數(shù)據(jù)塊電纜的設(shè)計注意事項

檢查計算機，手機或PDA設(shè)備之間互連的要求與數(shù)據(jù)塊電纜的使用有關(guān)?？紤]了通道數(shù)、電源限制、RS-232兼容性或合規(guī)性、ESD保護、電流消耗和邏輯兼容性。

隨著移動通信需求的增加，使用數(shù)據(jù)線連接手機和其他移動設(shè)備將變得更加普遍。新的、數(shù)據(jù)速率更快的手機標(biāo)準(zhǔn)，如GPRS、WCDMA和UMTS，將需要數(shù)據(jù)線來實現(xiàn)下一代智能手機固有的更高水平的功能和互聯(lián)網(wǎng)連接，而這些數(shù)據(jù)線給手機配件的設(shè)計者帶來了不尋常的問題。

有些電纜僅傳輸TTL信號，但當(dāng)今數(shù)據(jù)電纜最常見的接口標(biāo)準(zhǔn)是RS-232。對USB級轉(zhuǎn)換器的需求也隨之而來。本文重點介紹RS-232標(biāo)準(zhǔn)，但討論的許多設(shè)計問題都可以應(yīng)用于TTL和USB電纜。

對于移動電話和其他低成本消費設(shè)備，當(dāng)只有5%到10%的用戶需要此功能時，在每個基本單元上添加花費幾美元左右的數(shù)據(jù)功能幾乎沒有經(jīng)濟意義。因此，首要任務(wù)是確定哪種類型的電平轉(zhuǎn)換器滿足給定的系統(tǒng)要求，即必須支持哪種通信。

完整調(diào)制解調(diào)器規(guī)格

在許多應(yīng)用中，手機在PC上應(yīng)該顯示為調(diào)制解調(diào)器，因為電子郵件或網(wǎng)上沖浪的商業(yè)軟件隨時可用。需要五個驅(qū)動器和三個接收器來實現(xiàn)全調(diào)制解調(diào)器DCE接口。MAX3248E RS-232收發(fā)器與其他制造商的類似元件一樣，也能滿足這一要求。

數(shù)據(jù)電纜的簡化圖（圖1）顯示，兩個連接器都可能受到ESD沖擊，因此在邏輯側(cè)和RS-232側(cè)都需要額外的ESD保護組件。為了適應(yīng)手機ASIC的低電壓，它可能還需要包括電平轉(zhuǎn)換功能。但是，全調(diào)制解調(diào)器接口可能過多。它需要在手機底部安裝10個連接器引腳，這使其成為一個昂貴的選擇。

圖1.IC及其相關(guān)組件在此PC到電話電纜中形成一個塊（數(shù)據(jù)塊）。

作為一種更便宜的替代方案，您可以實現(xiàn)一個硬件握手鏈路，僅對手機數(shù)據(jù)線中的信號 RX、TX、CTS 和 RTS 進行電平轉(zhuǎn)換。這種方法要求您（或某人）為PC端編寫駕駛軟件：用于更新地址簿的專用電話同步軟件，或?qū)⑺邪藗€標(biāo)準(zhǔn)RS-232信號轉(zhuǎn)換為2/2格式的軟件橋接器。對于定制電纜，這種方法是可以接受的，而且便宜得多。對于特定應(yīng)用所需的其他發(fā)射器和接收器組合，Maxim提供多種RS-232器件選擇。

可變資本公司注意事項

大多數(shù)數(shù)據(jù)塊電纜（之所以這樣稱呼，是因為IC和其他組件的存在會在電纜中產(chǎn)生可見的塊狀電纜）從便攜式設(shè)備獲得電力。一些較舊的便攜式設(shè)備使用四個鎳氫或鎳鎘電池，但當(dāng)今最常見的電池技術(shù)是單節(jié)鋰離子電池。電池充滿電時測量約4.2V，完全放電時測量約2.4V。

帶有裸露連接器的手機放在口袋里，冒著松散的硬幣可能會耗盡電池的風(fēng)險。為了防止此類事故，手機使用限流線性穩(wěn)壓器或Polyswitch來限制電池電流？（一種可復(fù)位保險絲，在高電流下斷開，當(dāng)電流恢復(fù)正常時重新閉合）。所討論的電池電壓可以是2.4V至4.2V范圍內(nèi)的任何地方。

RS-232規(guī)范要求RS-232發(fā)送器能夠在5kΩ負(fù)載上保持±0.3V。然而，大多數(shù)變送器保證電源電壓不低于3.0V時的輸出電平。內(nèi)部電荷泵倍增器具有高輸出電阻，需要“壓差”驅(qū)動發(fā)射器輸出。因此，對于低于5V的輸入，芯片無法在0kΩ兩端保持±3.3V電壓。

另一方面，RS-232接收器門限只有2.4V高，0.6V低。指定了2.6V差（5.0V電源減去2.4V接收器門限），因為RS-232最初旨在作為能夠驅(qū)動100英尺或更多電纜的長距離標(biāo)準(zhǔn)，而數(shù)據(jù)電纜應(yīng)用很少傳輸超過5或6英尺的電纜。因此，問題是數(shù)據(jù)塊是否應(yīng)該符合RS-232（滿足規(guī)范的每個字母）或RS-232兼容（僅在數(shù)據(jù)電纜環(huán)境中工作）。

兼容 RS-232 還是兼容？

為了滿足RS-232規(guī)范的±5.0V發(fā)射電壓，MAX3227E、MAX3238E和MAX3386E等收發(fā)器僅保證工作在3.0V至5.5V電源電壓。然而，電荷泵的工作電壓遠(yuǎn)低于此電壓，通常起始電壓低至2.0V。這種情況略微降低發(fā)射器電壓，但在滿足4.2V接收器門限的線路上放置±4V。圖2所示為MAX3232的輸出電平，該信號驅(qū)動9600波特信號進入輸入電阻在3kΩ至7kΩ之間的接收器。電源通過 1 米長的“5 類”電纜供電。

圖2.MAX2輸入（頂部走線）為3232V輸入（底部走線），可將幾乎±4V電壓驅(qū)動至RS-232接收器輸入。

如果在電源電壓低于+232.3V時需要真正的RS-0電平，則基于升壓架構(gòu)的RS-232收發(fā)器（如MAX3212或MAX3218）可提供最經(jīng)濟的解決方案。如圖3所示，這些收發(fā)器采用外部二極管、電容和小型、廉價的表面貼裝片式電感器工作。該系列器件可在輸入電壓低至 232.1V 時產(chǎn)生符合 RS-8 標(biāo)準(zhǔn)的電平。

圖3.該RS-232收發(fā)器的內(nèi)部升壓控制器可確保真正的RS-232電平，即使在電源電壓低于3.0V的情況下也是如此。

電流消耗增加

隨著RS-232收發(fā)器的輸入電壓降低，收發(fā)器試圖在接收器負(fù)載上保持±5V輸出，導(dǎo)致電池電流消耗增加。如果在數(shù)據(jù)電纜應(yīng)用中不提供本地去耦，則此電流流經(jīng)電纜的分布電感和電阻會導(dǎo)致以V為單位的局部振鈴抄送.示波器圖（圖4）顯示了通過該電纜為MAX3232供電而未正確去耦所產(chǎn)生的電流波形。結(jié)果是相當(dāng)數(shù)量的振鈴，電流尖峰高達80mA。在這種情況下，刻度為20mA/Div，V在在電纜的遠(yuǎn)端等于3.0V，沒有去耦的部分無法啟動。

圖4.流經(jīng)電纜電感的收發(fā)器電源會導(dǎo)致振鈴，除非您提供足夠的去耦。

振鈴會產(chǎn)生不必要的排放。為了盡量減少這種影響，請為數(shù)據(jù)塊提供良好的局部去耦和較短的電纜長度。因為無論如何都必須為接地提供信號，所以您應(yīng)該考慮屏蔽電纜。圖5顯示了在V之間并聯(lián)增加4.7μF和0.1μF電容所帶來的改進抄送并在數(shù)據(jù)塊中接地。

圖5.去耦電容可抑制圖4中的振鈴。

邏輯兼容性

手機內(nèi)核電源電壓的降低（降至2.5V，并可能降至1.8V）會導(dǎo)致手機和數(shù)據(jù)塊之間的邏輯兼容性問題。（針對3V邏輯進行優(yōu)化時，典型的RS-232收發(fā)器具有VIH2.0V的電平。這個問題通常通過電話或數(shù)據(jù)塊中的分立邏輯電平轉(zhuǎn)換器來解決。作為更簡單的替代方案，可以使用MAX3386E或MAX3238E收發(fā)器。當(dāng)外部電壓施加到MAX3386E VL引腳時，其內(nèi)部門限電平為1/3和2/3 （V伊利諾伊州和 VIH） 的電壓。MAX3238E提供多種跳變門限，兼容2.5V邏輯和未來的1.8V邏輯。

省電

電池壽命是這些電池供電系統(tǒng)的主要關(guān)注點。除了標(biāo)稱1mA靜態(tài)電流外，RS-232收發(fā)器還為每個發(fā)射器供電。一個5kΩ負(fù)載的靜態(tài)消耗典型值為5.5V或1.1mA。當(dāng)反射回輸入電源時，該電流大約翻倍（假設(shè)V在> 3V 和一個完美的電荷泵）。更糟糕的是，全調(diào)制解調(diào)器接口在傳輸任何數(shù)據(jù)之前可能會消耗大于12mA的標(biāo)稱電流。

當(dāng)沒有傳輸數(shù)據(jù)時，應(yīng)關(guān)閉收發(fā)器以節(jié)省電池電量。一種技術(shù)是為此目的從電話上多走一條線，但電話連接器上的額外引腳會增加費用。另一種選擇是AutoShutdown Plus？收發(fā)器。

AutoShutdown Plus 可監(jiān)控發(fā)射器輸入和接收器輸入，以查找有效的邊緣活動。如果IC在30秒內(nèi)未檢測到任何輸入端的狀態(tài)變化，則關(guān)閉內(nèi)部電荷泵和驅(qū)動器，從而將電源電流降至僅1μA。然后，TTL 側(cè)或 RS-232 側(cè)的任何轉(zhuǎn)換都會導(dǎo)致器件通電并返回正常工作模式。

靜電防護

數(shù)據(jù)電纜可以在數(shù)據(jù)塊的TTL或RS-232側(cè)使用靜電放電（ESD）進行打擊。要在EEC內(nèi)銷售，數(shù)據(jù)電纜必須能夠承受三項測試中定義的額定ESD水平。設(shè)備輸入和輸出需要額外的保護，以滿足以下嚴(yán)格要求：

ESD保護可以在外部添加，使用TranZorbs?、火花隙或電阻器、電容器和電感器的組合。這些方法可能成本高昂，因為必須保護所有輸入和輸出（全調(diào)制解調(diào)器接口為16線）。許多制造商現(xiàn)在在RS-232側(cè)提供內(nèi)部ESD保護（見下表），這有助于減少空間和成本。較新的器件，如MAX3238E，在TTL側(cè)也包括ESD保護。

RS-232線路驅(qū)動器/接收器：

板載 ESD 結(jié)構(gòu)的工作原理是將 ESD 撞擊短路到地面，設(shè)備應(yīng)在撞擊后恢復(fù)正常運行。ESD事件發(fā)生后，一些器件要求電源電壓循環(huán)開/關(guān)/通，以移除閂鎖并恢復(fù)正常工作（Maxim器件不需要這種電源循環(huán)）。由于故障電流接地，因此接地連接應(yīng)保持短路，以減少接地反彈的影響。而且，由于接地回路位于塊的邏輯側(cè)，因此保持該長度的電纜盡可能短是有意義的。數(shù)據(jù)塊內(nèi)良好的局部去耦在ESD沖擊期間充當(dāng)本地電源。

熱同步

手持式PDA在數(shù)據(jù)電纜中帶來了一項新功能：使用底座（例如Palm的? Hotsync?）將設(shè)備與PC同步的能力。為了告訴PC軟件何時連接設(shè)備，設(shè)備通過RS-232連接器的環(huán)形指示信號生成中斷。這種方法比RS-232端口的連續(xù)輪詢軟件密集度更低，但它需要額外的發(fā)射器輸出。

審核編輯：郭婷