數字電源常用的通訊電路

一、常用的通訊方式

在前面數字電源與模擬電源中有講到，為了能夠更好的實現數字電源的管理與控制，數字電源需要具備通訊功能。

通過上位機軟件，工程師能夠設置電源參數并控制電源狀態。但是由于數字電源控制核心輸出的是TTL電平，與外圍設備通訊時存在電平標準定義不一致的情況，因此需要電平轉換芯片來實現兩者間的數據交換。數字電源中常用的通訊方式包括RS485、RS232、CAN、TCP/IP以及I2C等。

（一）通訊方式分類

通訊方式按照數據的傳輸方式分為串行通訊以及并行通訊。

并行通訊：以字節或字節倍數為傳輸單位進行傳輸，傳輸速度快但遠距離時成本高，適合于近距離、大量和快速的信息交換場景。

串行通訊：又稱為點對點通訊，通訊一次發送一位數據，線路少成本低，易于擴展，適合遠距離傳輸，是目前最為常用的通訊方式。

按照不同分類方式，串行通訊又可以分為以下幾種：

1、按照通訊方向分為單工通訊、半雙工通訊以及全雙工通訊。

①單工通訊中信息只能單向傳輸，收發端固定不變。

②半雙工通訊信息可雙向傳輸，但發送與接收不能同時進行，通訊收發端可變，如對講機就是典型的半雙工通訊方式。

③全雙工通訊允許數據同時在兩個方向上傳輸，在每一端都設置了發送器和接收器，并配置2根數據線進行信號傳遞。

2、按照數據同步方式可分為同步通訊與異步通訊。

①同步通訊要求收發端的時鐘頻率一致，信息幀由同步字符、數據字符和校驗字符（CRC）組成。

②異步通訊時不要求收發端時鐘同步，發送時間間隔不定，傳輸時應給字節加上開始位和停止位，以便接收端正確接收信息。

（二）通訊方式對比

這里對數字電源中常用通訊方式進行了對比。

二、通訊電路介紹

（一）RS232

RS-232采用負邏輯電平，“0”電平電壓范圍為3~15V，“1”電平電壓范圍為-15~-3V，9引腳是目前主流的接口形態。

RS-232電平轉換電路分隔離與非隔離兩種。

其中非隔離型電路可利用三極管或非隔離電平轉換芯片實現（如ADI 公司的MAX232ESE、ADM232AARNZ 以及ti公司的MAX3232IDR等）。而隔離型電平轉換芯片有RSM232，ADI的ADM3251EARWZ以及Maxliner的 SP3232EEY等。

本文提供了一種典型的三極管電平轉換電路以及RSM232的接口連接電路圖。

三極管電平轉換電路的工作原理分析：

通過二極管D1與電容C7的作用使得A點電壓保持在-3V~-15V。

當TXD=1時，Q3截止，PCRXD電壓與PCTXD電壓相等，PCRXD=1；

當TXD=0時，Q3導通，則PCRXD電壓約為+5V，PCRXD=0。

當PCTXD=1時，Q4截止，RXD電壓約為5V，RXD=1；

當PCTXD=0時，Q4導通，RXD電壓為0，RXD=0。

D2是為了防止Q4的BE反向擊穿。

（二）RS485

RS-485標準彌補了RS-232通訊距離短、速率低等缺點，數據信號采用差分傳輸方式，抗干擾能力強。RS-485使用一對雙絞線（A線與B線）進行數據傳輸，當AB線之間的電壓差在-6~-2V范圍內時表示“0”，當AB線之間的電壓差在 +2~+6V范圍內時表示“1”。同時RS485在傳輸電纜的最遠端需要連接匹配電阻，其阻值應等于傳輸電纜的特性阻抗，連接示意圖如下。

RS485電平轉換芯片分為隔離與非隔離兩種。

典型的非隔離型芯片有MAX3485、ADI公司的MAX13487EESA+T以及TI公司的SN75176BDR；常用的隔離型芯片有RSM3485PHT、TI公司的 ISO3082DWR以及 ISL32705E。

（三）CAN

CAN總線通訊采用差分信號的形式進行數據傳輸。信號傳輸線分為CAN_H以及CAN_L。總線上邏輯“0”表示顯性，差分電壓差約為2V(CAN_H=3.5V,CAN_L=1.5V)；邏輯“1”表示隱性，差分電壓為0V9CAN_H=2.5V,CAN_L=2.5V）。CAN采用數據幀的方式進行數據傳遞，標準的CAN數據幀結構如下圖。