rs - 232背景

尽管开发了较新的数字接口标准，但简陋的RS-232串行端口仍然是一种非常流行的数据传输方式。坚固耐用，易于使用，RS-232接口仍然是一个有吸引力的替代更苛刻和气质的数字接口。本应用说明描述了关键功能，并帮助设计人员选择正确的RS-232收发器。需要考虑的因素包括:

• 电源要求

• 功耗/电池寿命特性(如自动关机)

• 速度(数据速率)

• 符合信号电平标准

• 增强ESD保护

• 隔离功能

• 包大小

单电源RS-232收发器

RS-232标准要求信号电平为+5V(最低)为低，-5V(最低)为高。较高的电压摆幅确保信号通过有损电缆传输到RS-232接收器后具有更大的抗噪声能力。早期的RS-232收发器(如MAX1488和MAX3185，至今仍在使用)需要双电源。大多数电路板包括一个负电源，仅为这些设备供电。

1987年，Maxim推出了MAX232，这是第一个单电源RS-232设备。MAX232(和其他单电源设备)包括两个电荷泵。第一电荷泵将+5V加倍至约+10V，第二电荷泵将+10V电荷泵输出反转至-10V。由于这些电荷泵是不稳定的，发射机的正输出电压和负输出电压通常低于+10V和-10V。电源下降的深度是由变送器驱动的电缆电容和数据速率的函数。

MAX232迅速成为行业标准。许多电路板设计人员今天仍然使用MAX232，尽管单电源设备多年来经历了广泛的改进。了解新器件的特性将有助于设计工程师为应用选择最好的部件。

RS-232收发器由低压单电源供电

随着电源电压从+5V下降到+3.3V甚至更低，单电源RS-232收发器也跟上了步伐。由3.0V至5.5V电压供电的收发器使用两个稳压电荷泵，而不是仅由+5V供电的部分使用的非稳压电荷泵。而不是输入电压的两倍，一个单一的调节电荷泵将输入电压提高到大约+5.4V。第二个调节电荷泵将+5.4V电源逆变到大约-5.4V。这可以显著节省功率，因为驱动±5.4V电缆的容性负载所需的能量比驱动±10V电缆所需的能量少。一旦达到目标输出电压，则通过关闭(跳过周期)各自的电荷泵来实现进一步的节能。

当设计工程师首次发现这些器件时，通常会出现有关抗噪性的问题。然而，尽管随着电缆变长和容性负载增加，调节电荷泵更难保持±5.4V输出，但这些设备的抗噪性非常出色。事实上，与使用输出初始电压较高的非调节电荷泵的设备相比，使用更长的电缆以更高的数据速率更好地保持±5.4V输出。

Maxim还提供一系列工作电压低至2.35V的RS-232收发器。Maxim甚至有两个超低功耗RS-232收发器，MAX218和MAX3218，它们使用电感和电容器，允许在单个+1.8V电源下工作。

通过自动关机技术增加电池寿命

许多RS-232收发器提供了一个简单的关闭功能，通过在关闭引脚上应用逻辑电平来激活。由于大多数RS-232设备只使用很短的时间，关机功能可以节省能源，增加便携式设备电池的运行时间。

其他RS-232设备包含一个更先进的功能，称为自动关机，它通常限制关闭电源电流为1uA。这些设备可以确定是否有传输电缆连接到RS-232收发器。如果电缆没有连接到RS-232收发器，设备将进入关闭状态，直到检测到传输电缆的存在。配备自动关机功能的收发器监控其接收器输入端的RS-232信号，以确定是否连接电缆。当电缆不存在时，RS-232接收器输入的信号约为0V。如果收发器检测到所有接收器输入在-0.3V和+0.3V之间超过30µS，则认为没有连接有效的发送电缆，并将自动将自己置于低功耗模式(关闭)。如果接收器的任何一个输入超过+2.7V(即，无论何时重新连接电缆)，该部件将自动关闭。此功能可以通过强制设备打开或关闭的信号来覆盖。参见图1。MAX3228E、MAX3229E和MAX3246E是包含自动关机功能的收发器的三个例子。

Autoshutdown Plus类似于Autoshutdown，因为它旨在通过在不使用时关闭RS-232设备来节省电力。当电缆断开时，当电缆连接并且在30秒或更长时间内未检测到数据边缘时，Autoshutdown Plus会关闭收发器。这样，无论电缆是否连接，您都可以获得自动关机的好处。Autoshutdown-Plus设备监控RS-232接收器输入和数字发射器输入的信号活动;如果这些行中任何一行在30秒内没有任何活动，则关机。与自动关机一样，您可以使用覆盖自动关机功能的引脚强制打开或关闭设备。参见图1。MAX3238E, MAX3380E, MAX3381E, MAX3226E和MAX3246E是包含自动关机功能的收发器的五个例子。

兼容与兼容

为了符合RS-232规范，变送器需要提供±5V的输出信号电平。要使RS-232接收器兼容，其阈值必须为±3V最大值。因此，这些器件在±2V的健康噪声裕度下工作。因此，有可能减少一定比例的余量，但仍能保持准确的数据传输。当变送器输出电压跨越较窄的范围时，余量减少。当发射器输出至少为±3.7V时，它们被认为是兼容的，而不是兼容的RS-232输出。例如，如果您使用±5V电源为不包含电荷泵(因此更便宜和更小)的RS-232设备供电，则其输出电压不可能达到±5V。在这些条件下工作且发射器输出至少为±3.7V的设备被称为RS-232兼容而不是兼容。

增强ESD保护

所有RS-232设备在其终端上都有ESD保护结构，以防止在处理和组装过程中遇到静电放电。一些制造商提供具有标准和增强保护的设备。由于标准和增强保护部件几乎总是具有相同的引脚配置，因此添加具有增强ESD保护的设备通常不需要对现有PC板进行任何修改。

一些应用需要在RS-232和CMOS数字终端上提供±15kV的ESD保护。例如，为了降低成本和尺寸，手机本身不包括RS-232收发器。相反，cmos级信号是通过手机底部的连接器传输的。如果手机用户想连接到笔记本电脑的RS-232端口，他或她将购买一个“数据块”电缆，其中包括一个RS-232收发器。在这种情况下，RS-232发射器和接收器的两侧都被带出连接器，使它们暴露在增加的ESD风险中。在这种情况下，可能希望在发射器和接收器的RS-232和CMOS端都有扩展的ESD保护。MAX3237E, MAX3380E和MAX3381E是适合此任务的三个收发器示例。

数据速率

最新的RS-232规范要求数据速率为20kbps或更低。尽管有这个限制，大多数RS-232收发器的数据速率远远超过这个速度。事实上，今天的RS-232收发器可以达到1Mbps的速度。图2给出了一个以1Mbps速度工作的收发器示例。为了达到这样的速度，这些设备违反了另一个RS-232规范，最大允许的发送器输出转换速率为30V/µs。RS-232规范要求发射机输出不超过此转换速率，从而减少快速边缘产生的噪声量。以高达1Mbps的速度运行的收发器的输出也受到慢速限制，但是在超过RS-232规范的转换速率下。这些发射机的输出比慢速发射机发出的噪声频率更高。这些设备更快的转换率也带来了另一个问题，与慢速设备的兼容性。如果一个部件能够以每秒兆位的速度传输数据，那么在电缆的另一端必须有一个能够以同样速度运行的收发器。如果在电缆的另一端使用速度较慢的设备，则可能以较慢的数据速率运行，尽管不能保证。MAX3227E、MAX3245E和MAX3225E是三款能够实现1Mbps传输速率的收发器。

隔离RS-232收发器

Maxim创建了MAX3250，这是一款+50V隔离收发器，如果传输线无意中短路到+24或+48V电源总线，则能够承受损坏。MAX3250是光隔离收发器的低成本替代品。Maxim的专有隔离方法是无电感和无变压器，简化了电磁干扰的合规性。

包大小

Maxim开发了世界上最小的RS-232接收器和发射器，采用微型SOT23-5封装。这些部件针对低功耗节省空间的应用进行了优化，停机电流低至0.2uA。MAX3189E和MAX3190E是RS-232 SOT23-5发射机的优秀示例，具有低关机电流，并与MAX3180E系列接收器互补。

这篇文章的类似版本出现在2003年3月的《电子产品》杂志上。