和加拿大標準協(xié)會(CSA)。UL 1577認證要求所有ADM3252E器件的隔離柵(與光耦合器一樣)都要100%經(jīng)過生產(chǎn)測試：

　　UL認證

　　1分鐘2,500 V rms，符合UL 1577

　　VDE合格證書

　　IEC 60747-5-2 (VDE 0884, Part 2)

　　VIORM = = 560 V峰值

　　CSA元件驗收通知#5A

　　ADM3252E規(guī)格

　　ADM3252E是一款雙通道、高速、全隔離式(數(shù)據(jù)和電源)RS-232收發(fā)器，非常適合在電氣條件惡劣的環(huán)境下工作，或頻繁插拔RS-232電纜的場合。它集成了四個獨立的iCoupler數(shù)字隔離通道(兩個發(fā)射，兩個接收)和一個isoPower芯片級DC/DC轉(zhuǎn)換器，提供2.5 kVrms隔離，25 kV/μs瞬變抗擾度和±15 kV ESD保護。它符合TIA/EIA-232E規(guī)范，最高通信數(shù)據(jù)速率為460 kbps。片內(nèi)倍壓器和反相器支持單電源工作。ADM3252E采用3.0 V至5.5 V單電源供電，無負載時功耗為20 mA。它采用12 mm × 12 mm的44引腳CSP BGA封裝，額定溫度范圍為–40°C至+85℃，千片訂量報價為8.49美元/片。

　　PCB布局

　　隔離收發(fā)器的PCB布局對于確保在實際設(shè)計中實現(xiàn)2.5 kV的額定隔離性能至關(guān)重要。主要考慮因素是邏輯端GND和總線端GND之間的爬電距離 (沿殼體最短距離) 和 電氣間隙 (最短空氣距離) ADM3252E的邏輯接口不需要外部電路。輸入和輸出供電引腳需要電源旁路(圖7)。欲了解有關(guān)PCB布局指南和輻射(EMI)控制結(jié)構(gòu)的更多信息，請參考AN-0971應(yīng)用筆記,“isoPower器件的輻射控制建議”。

　　圖7. ADM3252E推薦的印刷電路板布局

隔離、高速單通道RS-232接口

　　對于只需單通道(1 Tx、1 Rx)5 V隔離式RS-232接口的收發(fā)器應(yīng)用，ADM3251E 提供一個20引腳寬體SOIC封裝的單芯片解決方案。ADM3251E收發(fā)器整合iCoupler 和isoPower 隔離技術(shù)，也是第一款能提供數(shù)據(jù)線路與電源二者完全隔離的表面貼裝RS-232收發(fā)器。它具有2.5 kV隔離額定值，符合工業(yè)標準隔離要求(UL1577和DIN VDE 0884-10)。這可確保達到高噪聲工作環(huán)境中所要求的魯棒性，如工業(yè)自動化和控制應(yīng)用中的隔離式RS-232診斷數(shù)據(jù)端口。與傳統(tǒng)IC相比，表貼(SMT)封裝可使電路板空間減少45%，有助于加速制造工藝并降低系統(tǒng)開發(fā)成本(圖8)。

　　圖8. 單通道RS232收發(fā)器應(yīng)用(a) ADM3251E規(guī)格

　　(b)傳統(tǒng)方法 (c) iCoupler + isoPower方法

　　結(jié)論

　　如今，工業(yè)和儀器儀表應(yīng)用中的RS-232接口鏈路需要尺寸小、性能可靠、成本低且隔離良好。通過將芯片級變壓器隔離與標準RS-232接口收發(fā)器相集成，可以通過單芯片、全隔離式RS-232收發(fā)器(含隔離電源)來提供上述優(yōu)勢。雙通道ADM3252E和單通道ADM3251E能夠顯著縮短設(shè)計時間，并為這些要求苛刻的應(yīng)用提供一種緊湊、可靠、低成本的高性能解決方案。