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CN0373 隔离式USB转隔离式RS-485/隔离式RS-232接口

消耗积分:2 | 格式:pdf | 大小:481.15KB | 2021-06-04

王磊

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CN0373 图1中的电路提供完全符合TIA/EIA-485/232标准、高度集 成且鲁棒隔离性能的收发机。ADM3252E 2.5 kV rms隔离式RS-232和 ADM2587E2.5 kV rms隔离式RS-485解决方案是业 界尺寸最小的解决方案。ADuM3160提供市场领先的USB 端口2.5 kV rms隔离，可轻松实现与低速和全速USB兼容外 设的集成。FTDI FT2232H(USB至UART转换器)能为通过 UART转RS-485或RS-232总线端口进行传输提供方便。 TIA/EIA RS-232器件广泛用于工业机器、网络设备和科研 仪器中。RS-485的应用包括：过程控制网络、工业自动 化、远程终端、楼宇自动化(例如，暖通空调(HVAC)、保 安系统)、电机控制和运动控制。 在这些实际的系统中，雷击和电源波动会通过产生较大瞬 变电压对通信端口造成损害。图电路的隔离可针对这些 电气线路浪涌提供保护，增加系统安全性。 图2.EVAL-CN0373-EB1Z板   图2显示隔离式USB转FTDI隔离式RS-232/隔离式RS-485电 路的照片。如有需要，该电路可实现USB端口至RS-485和 RS-232端口的同步发送，也可仅发送一个端口。 ADuM3160提供USB总线D+和D−输入端数据信号到FTDI FT2232H(USB至UART转换器)的2.5 kV rms数字隔离。隔离 式USB输出DD−和DD+信号分别连接FTDI的DM和DP引 脚。FTDI FT2232H可通过UART转RS-232/RS-485接口发送 数据，具体取决于所选PC虚拟COM端口(VCP)。ADuM3160 通过USB电缆连接提供VBUS1电源。ADuM3070提供稳压隔 离电源。ADuM3070的电源(+6 V)和接地通过J1管式插口连 接器相连。ADuM3160 VBUS2引脚采用ADuM3070的3.3 V隔 离电源供电。ADuM3070 3.3V输出还为ADM3252E 2.5 kV rms 隔离式RS-232和ADM2587E 2.5 kV rms隔离式RS-485收发机 提供主电源。 ADM2587E 2.5 kV rms隔离式RS-485收发机是业界领先的信 号和电源隔离解决方案。该收发机可在3.3 V或5 V下工作。 数据通过TxD引脚发送，通过RxD引脚接收。驱动器和接 收器的输出都可使能或禁用，即通过改变DE和 RE 引脚上的相应逻辑电平，进入高阻抗状态。 FTDI输出引脚BDBUS0连接ADM2587E的TxD数据输入引 脚。FTDI输出引脚BCBUS0、PWREN#和BDBUS1分别连接 ADM2587E的DE、 RE和RxD输入引脚。DE和RE 引脚状态 还可通过LK1和LK2跳线配置。对每条链路而言，位置A连 接逻辑引脚至3.3 V，位置B连接逻辑引脚至GND，位置C连 接逻辑引脚至FTDI输出引脚。 ADM2587E可通过A、B、Y和Z RS-485输入/输出发送和接 收总线数据。RS-485总线电缆可通过J2五路连接器连接。 断开LK5和LK6跳线连接可将ADM2587E置于全双工配置下，在该配置下数据可通过Y和Z引脚发送，并通过A和B 引脚接收。连接LK5和LK6跳线可将ADM2587E输入/输出 置于半双工配置下，在该配置下仅能发送或接收总线数 据，不能同时收发。 ADM3252E是一款高速、2.5 kV、完全隔离、双通道RS-232/ V.28收发机，采用3.3 V或5 V单电源供电。RS-232接口支持 全双工通信，通过J5五路连接器或J3连接器为CTS和RTS提供 硬件握手。J3提供RS-232电缆连接器，用来连接工业设备。 ADM3252E发射机输入(TINx)支持从FTDI的ADBUS0和 ADBUS2引脚输出的FTDITTL/CMOS输入电平。TInx输入反 转并跨越隔离栅耦合，然后作为EIA/TIA-232E总线信号通 过J3或J5连接器发送。ADM3252E接收机输入(RINx)支持来 自J3或J5连接器的EIA/TIA-232E信号电平。RInx输入反转并 跨越隔离栅耦合至ROUTx引脚。ROUTx引脚连接FTDI的 ADBUS1和ADBUS3输入。 使用两个独立的ADP190电路作为软启动电路，并在FTDI FT2232H完全上电后为ADM2587E和ADM3252E供电。跳线 LK7通过74AHC1G14W5-7逆变器将FTDI FT2232H PWREN# 引脚连接至ADP190电路的EN引脚。ADP190 EN引脚必须为 高电平才能开启电源开关；驱动EN至低电平可关闭电源开 关。连接位置A的LK7(位置B断开连接)表示ADP190 EN引脚 始终为高电平/使能。连接位置B的LK7(位置A断开连接)表 示ADP190 EN引脚通过PWREN#反转信号触发。 FTDI FT2232H数据手册提供RS-232通信的引脚功能完整列 表。LK3和LK4跳线支持RS-232握手选项。LK3连接时， ADBUS4 (DTR#)连接到ADBUS5 (DSR#)。LK4连接时， ADBUS4 (DTR#)连接到ADBUS6 (DCD#)。 在J1管式插口连接器上施加6 V电压，为EVAL- CN0373-EB1Z 板供电。可在ADP7102稳压器输出端的VCC_REG测试点上 检查该电压。ADP7102输出电压测量值应当为5 V。5 V电压 路由至ADuM3070和T2变压器，然后为RS-485、RS-232和 FTDI电路提供3.3 V电源输出。检查ISO_VCC测试点，该点 处的测量电压应当为3.3V。 通过将RS-232和RS-485输出连接至ADI ezLINX™ iCoupler®隔 离接口开发环境板，可测试完整的发送和接收路径。此 外，还可通过Tera Term开源终端仿真程序执行USB转RS-232/ RS-485发送测试。如有需要，该电路可实现USB端口至 RS-485和RS-232端口的同步发送，也可仅发送一个端口。 使用USB电缆连接笔记本电脑/PC与J4连接器。将示波器探 针与ADM3252E收发机旁边的ISOTxD测试点相接，如图3 所示。打开PC应用软件，选择COM5，然后单击OK(确定)，如图4所示。 单击File(文件)菜单下的Send(发送)按钮，载入待发送的 RS-232数据。选择用于连续测试传输的大数据尺寸文件并 单击Send(发送)，如图5所示。   图3. EVAL-CN0373-EB1Z板测试设置   图4. 用于向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-232 端口进行USB传输的Tera Term COM5   图5. 用于向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-232 端口进行USB传输的Tera Term COM5数据   用探针探测EVAL-CN0373-EB1Z板上的ISOTxD测试点，通过示波器观察隔离式RS-232信号(见图6)。   图6. EVAL-CN0373-EB1Z板上RS-232端口的ISOTxD信号   可针对ADM2587E收发机执行类似的测试。使用USB电缆 连接笔记本电脑/PC与J4连接器。将示波器探针与 ADM2587E收发机旁边的Y和Z测试点相接，如图3所示。 打开第二个Tera Term仿真器窗口，选择COM6用于RS-485 传输，如图7所示。   图7. 用于向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-485 端口进行USB传输的Tera Term COM6   单击File(文件)菜单下的Send(发送)按钮，载入待发送的 RS-485数据。选择用于连续测试传输的大数据尺寸文件并 单击Send(发送)，如图8所示。   图8. 用于向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-485 端口进行USB传输的Tera Term COM6数据   用探针探测Y和Z测试点，通过示波器观察隔离式RS-485信号；或者使用示波器的Y – Z数学函数观察差分总线信号， 如图9所示。   图9. EVAL-CN0373-EB1Z板上RS-485 端口的Y – Z数学波形   完整的设计支持包包括示意图,装配,材料清单和布局文件请点击http://www.analog.com/CN0373-DesignSupport. CN0373 隔离式USB转隔离式RS-485/隔离式RS-232接口 图1所示电路提供使用广泛的USB总线与RS-485或RS-232总 线之间的完全隔离连接。信号和电源隔离确保USB设备与 工业总线或调试端口之间实现安全接口， 允许监控 TIA/EIA-485/232总线流量，并且便于向未配备RS-485或 RS-232端口的PC发送命令或从该PC接收命令。 本电路中的隔离能提供电气线路浪涌保护并断开总线和数 字引脚之间的接地连接，增加系统安全性和鲁棒性，进而 消除系统中可能存在的接地环路。 在工业和仪器仪表应用中，TIA/EIA RS-485总线标准是使用 最广泛的物理层总线设计标准之一。RS-485提供多个系统 之间的差分数据传输，这些系统通常相距很远。相比 RS-232标准，RS-485通信可通过差分通信方式提供额外的 鲁棒性。 TIA/EIA RS-232器件广泛用于工业机器、网络设备和科研仪 器中。在现代个人电脑中(个人电脑经常用来调试网络问 题)，大部分外设接口已经采用USB代替RS-232，并且很多 电脑不再配备RS-232端口。图1中的电路为RS-232和RS-485 接口提供鲁棒而紧凑的解决方案。 図1. 絶縁型USBとFTDI 絶縁型RS-232/絶縁型RS-485の接続回路 （簡略回路図、一部の接続は省略されています）   CN0373 CN0373
  • 隔离式USB转隔离式RS-485/RS-232接口
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