設計適合惡劣環(huán)境下工業(yè)應用的魯棒隔離式RS-232數據接口

　　通過(guò)使用晶圓級工藝直接在片上制造變壓器，iCoupler 通道能以較低成本相互集成以及與其它半導體功能集成在一起。ADM3252E即是這樣的一個(gè)例子，它是一個(gè)緊湊器件中的隔離式雙通道RS-232收發(fā)器。i隔離技術(shù)至少在以下五個(gè)方面克服了舊式光耦合器解決方案所造成的限制：集成—集成iCoupler 支持雙向操作，因此可縮小總體尺寸并降低系統成本—、性能更高、功耗 更低、易于使用且可靠性更高。

　　圖4. 隔離技術(shù)比較

　　直到最近，跨越隔離柵傳輸電源需要使用單獨的DC/DC轉換器或定制分立方法，前者體積相對較大、價(jià)格昂貴且隔離不充分，后者則體積龐大且難以設計。即使是在隔離式RS-232數據通信等只需少量隔離電源的應用中，這些方法也一直是唯一可行的替代方案。

　　為了解決這一問(wèn)題，ADI公司研發(fā)并制造了一款完整的全集成式解決方案，利用微變壓器跨越隔離柵實(shí)現信號和電源傳輸。這是對我們完善iCoupler r技術(shù)的延伸，是一種突破性的替代方案，稱(chēng)為isoPower在單個(gè)器件中便可實(shí)現高達2.5 kV的信號和電源隔離，因而無(wú)需體積龐大、價(jià)格昂貴且難以設計的隔離電源。它可以顯著(zhù)縮減典型隔離式RS-232接口的電路板面積、設計時(shí)間和隔離系統總成本。下文介紹兩種適用該技術(shù)的典型RS-232設計情況。

　　隔離、高速雙通道RS-232接口

　　圖5將使用分立元件的傳統解決方案與完全集成式解決方案進(jìn)行了比較。

　　圖5. 隔離式RS-232設計比較

　　實(shí)施完全隔離式雙通道RS-232接口(圖5(a))的傳統方式是采用光耦合器來(lái)提供RS-232鏈路的數據隔離。每條數據線(xiàn)路(TIN1、TIN2、ROUT1、ROUT2)需要一個(gè)光耦合器以及一個(gè)外部緩沖器。隔離電源采用變壓器驅動(dòng)器IC來(lái)驅動(dòng)分立變壓器，并與簡(jiǎn)單的整流電路和LDO(低壓差穩壓器)一起來(lái)凈化隔離式5 V或3.3 V ISO VCC供電軌。實(shí)施時(shí)，該設計需要八個(gè)IC和若干無(wú)源元件，并需占用極大的電路板面積。

　　在圖5(b)所示的單芯片解決方案中，可利用一個(gè)IC (ADM3252E)、兩個(gè)去耦電容和四個(gè)電荷泵電容來(lái)為所有四路信號實(shí)現一個(gè)完全隔離式(2.5kV)雙通道RS-232接口。

　　ADM3252E(圖6)將一個(gè)標準RS-232收發(fā)器與一個(gè)4通道i結合，用于提供RS-232數據信號的信號隔離。它還集成iso技術(shù)，以提供片內電源隔離。通過(guò)將iCoupler 和isoPower離技術(shù)相結合而集成RS-232收發(fā)器，ADM3252E能夠在單個(gè)封裝(12 mm × 12 mm)內提供具有2.5 kV rms隔離性能的完全隔離式RS-232接口，并且只需六個(gè)外部電容。

　　圖6. ADM3252E隔離、雙通道RS-232收發(fā)器

　　該單芯片解決方案能夠顯著(zhù)縮減隔離式RS-232接口所需的設計時(shí)間和電路板面積。由于PCB上的元件數量明顯減少，因此能夠降低制造成本并提高可靠性。此外，ADM3252E無(wú)需進(jìn)行任何修改，便可用于5 V或3.3 V應用，避免了分立設計所必須進(jìn)行的設計更改。

　　iso技術(shù)能夠直接在44引腳BGA封裝的芯片上提供2.5 kV電源隔離，因而無(wú)需傳統解決方案中所用的昂貴分立變壓器。此外，iCoupler 技術(shù)能夠提供信號(數據)隔離，因而無(wú)需四個(gè)分立式光耦合器通道。