RS-232收發(fā)器接口芯片SP3223E／3243E的原理及應(yīng)用

    關(guān)鍵詞：電荷泵；自動(dòng)上線；驅(qū)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(shè)備使用（如筆記本電腦及ＰＤＡ）。ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ內(nèi)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(qǐng)了美國專利（專利號(hào)為Ｕ．Ｓ．－－５?３０６?９５４）。滿負(fù)載時(shí)，ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件可工作于２３５ｋｂｐｓ的數(shù)據(jù)傳輸率。３．３Ｖ時(shí)僅需０．１μＦ的電容。ＳＰ３２２３Ｅ是一個(gè)雙驅(qū)動(dòng)器／雙接收器芯片，ＳＰ３２４３Ｅ則是一個(gè)三驅(qū)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(bǔ)充接收器，可在關(guān)斷狀態(tài)下監(jiān)控外設(shè)（如調(diào)制解調(diào)器）。由于具有自動(dòng)上線特性，因此，當(dāng)其與一個(gè)相關(guān)外設(shè)之間接上ＲＳ－２３２電纜并處于工作狀態(tài)下時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)醒來。否則，如果電流不足１ｍＡ，設(shè)備會(huì)自動(dòng)關(guān)斷。

ＳＰ３２４３Ｅ包含一個(gè)補(bǔ)充接收器，當(dāng)電源斷開時(shí)，該接收器可保護(hù)ＵＡＲＴ或串行控制器芯片。ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ是敏感電源設(shè)計(jì)的理想選擇。ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ的自動(dòng)上線電路減少了電源電流降到１ｍＡ以下的可能性。在大多數(shù)便攜式應(yīng)用場(chǎng)合，ＲＳ－２３２電纜可被斷開或是將外設(shè)關(guān)閉。在上述情況下，其內(nèi)部的電荷泵和驅(qū)動(dòng)器也會(huì)被關(guān)閉。否則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)上線工作。這樣，設(shè)計(jì)人員就可在不改變主要設(shè)計(jì)的情況下節(jié)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(biāo)準(zhǔn)。

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

●在睡眠狀態(tài)下，當(dāng)關(guān)斷電流達(dá)到１μＡ?xí)r，自動(dòng)上線電路會(huì)被喚醒。

●有負(fù)載時(shí)的最小數(shù)據(jù)傳輸率為１２０ｋＢ／ｓ。

●盡管電源范圍波動(dòng)，由于電荷泵可調(diào)，ＲＳ－２３２輸出仍較穩(wěn)定。

●帶有以下ＥＳＤ防護(hù)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(jié)構(gòu)原理

ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ系列器件內(nèi)部由驅(qū)動(dòng)器、收發(fā)器、ＳＩＰＥＸ專有電荷泵、自動(dòng)上線電路四個(gè)基本電路塊組成。

３．１ 驅(qū)動(dòng)器

驅(qū)動(dòng)器實(shí)際上是一個(gè)反轉(zhuǎn)電平發(fā)送器，可用于把ＴＴＬ或ＣＭＯＳ邏輯電平轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)器遵從ＥＩＡ－ＴＩＡ－２３２Ｆ 和所有以前版本的ＲＳ－２３２協(xié)議。

驅(qū)動(dòng)器可工作在數(shù)據(jù)傳輸率為２３５ｋｂｐｓ的情況下。在３ｋΩ負(fù)載與１０００ｐＦ電容并聯(lián)的滿負(fù)荷情況下，其數(shù)據(jù)傳輸率為１２０ｋｂｐｓ，并可保證ＰＣ—ＰＣ之間通信軟件的協(xié)調(diào)性。驅(qū)動(dòng)器的輸出變化率被內(nèi)部限制為最大不超過３０Ｖ／ｍｓ，以符合ＥＩＡ標(biāo)準(zhǔn)(ＥＩＡ ＲＳ－２３２Ｄ ２．１．７?第５段)。實(shí)際上，負(fù)載輸出從高電平變?yōu)榈碗娖揭卜洗藰?biāo)準(zhǔn)。

３．２ 接收器

接收器可將±５．０Ｖ的ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２電平轉(zhuǎn)換為ＴＴＬ或ＣＭＯＳ邏輯輸出電平。所有接收器的反轉(zhuǎn)輸出都可通過ＥＮ引腳被禁止。當(dāng)自動(dòng)上線電路有效或系統(tǒng)為關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，接收器處于激活狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)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１００μｓ的時(shí)間里沒有參與任何活動(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(qū)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)過了電纜線和系統(tǒng)接口的衰減，接收器輸入的信號(hào)有一個(gè)典型值為３００ｍＶ的滯后區(qū)域。這一特性可確保接收器免于噪聲干擾。設(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)輸入端應(yīng)懸空，內(nèi)置的限流電阻應(yīng)接地，接收器的輸出端應(yīng)為高電平。

３．３ 電荷泵

電荷泵是ＳＩＰＥＸ公司的專利技術(shù)(專利號(hào)Ｕ.Ｓ.５,３０６,９５４) ，與過去不成熟的設(shè)計(jì)相比，它采用了獨(dú)一無二的新技術(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)來獲取對(duì)稱５．５Ｖ電源。內(nèi)部電源由可調(diào)電荷泵組成，可提供５．５Ｖ輸出電壓。

    電荷泵使用的一只內(nèi)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５．５Ｖ, 電荷泵將停止工作。其內(nèi)部的振蕩器主要用于控制四相電壓的變化。

３．４ 自動(dòng)上線電路

ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件可在關(guān)閉期間通過板上自動(dòng)上線電路節(jié)約能量，可應(yīng)用在筆記本電腦、掌上電腦?ＰＤＡ?和其他便攜式系統(tǒng)中。通過ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件內(nèi)置的自動(dòng)上線電路，器件可在外部發(fā)送器打開和接上電纜后自動(dòng)處于工作狀態(tài)。另一方面，當(dāng)器件未被使用并進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，且電流降至１μＡ以下時(shí)，自動(dòng)上線電路會(huì)使大多數(shù)內(nèi)部電路處于無效狀態(tài)。這項(xiàng)功能也可通過ＯＮＬＩＮＥ引腳為邏輯低電平時(shí)激活自動(dòng)上線功能來控制。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(dāng)外部發(fā)送器為無效或電纜斷開后，接收器輸入將被內(nèi)部５ｋΩ電阻下拉接地。而當(dāng)超過一定時(shí)期后，內(nèi)部發(fā)送器將無效，器件進(jìn)入關(guān)閉或待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)ＯＮＬＩＮＥ為高電平時(shí)，自動(dòng)上線方式無效。

４　典型應(yīng)用電路

圖２所示是由微處理器監(jiān)控電路控制的接口電路。該電路主要通過ＳＰ３２４３Ｅ來實(shí)現(xiàn)，它既可以將接收到的ＲＳ－２３２電平轉(zhuǎn)換為ＴＴＬ／ＣＭＯＳ電平，也可以將準(zhǔn)備發(fā)送的ＴＴＬ／ＣＭＯＳ電平轉(zhuǎn)換為ＲＳ－２３２電平。需要說明的是：當(dāng)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(jù)電荷泵使用的電容器的大小來決定。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(hào)。將ＯＮＬＩＮＥ和ＳＨＵＴ-ＤＯＷＮ連在一起可避開自動(dòng)在線電路。這實(shí)際上類似于一個(gè)關(guān)閉輸入引腳。