Robert Dobkin

已經(jīng)開(kāi)發(fā)出新的RS232接口芯片，與1488和1489等舊設(shè)備相比具有顯著優(yōu)勢(shì)。與舊器件相比，新型 RS232 接口 IC 提高了速度、功率、電壓電源要求和保護(hù)功能。此外，新芯片更易于使用，需要更少的外部元件，并且可以關(guān)閉到“零”電源電流條件，以用于電池供電系統(tǒng)。

新的RS232驅(qū)動(dòng)器采用單片雙極技術(shù)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)了一個(gè)獨(dú)特的輸出級(jí)，可提供較大的輸出擺幅，最大限度地降低電源電壓要求，同時(shí)保留出色的過(guò)載保護(hù)功能。輸出可以驅(qū)動(dòng)到超過(guò)電源電壓，而不會(huì)吸收過(guò)多的電流或迫使電流回電源。當(dāng)然，還包括電流限制以防止短路情況。

對(duì)實(shí)現(xiàn)RS232接口的技術(shù)的初步考慮可能包括CMOS作為此類應(yīng)用的可能技術(shù)。電源要求低，輸出電壓擺幅高，并且提供更高電壓的CMOS技術(shù)，允許工作電壓高達(dá)±15V。考慮與CMOS相關(guān)的一些問(wèn)題會(huì)降低其對(duì)RS232驅(qū)動(dòng)器的吸引力。

CMOS結(jié)構(gòu)固有的是CMOS器件的漏極和源極與電源之間的二極管，如圖1所示。RS232接口的一個(gè)要求是能夠承受施加到輸出引腳的電壓。對(duì)于CMOS輸出級(jí)，這是通過(guò)與輸出串聯(lián)的300Ω電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（電阻器類似于舊驅(qū)動(dòng)器中包含的電阻器。它可以保護(hù)接口芯片，但仍允許損壞由相同電源供電的其他設(shè)備。

圖1.CMOS線路驅(qū)動(dòng)器顯示電源的寄生二極管。

當(dāng)由 5V 邏輯電源供電的驅(qū)動(dòng)器的輸出連接到 RS12 規(guī)范允許的外部 15V 或 232V 電源時(shí)，會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。外部電流流過(guò)300Ω限幅電阻，流過(guò)CMOS結(jié)構(gòu)中的二極管，進(jìn)入電源。這會(huì)迫使電源電壓降至 12V 和 15V，從而損壞連接到電源的 5V 邏輯。當(dāng)外部RS232信號(hào)將電壓饋入電源時(shí)，如果邏輯電源關(guān)閉，則此問(wèn)題甚至?xí)?dǎo)致閂鎖。這個(gè)問(wèn)題在過(guò)去通常不存在，因?yàn)镽S232接口由單獨(dú)的±12V電源供電。

ESD損壞可能是接口芯片故障的最常見(jiàn)原因。雙極器件相對(duì)堅(jiān)固，但仍可能被ESD損壞，系統(tǒng)對(duì)ESD的要求可能高達(dá)20kV。沒(méi)有外部保護(hù)，任何IC都無(wú)法承受如此大的電壓。

RS232規(guī)范的要求是能夠承受±25V輸入信號(hào)。用作 RS1045 接收器的 CMOS LTC232 設(shè)計(jì)用于采用與輸入串聯(lián)的外部電阻器工作。這些電阻允許輸入引腳上的電壓擺幅非常大，并為IC提供ESD保護(hù)。使用片內(nèi)電阻會(huì)妨礙使用最佳的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，因此CMOS器件可能對(duì)輸入端的ESD破壞更敏感。

雙極性驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí)如圖2所示。相對(duì)的集電極NPN和PNP晶體管提供盡可能寬的輸出擺幅。PNP 晶體管的擺幅將擺幅在正電源的 200mV 以內(nèi)，而 NPN 晶體管及其相關(guān)的肖特基二極管將在負(fù)電源的約 900mV 范圍內(nèi)擺動(dòng)。如果輸出電壓被迫高于正電源，則PNP晶體管的發(fā)射極基極結(jié)反向偏置，并且沒(méi)有電流流入電源。該器件不受外部電壓直至晶體管擊穿電壓的影響。如果輸出被迫低于負(fù)電源，肖特基二極管反向偏置并阻止永恒電流流入芯片。電容器 C1 用于控制輸出壓擺率，因此無(wú)需頻率補(bǔ)償元件即可滿足 RS232 規(guī)范 4V/μs 至 30V/μs。

圖2.新型雙極性驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)。

通常，這些驅(qū)動(dòng)器的壓擺率約為8-10V/μs。這使得它們可以成功使用到大約64k波特。雙極性驅(qū)動(dòng)器的輸出壓擺率由內(nèi)部電容器很好地控制，并且相對(duì)不受負(fù)載電阻或電容的影響。雙極性接收器相對(duì)簡(jiǎn)單，利用具有遲滯的液位檢測(cè)器來(lái)設(shè)置跳變點(diǎn)。標(biāo)稱跳變點(diǎn)設(shè)定為約1.5V，遲滯為200mV。接收器在輸入開(kāi)路時(shí)進(jìn)入高輸出狀態(tài)。接收器輸出與TTL和CMOS兼容。

驅(qū)動(dòng)器和接收器的最新進(jìn)展是片上電源生成。LT1080 和 LT1081 等器件包括一個(gè)振蕩器、容性倍壓器和容性逆變器，以從 9V 電源產(chǎn)生 ±5V。電荷泵電源發(fā)生器僅需 1 個(gè) 232μF 電容器即可從 5V 邏輯電源產(chǎn)生 RS3 通信電平。圖 1080 示出了 LT1080 的典型連接。片內(nèi)電源發(fā)生器產(chǎn)生的功率超出 LT232 的要求，因此另一個(gè) RS1039 通信器件 （如 LT1） 可由同一電源發(fā)生器供電。表 232 給出了用于 RS<> 通信的所有凌力爾特驅(qū)動(dòng)器/接收器設(shè)備的典型性能。

圖3.5V 供電的 RS232 驅(qū)動(dòng)器/接收器。

審核編輯：郭婷