惡劣環(huán)境下隔離型串行通訊接口的應用

MAX667是一個(gè)穩壓模塊，即低阻輸出的線(xiàn)性調壓器，它將MAX253輸出的電壓穩定在+5V，使之成為一個(gè)恒壓源。通過(guò)變壓器與光耦的隔離和耦合作用，使得左右兩側的電源電路沒(méi)有任何電氣連接點(diǎn)，因而能承受有效值高達1800V的高壓沖擊。
這種設計適用于高壓、地電位差大、噪聲大的惡劣環(huán)境下使用。因此，對電路中所用的變壓器和光耦有嚴格的技術(shù)要求。
為保障可靠的隔離，其虛線(xiàn)所指示的“隔離屏障”是不能破壞的，某一側的元件、連接點(diǎn)或連接線(xiàn)不能靠近另一側的元件、連接點(diǎn)或連接線(xiàn)。
光耦器件能抑制各種尖脈沖及各種噪音等的干擾，從而在傳輸信息中大大提高信噪比。它的輸入阻抗都很低，而干擾源的內阻一般都比較大，因此能饋送到光電耦合器件輸入端的干擾噪聲就比較小。雖然干擾源也能供給較大的干擾電壓，但可供出的能量卻很小，只能產(chǎn)生微弱的電流，因此即使是電壓幅值很高的干擾，由于沒(méi)有足夠的能量，不能使LED發(fā)光，從而也會(huì )被抑制掉。它的輸出是高阻抗的，因此布局時(shí)應盡量靠近接口芯片，即盡量縮短光耦輸出腳與接口芯片引腳之間的連線(xiàn)，使得分布電容盡量小而有利于提高傳輸率。
圖中所用的光耦是限制接口通信速率的主要因素，必須選用高速器件。接口速率的上限取決于器件本身的技術(shù)參數，單個(gè)通道的通常為10MB／s(光耦6N137)或1MB／s(光耦6N135)等。若用廉價(jià)的4N系列非線(xiàn)性光耦取代高價(jià)的6N137元件，其數據傳輸率也可達到9．6kb／s。
圖中的電源實(shí)質(zhì)上都是一個(gè)DC-DC變換器，輸出波紋較大，如果在MAX253的輸出端增加兩個(gè)元件組成一個(gè)簡(jiǎn)單的LC低通濾波器，則輸出波紋噪聲峰值可以減少到大約只有10mV。
圖中的串行通信接口MAX481采用差分平衡方式傳送數據，對共模信號有很好的抑制作用。理論上講，A、B兩條線(xiàn)對地而言應該是完全對稱(chēng)的，但是我們在實(shí)際調試當中發(fā)現，當傳輸速度不高或傳輸距離不遠時(shí)，完全可以省掉地線(xiàn)，采用一對普通的雙絞線(xiàn)即可獲得滿(mǎn)意的效果。當周?chē)?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/環(huán)境">環(huán)境比較惡劣，傳輸速度很高或傳輸距離較遠時(shí)，應使用帶屏蔽的雙絞線(xiàn)電纜，屏蔽線(xiàn)作為地線(xiàn)，且在主站一端應可靠接入大地，另一端則懸空。
如果電纜兩端都接地，通常兩個(gè)地的“地電位”不可能完全相同，如果兩個(gè)地存在較大的“地電位差”，那么在屏蔽線(xiàn)中會(huì )形成電流而產(chǎn)生干擾。因此，另一端需要懸空。
另一種解決方法是屏蔽線(xiàn)兩端都不直接接地，但是也不懸空，而是分別通過(guò)一個(gè)100 Ω／1W的限流電阻將屏蔽線(xiàn)接各自的公共地，即機殼地，這樣也可以抑制電流引入的干擾。
我們知道發(fā)送驅動(dòng)器的接收器節點(diǎn)數最多可達256個(gè)，數據傳輸速率可以從幾百kb／s到32Mb／s。由于串行通信接口節點(diǎn)數量較多，就需要考慮終端匹配的問(wèn)題。終端匹配電阻的阻值理論上應等于電纜的特性阻抗，這樣才能徹底抑制傳輸線(xiàn)終端形成的反射現象。但在實(shí)際使用過(guò)程中，難以達到完全匹配的效果。
在調試使用過(guò)程中，當數據傳輸速率較低，傳輸線(xiàn)效應不明顯時(shí)，不必接終端匹配電阻。接上還可能加重負載，使信號幅度明顯下降。當數據傳輸速率很高時(shí)，為了減小反射，應連接終端匹配電阻?？墒褂靡韵路椒ㄟM(jìn)行調試。
先連好網(wǎng)絡(luò )并做好通信的準備，再令主站以實(shí)際使用的波特率連續發(fā)送數據55H，此時(shí)用示波器可測得通信線(xiàn)路上的方波，在接收端觀(guān)察波形，調整終端匹配電阻的大小直到獲得最佳波形為止。但有時(shí)會(huì )出現波形好，效果卻可能并不理想的情況，這種情況通常是波形幅值偏低造成的；雙絞線(xiàn)之間的波形幅值電壓應不小于200mV，否則應降低波特率或更換質(zhì)量更好的電纜。按上述方法調試，就能得到滿(mǎn)意的效果。

4 結束語(yǔ)
隔離型數據接口電路設計保證了惡劣電磁環(huán)境下數據通訊的可靠性。它既對供電電路進(jìn)行了隔離設計，保證了供電的穩定性；又對數據接口采用了光耦隔離，有效提高了耐沖擊、抗干擾能力。在實(shí)際的使用中電路性能穩定可靠，保障了產(chǎn)品在惡劣環(huán)境中工作正常。