論工業(yè)PC接口簡(jiǎn)化和應(yīng)用案例

雙協(xié)議收發(fā)器

現(xiàn)代收發(fā)器能夠支持新工業(yè)PC的設(shè)計(jì)和RS-232至RS-485/RS-422接口轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有RS-232設(shè)備（如傳統(tǒng)PC、儀表設(shè)備和工業(yè)機(jī)器）需要上述轉(zhuǎn)換器，以便連接至單一網(wǎng)絡(luò)或進(jìn)行遠(yuǎn)距離連接。

圖6顯示了一種雙協(xié)議收發(fā)器的電路圖。該器件包含兩個(gè)RS-232發(fā)送和接收通道以及一個(gè)全雙工RS-485收發(fā)器。請(qǐng)注意該收發(fā)器的直通式引腳分配，其一側(cè)是總線引腳，另一側(cè)是邏輯引腳。這允許輕松布置通向本地控制器的信號(hào)跡線，與傳統(tǒng)收發(fā)器相比有很大的優(yōu)勢(shì)（如圖3所示），因?yàn)閭鹘y(tǒng)收發(fā)器的引腳分配要求從總線到控制器側(cè)的信號(hào)跡線交叉，反之亦然。

當(dāng)獨(dú)立操作總線系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)RS-232端口可支持最大400kbps數(shù)據(jù)速率，且不會(huì)超過(guò)規(guī)定最大壓擺率。

RS-485允許通過(guò)/SLOW485引腳選擇20Mbps高速模式和115kbps壓擺率限制模式。在高速模式下，驅(qū)動(dòng)器輸出無(wú)壓擺率限制。這種模式僅應(yīng)在傳輸距離短于100英尺（30米）時(shí)使用。另外，高速模式還需要在電纜兩端使用終端電阻器，且電阻器的阻值必須匹配120Ω（RS-485電纜）或100Ω（五類線）的電纜特性阻抗。

現(xiàn)代收發(fā)器必須能在低供電電壓下高效工作，這是通過(guò)優(yōu)化電荷泵設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。圖6中的電荷泵可建立用于RS-232驅(qū)動(dòng)器的雙極電源（V+, V-），只需要四個(gè)小的0.1μF電容器。其中兩個(gè)電容器用于實(shí)際電荷泵操作，將初始3.3V 電壓（Vcc）轉(zhuǎn)換為+5V （ V+ ）和 -5.3V（V-）。另兩個(gè)電容器用于緩沖V+ 和 V-，以確保開(kāi)關(guān)操作期間為RS-232驅(qū)動(dòng)器提供充足的供電電流。

總收發(fā)器供電電流已經(jīng)小于4mA，通過(guò)使整個(gè)芯片進(jìn)入關(guān)斷模式還可以節(jié)省更多電能。這是通過(guò)將/SHDN引腳拉到邏輯低態(tài)而實(shí)現(xiàn)的。在關(guān)斷模式下，電荷泵停止工作，其余供電電流僅由流入邏輯輸入端的漏電流組成。因此，總漏電流取決于器件配置，但可低至40μA。

當(dāng)通過(guò)將/SHDN調(diào)到邏輯高態(tài)重新啟用器件時(shí)，電荷泵最多需要25微秒來(lái)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在此期間不能進(jìn)行RS-232通信。由于電荷泵不為RS-485收發(fā)器供電，RS-485通信可在/SHDN調(diào)到邏輯高態(tài)2微秒后開(kāi)始。這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于在所有工作模式下都需要使用電荷泵的傳統(tǒng)收發(fā)器。

多協(xié)議應(yīng)用

將一個(gè)RS-485和兩個(gè)RS-232收發(fā)器集成為一個(gè)IC，可極大提高工業(yè)PC接口設(shè)計(jì)的多用途性，因?yàn)檫@樣本地控制器可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)許多總線系統(tǒng)或充當(dāng)接口轉(zhuǎn)換器，如圖7所示。當(dāng)用作RS-232至RS-485轉(zhuǎn)換器時(shí)，通道1和/或通道2的RS-232信號(hào)可轉(zhuǎn)換為邏輯電平，然后通過(guò)RS-485總線發(fā)送。通過(guò)使用地址編碼，RS-485鏈路兩端的控制器能夠區(qū)分兩個(gè)RS-232數(shù)據(jù)流。

為通過(guò)遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路延長(zhǎng)兩個(gè)RS-232接口之間的數(shù)據(jù)鏈路，雙協(xié)議收發(fā)器配置為獨(dú)立的RS-232至RS-485轉(zhuǎn)換器。這種情況下需要兩個(gè)轉(zhuǎn)換器（電纜兩端各一個(gè)），以便將RS-485總線信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS-232數(shù)據(jù)，反之亦然。該配置比較簡(jiǎn)單，因?yàn)獒槍?duì)驅(qū)動(dòng)器和接收器的啟用輸入可通過(guò)固定導(dǎo)線連接至其各自的電壓軌，使收發(fā)器持續(xù)處于活躍狀態(tài)（圖8A）。

在全雙工RS-485總線上連網(wǎng)多個(gè)RS-232設(shè)備需要對(duì)從節(jié)點(diǎn)中的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輕微的配置變更。主節(jié)點(diǎn)（PC）中的驅(qū)動(dòng)器和接收器可一直保持活躍狀態(tài)，從節(jié)點(diǎn)中的接收器也同樣可以。但必須嚴(yán)密控制從節(jié)點(diǎn)中的接收器，以防有兩個(gè)或更多從節(jié)點(diǎn)同時(shí)訪問(wèn)總線。為此，需要使用第二個(gè)RS-232通道的驅(qū)動(dòng)器利用RTS流控制信號(hào)來(lái)啟用和禁用RS-485驅(qū)動(dòng)器（圖8B）。請(qǐng)注意，在轉(zhuǎn)換器內(nèi)部 ，RTS必須返回到控制器的CTS輸入。這稱為零調(diào)制解調(diào)器（null-modem）配置。

在半雙工RS-485總線上連網(wǎng)多個(gè)RS-232設(shè)備需要圖9A所示的配置。在此配置中，RTS信號(hào)負(fù)責(zé)控制驅(qū)動(dòng)器和接收器的啟用功能。所有節(jié)點(diǎn)（包括主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)）都需要此配置，因?yàn)榘腚p工總線一次只能沿一個(gè)方向發(fā)送數(shù)據(jù)。

在有些設(shè)備中，RTS和CTS控制信號(hào)可與待發(fā)送數(shù)據(jù)存在最大10毫秒的不同步。在此情況下，最好使啟用信號(hào)為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)式信號(hào)。這是通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器輸入（DI）和啟用引腳（DE485和 /RE485）之間實(shí)施逆變器功能而實(shí)現(xiàn)的。這會(huì)在DI = 邏輯低態(tài)時(shí)使收發(fā)器處于發(fā)送模式，在DI = 邏輯高態(tài)時(shí)處于接收模式。在接收模式下，驅(qū)動(dòng)器輸出具有高阻抗，低阻抗終端電阻器可將總線電壓減小至0V。由于RS-485接收器是完全防故障（full-failsafe）的器件，總線上的所有雙協(xié)議收發(fā)器會(huì)在接收器輸入端（RO）指示零總線電壓為邏輯高態(tài)。因此，在低態(tài)有效和高阻抗之間切換驅(qū)動(dòng)器輸出，仍然會(huì)在另一個(gè)接收器的輸出端產(chǎn)生從低到高的轉(zhuǎn)換。

總結(jié)

由于具有高集成度、同時(shí)支持RS-232和RS-485協(xié)議、可編程數(shù)據(jù)速率和省電配置等特性，現(xiàn)代雙協(xié)議收發(fā)器可簡(jiǎn)化工業(yè)接口的設(shè)計(jì)。為支持系統(tǒng)工程師的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，Intersil提供了廣泛的固定和可編程、單通道和雙通道、多協(xié)議收發(fā)器。