RS-232收發(fā)器接口芯片SP3223E／3243E的原理及應用

關(guān)鍵詞：電荷泵；自動(dòng)上線(xiàn)；驅動(dòng)器；收發(fā)器

１　概述

ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ是ＳＩＰＥＸ公司生產(chǎn)的ＲＳ－２３２收發(fā)器，它支持ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２和ＩＴＵ－Ｔ Ｖ．２８／Ｖ．２４通信協(xié)議，適用于便攜式設備使用（如筆記本電腦及ＰＤＡ）。ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ內有一個(gè)高效電荷泵，可在單＋３．０Ｖ～＋５．５Ｖ電源下產(chǎn)生５．５Ｖ的ＲＳ－２３２電平，該技術(shù)已申請了美國專(zhuān)利（專(zhuān)利號為Ｕ．Ｓ．－－５?３０６?９５４）。滿(mǎn)負載時(shí)，ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件可工作于２３５ｋｂｐｓ的數據傳輸率。３．３Ｖ時(shí)僅需０．１μＦ的電容。ＳＰ３２２３Ｅ是一個(gè)雙驅動(dòng)器／雙接收器芯片，ＳＰ３２４３Ｅ則是一個(gè)三驅動(dòng)器／五接收器芯片，是筆記本電腦或ＰＤＡ的理想器件。ＳＰ３２４３Ｅ 包含一個(gè)總是處于激活狀態(tài)的補充接收器，可在關(guān)斷狀態(tài)下監控外設（如調制解調器）。由于具有自動(dòng)上線(xiàn)特性，因此，當其與一個(gè)相關(guān)外設之間接上ＲＳ－２３２電纜并處于工作狀態(tài)下時(shí)，設備會(huì )自動(dòng)醒來(lái)。否則，如果電流不足１ｍＡ，設備會(huì )自動(dòng)關(guān)斷。

ＳＰ３２４３Ｅ包含一個(gè)補充接收器，當電源斷開(kāi)時(shí)，該接收器可保護ＵＡＲＴ或串行控制器芯片。ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ是敏感電源設計的理想選擇。ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ的自動(dòng)上線(xiàn)電路減少了電源電流降到１ｍＡ以下的可能性。在大多數便攜式應用場(chǎng)合，ＲＳ－２３２電纜可被斷開(kāi)或是將外設關(guān)閉。在上述情況下，其內部的電荷泵和驅動(dòng)器也會(huì )被關(guān)閉。否則系統會(huì )自動(dòng)上線(xiàn)工作。這樣，設計人員就可在不改變主要設計的情況下節省電源損耗。

ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ的主要特點(diǎn)如下：

●在＋３．５Ｖ～＋５．５Ｖ單電源下符合ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２－Ｆ標準。

●可十分方便地在ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２標準下使用，而且在ＥＩＡ／ＴＩＡ－５６２標準下使用時(shí)，其電源可降至＋２．７Ｖ。

●在睡眠狀態(tài)下，當關(guān)斷電流達到１μＡ時(shí)，自動(dòng)上線(xiàn)電路會(huì )被喚醒。

●有負載時(shí)的最小數據傳輸率為１２０ｋＢ／ｓ。

●盡管電源范圍波動(dòng)，由于電荷泵可調，ＲＳ－２３２輸出仍較穩定。

●帶有以下ＥＳＤ防護功能：

＋１５ｋＶ人體模式；

＋１５ｋＶ ＩＥＣ１０００－４－２ 空間放電；

＋８ｋＶ ＩＥＣ１０００－４－２ 接觸放電。

２ ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ的引腳說(shuō)明

ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ有ＤＩＰ、ＳＳＯＰ、ＳＯＩＣ、ＴＳＳＯＰ等幾種不同的封裝形式，圖１為ＤＩＰ封裝的管腳排列。

３　結構原理

ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ系列器件內部由驅動(dòng)器、收發(fā)器、ＳＩＰＥＸ專(zhuān)有電荷泵、自動(dòng)上線(xiàn)電路四個(gè)基本電路塊組成。

３．１ 驅動(dòng)器

驅動(dòng)器實(shí)際上是一個(gè)反轉電平發(fā)送器，可用于把ＴＴＬ或ＣＭＯＳ邏輯電平轉換成５．０Ｖ ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２電平，以使其與輸入的邏輯電平正好相反。該驅動(dòng)器遵從ＥＩＡ－ＴＩＡ－２３２Ｆ 和所有以前版本的ＲＳ－２３２協(xié)議。

驅動(dòng)器可工作在數據傳輸率為２３５ｋｂｐｓ的情況下。在３ｋΩ負載與１０００ｐＦ電容并聯(lián)的滿(mǎn)負荷情況下，其數據傳輸率為１２０ｋｂｐｓ，并可保證ＰＣ―ＰＣ之間通信軟件的協(xié)調性。驅動(dòng)器的輸出變化率被內部限制為最大不超過(guò)３０Ｖ／ｍｓ，以符合ＥＩＡ標準(ＥＩＡ ＲＳ－２３２Ｄ ２．１．７?第５段)。實(shí)際上，負載輸出從高電平變?yōu)榈碗娖揭卜洗藰藴省?/P>

３．２ 接收器

接收器可將５．０Ｖ的ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２電平轉換為ＴＴＬ或ＣＭＯＳ邏輯輸出電平。所有接收器的反轉輸出都可通過(guò)ＥＮ引腳被禁止。當自動(dòng)上線(xiàn)電路有效或系統為關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，接收器處于激活狀態(tài)。當系統關(guān)閉時(shí)，接收器始終處于激活狀態(tài)。如果接收器在超過(guò)１００μｓ的時(shí)間里沒(méi)有參與任何活動(dòng)或是ＳＨＵＴＤＯＷＮ為低電平，芯片會(huì )進(jìn)入待命狀態(tài)，此時(shí)電流會(huì )降到１μＡ以下。驅動(dòng)ＥＮ上的邏輯高電平可使接收器輸出端進(jìn)入高阻狀態(tài)。

由于經(jīng)過(guò)了電纜線(xiàn)和系統接口的衰減，接收器輸入的信號有一個(gè)典型值為３００ｍＶ的滯后區域。這一特性可確保接收器免于噪聲干擾。設計時(shí)，一個(gè)輸入端應懸空，內置的限流電阻應接地，接收器的輸出端應為高電平。

３．３ 電荷泵

電荷泵是ＳＩＰＥＸ公司的專(zhuān)利技術(shù)(專(zhuān)利號Ｕ.Ｓ.５,３０６,９５４) ，與過(guò)去不成熟的設計相比，它采用了獨一無(wú)二的新技術(shù)，該電荷泵需要四只外接電容，它使用四相電壓變換技術(shù)來(lái)獲取對稱(chēng)５．５Ｖ電源。內部電源由可調電荷泵組成，可提供５．５Ｖ輸出電壓。

電荷泵使用的一只內部振蕩器通常工作在離散方式下。輸出電壓不足５．５Ｖ時(shí)將啟動(dòng)電荷泵。如果輸出電壓超過(guò)５．５Ｖ, 電荷泵將停止工作。其內部的振蕩器主要用于控制四相電壓的變化。

３．４ 自動(dòng)上線(xiàn)電路

ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件可在關(guān)閉期間通過(guò)板上自動(dòng)上線(xiàn)電路節約能量，可應用在筆記本電腦、掌上電腦?ＰＤＡ?和其他便攜式系統中。通過(guò)ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件內置的自動(dòng)上線(xiàn)電路，器件可在外部發(fā)送器打開(kāi)和接上電纜后自動(dòng)處于工作狀態(tài)。另一方面，當器件未被使用并進(jìn)入待機狀態(tài)，且電流降至１μＡ以下時(shí)，自動(dòng)上線(xiàn)電路會(huì )使大多數內部電路處于無(wú)效狀態(tài)。這項功能也可通過(guò)ＯＮＬＩＮＥ引腳為邏輯低電平時(shí)激活自動(dòng)上線(xiàn)功能來(lái)控制。一旦該功能被激活，器件將處于有效狀態(tài)直至接收器輸入端無(wú)任何活動(dòng)。接收器輸入端至少有３Ｖ的電壓可由電纜另一端的至少為５Ｖ的發(fā)送器產(chǎn)生。當外部發(fā)送器為無(wú)效或電纜斷開(kāi)后，接收器輸入將被內部５ｋΩ電阻下拉接地。而當超過(guò)一定時(shí)期后，內部發(fā)送器將無(wú)效，器件進(jìn)入關(guān)閉或待機狀態(tài)。當ＯＮＬＩＮＥ為高電平時(shí)，自動(dòng)上線(xiàn)方式無(wú)效。

４　典型應用電路

圖２所示是由微處理器監控電路控制的接口電路。該電路主要通過(guò)ＳＰ３２４３Ｅ來(lái)實(shí)現，它既可以將接收到的ＲＳ－２３２電平轉換為ＴＴＬ／ＣＭＯＳ電平，也可以將準備發(fā)送的ＴＴＬ／ＣＭＯＳ電平轉換為ＲＳ－２３２電平。需要說(shuō)明的是：當ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ器件被關(guān)閉后，器件中的電荷泵也會(huì )被關(guān)閉。此時(shí)，電荷泵的輸出Ｖ＋會(huì )被衰減為ＶＣＣ?而輸出Ｖ－則衰減為ＧＮＤ。衰減時(shí)間可根據電荷泵使用的電容器的大小來(lái)決定。電路關(guān)閉時(shí)，退出關(guān)閉狀態(tài)并擁有有效的Ｖ＋和Ｖ－所需的時(shí)間大約為２０μｓ。

在簡(jiǎn)單的程序中，ＳＴＡＴＵＳ可用于表示ＤＴＲ或用作環(huán)路指示器的指示信號。將ＯＮＬＩＮＥ和ＳＨＵＴ-ＤＯＷＮ連在一起可避開(kāi)自動(dòng)在線(xiàn)電路。這實(shí)際上類(lèi)似于一個(gè)關(guān)閉輸入引腳。