RS-232收发器接口芯片的原理及应用

    １　概述

ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ是ＳＩＰＥＸ公司生产的ＲＳ－２３２收发器，它支持ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２和ＩＴＵ－Ｔ Ｖ．２８／Ｖ．２４通信协议，适用于便携式设备使用（如笔记本电脑及ＰＤＡ）。ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ内有一个高效电荷泵，可在单＋３．０Ｖ～＋５．５Ｖ电源下产生±５．５Ｖ的ＲＳ－２３２电平，该技术已申请了美国专利（专利号为Ｕ．Ｓ．－－５３０６９５４）。满负载时，ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件可工作于２３５ｋｂｐｓ的数据传输率。３．３Ｖ时仅需０．１μＦ的电容。ＳＰ３２２３Ｅ是一个双驱动器／双接收器芯片，ＳＰ３２４３Ｅ则是一个三驱动器／五接收器芯片，是笔记本电脑或ＰＤＡ的理想器件。ＳＰ３２４３Ｅ 包含一个总是处于激活状态的补充接收器，可在关断状态下监控外设（如调制解调器）。由于具有自动上线特性，因此，当其与一个相关外设之间接上ＲＳ－２３２电缆并处于工作状态下时，设备会自动醒来。否则，如果电流不足１ｍＡ，设备会自动关断。

ＳＰ３２４３Ｅ包含一个补充接收器，当电源断开时，该接收器可保护ＵＡＲＴ或串行控制器芯片。ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ是敏感电源设计的理想选择。ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ的自动上线电路减少了电源电流降到１ｍＡ以下的可能性。在大多数便携式应用场合，ＲＳ－２３２电缆可被断开或是将外设关闭。在上述情况下，其内部的电荷泵和驱动器也会被关闭。否则系统会自动上线工作。这样，设计人员就可在不改变主要设计的情况下节省电源损耗。

ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ的主要特点如下：

●在＋３．５Ｖ～＋５．５Ｖ单电源下符合ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２－Ｆ标准。

●可十分方便地在ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２标准下使用，而且在ＥＩＡ／ＴＩＡ－５６２标准下使用时，其电源可降至＋２．７Ｖ。

●在睡眠状态下，当关断电流达到１μＡ时，自动上线电路会被唤醒。

●有负载时的最小数据传输率为１２０ｋＢ／ｓ。

●尽管电源范围波动，由于电荷泵可调，ＲＳ－２３２输出仍较稳定。

●带有以下ＥＳＤ防护功能：

＋１５ｋＶ人体模式；

＋１５ｋＶ ＩＥＣ１０００－４－２ 空间放电；

＋８ｋＶ ＩＥＣ１０００－４－２ 接触放电。
    ２ ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ的引脚说明

ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ有ＤＩＰ、ＳＳＯＰ、ＳＯＩＣ、ＴＳＳＯＰ等几种不同的封装形式，图１为ＤＩＰ封装的管脚排列。

    ３　结构原理

ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ系列器件内部由驱动器、收发器、ＳＩＰＥＸ专有电荷泵、自动上线电路四个基本电路块组成。

３．１ 驱动器

驱动器实际上是一个反转电平发送器，可用于把ＴＴＬ或ＣＭＯＳ逻辑电平转换成５．０Ｖ ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２电平，以使其与输入的逻辑电平正好相反。该驱动器遵从ＥＩＡ－ＴＩＡ－２３２Ｆ 和所有以前版本的ＲＳ－２３２协议。[page]

驱动器可工作在数据传输率为２３５ｋｂｐｓ的情况下。在３ｋΩ负载与１０００ｐＦ电容并联的满负荷情况下，其数据传输率为１２０ｋｂｐｓ，并可保证ＰＣ—ＰＣ之间通信软件的协调性。驱动器的输出变化率被内部限制为最大不超过３０Ｖ／ｍｓ，以符合ＥＩＡ标准(ＥＩＡ ＲＳ－２３２Ｄ ２．１．７第５段)。实际上，负载输出从高电平变为低电平也符合此标准。

３．２ 接收器

接收器可将±５．０Ｖ的ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２电平转换为ＴＴＬ或ＣＭＯＳ逻辑输出电平。所有接收器的反转输出都可通过ＥＮ引脚被禁止。当自动上线电路有效或系统为关闭状态时，接收器处于激活状态。当系统关闭时，接收器始终处于激活状态。如果接收器在超过１００μｓ的时间里没有参与任何活动或是ＳＨＵＴＤＯＷＮ为低电平，芯片会进入待命状态，此时电流会降到１μＡ以下。驱动ＥＮ上的逻辑高电平可使接收器输出端进入高阻状态。

由于经过了电缆线和系统接口的衰减，接收器输入的信号有一个典型值为３００ｍＶ的滞后区域。这一特性可确保接收器免于噪声干扰。设计时，一个输入端应悬空，内置的限流电阻应接地，接收器的输出端应为高电平。

３．３ 电荷泵

电荷泵是ＳＩＰＥＸ公司的专利技术(专利号Ｕ.Ｓ.５,３０６,９５４) ，与过去不成熟的设计相比，它采用了独一无二的新技术，该电荷泵需要四只外接电容，它使用四相电压变换技术来获取对称５．５Ｖ电源。内部电源由可调电荷泵组成，可提供５．５Ｖ输出电压。

电荷泵使用的一只内部振荡器通常工作在离散方式下。输出电压不足５．５Ｖ时将启动电荷泵。如果输出电压超过５．５Ｖ, 电荷泵将停止工作。其内部的振荡器主要用于控制四相电压的变化。

３．４ 自动上线电路

ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件可在关闭期间通过板上自动上线电路节约能量，可应用在笔记本电脑、掌上电脑ＰＤＡ和其他便携式系统中。通过ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件内置的自动上线电路，器件可在外部发送器打开和接上电缆后自动处于工作状态。另一方面，当器件未被使用并进入待机状态，且电流降至１μＡ以下时，自动上线电路会使大多数内部电路处于无效状态。这项功能也可通过ＯＮＬＩＮＥ引脚为逻辑低电平时激活自动上线功能来控制。一旦该功能被激活，器件将处于有效状态直至接收器输入端无任何活动。接收器输入端至少有±３Ｖ的电压可由电缆另一端的至少为±５Ｖ的发送器产生。当外部发送器为无效或电缆断开后，接收器输入将被内部５ｋΩ电阻下拉接地。而当超过一定时期后，内部发送器将无效，器件进入关闭或待机状态。当ＯＮＬＩＮＥ为高电平时，自动上线方式无效。

    ４　典型应用电路

图２所示是由微处理器监控电路控制的接口电路。该电路主要通过ＳＰ３２４３Ｅ来实现，它既可以将接收到的ＲＳ－２３２电平转换为ＴＴＬ／ＣＭＯＳ电平，也可以将准备发送的ＴＴＬ／ＣＭＯＳ电平转换为ＲＳ－２３２电平。需要说明的是：当ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ器件被关闭后，器件中的电荷泵也会被关闭。此时，电荷泵的输出Ｖ＋会被衰减为ＶＣＣ而输出Ｖ－则衰减为ＧＮＤ。衰减时间可根据电荷泵使用的电容器的大小来决定。电路关闭时，退出关闭状态并拥有有效的Ｖ＋和Ｖ－所需的时间大约为２０μｓ。

在简单的程序中，ＳＴＡＴＵＳ可用于表示ＤＴＲ或用作环路指示器的指示信号。将ＯＮＬＩＮＥ和ＳＨＵＴ-ＤＯＷＮ连在一起可避开自动在线电路。这实际上类似于一个关闭输入引脚。