RS232接口的新发展

星星科技指导员 2023-02-13 1400

描述

Robert Dobkin

已经开发出新的RS232接口芯片，与1488和1489等旧设备相比具有显着优势。与旧器件相比，新型 RS232 接口 IC 提高了速度、功率、电压电源要求和保护功能。此外，新芯片更易于使用，需要更少的外部元件，并且可以关闭到“零”电源电流条件，以用于电池供电系统。

新的RS232驱动器采用单片双极技术实现。设计了一个独特的输出级，可提供较大的输出摆幅，最大限度地降低电源电压要求，同时保留出色的过载保护功能。输出可以驱动到超过电源电压，而不会吸收过多的电流或迫使电流回电源。当然，还包括电流限制以防止短路情况。

对实现RS232接口的技术的初步考虑可能包括CMOS作为此类应用的可能技术。电源要求低，输出电压摆幅高，并且提供更高电压的CMOS技术，允许工作电压高达±15V。考虑与CMOS相关的一些问题会降低其对RS232驱动器的吸引力。

CMOS结构固有的是CMOS器件的漏极和源极与电源之间的二极管，如图1所示。RS232接口的一个要求是能够承受施加到输出引脚的电压。对于CMOS输出级，这是通过与输出串联的300Ω电阻来实现的。（电阻器类似于旧驱动器中包含的电阻器。它可以保护接口芯片，但仍允许损坏由相同电源供电的其他设备。

图1.CMOS线路驱动器显示电源的寄生二极管。

当由 5V 逻辑电源供电的驱动器的输出连接到 RS12 规范允许的外部 15V 或 232V 电源时，会出现问题。外部电流流过300Ω限幅电阻，流过CMOS结构中的二极管，进入电源。这会迫使电源电压降至 12V 和 15V，从而损坏连接到电源的 5V 逻辑。当外部RS232信号将电压馈入电源时，如果逻辑电源关闭，则此问题甚至会导致闩锁。这个问题在过去通常不存在，因为RS232接口由单独的±12V电源供电。

ESD损坏可能是接口芯片故障的最常见原因。双极器件相对坚固，但仍可能被ESD损坏，系统对ESD的要求可能高达20kV。没有外部保护，任何IC都无法承受如此大的电压。

RS232规范的要求是能够承受±25V输入信号。用作 RS1045 接收器的 CMOS LTC232 设计用于采用与输入串联的外部电阻器工作。这些电阻允许输入引脚上的电压摆幅非常大，并为IC提供ESD保护。使用片内电阻会妨碍使用最佳的ESD保护结构，因此CMOS器件可能对输入端的ESD破坏更敏感。

双极性驱动器的输出级如图2所示。相对的集电极NPN和PNP晶体管提供尽可能宽的输出摆幅。PNP 晶体管的摆幅将摆幅在正电源的 200mV 以内，而 NPN 晶体管及其相关的肖特基二极管将在负电源的约 900mV 范围内摆动。如果输出电压被迫高于正电源，则PNP晶体管的发射极基极结反向偏置，并且没有电流流入电源。该器件不受外部电压直至晶体管击穿电压的影响。如果输出被迫低于负电源，肖特基二极管反向偏置并阻止永恒电流流入芯片。电容器 C1 用于控制输出压摆率，因此无需频率补偿元件即可满足 RS232 规范 4V/μs 至 30V/μs。

图2.新型双极性驱动器输出级。

通常，这些驱动器的压摆率约为8-10V/μs。这使得它们可以成功使用到大约64k波特。双极性驱动器的输出压摆率由内部电容器很好地控制，并且相对不受负载电阻或电容的影响。双极性接收器相对简单，利用具有迟滞的液位检测器来设置跳变点。标称跳变点设定为约1.5V，迟滞为200mV。接收器在输入开路时进入高输出状态。接收器输出与TTL和CMOS兼容。

驱动器和接收器的最新进展是片上电源生成。LT1080 和 LT1081 等器件包括一个振荡器、容性倍压器和容性逆变器，以从 9V 电源产生 ±5V。电荷泵电源发生器仅需 1 个 232μF 电容器即可从 5V 逻辑电源产生 RS3 通信电平。图 1080 示出了 LT1080 的典型连接。片内电源发生器产生的功率超出 LT232 的要求，因此另一个 RS1039 通信器件（如 LT1）可由同一电源发生器供电。表 232 给出了用于 RS<> 通信的所有凌力尔特驱动器/接收器设备的典型性能。

图3.5V 供电的 RS232 驱动器/接收器。

装置	DRVS	记录	关闭	电源发电机	言论
LT1030	4		X		低成本
LT1032	4		X		兼容 RS423
LT1039	3	3	X
LT1039N16	3	3			兼容MC145406
LTC1045		6	X		微功耗
LT1080	2	2	X	X
LT1081	2	2		X
LT1130 LT1131 LT1132 LT1133 LT1134 LT1135 LT1136	5 5 5 3 4 5 4	5 4 3 5 4 3 5	X X	X X X X X X
LT1180 LT1181	2 2	2 2	X		0.1μF 电容 0.1μF 电容

审核编辑：郭婷

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