选择合适的RS-232收发器

本文旨在帮助设计工程师对RS-232接口产品中可用的各种功能进行分类。所描述的主要特性包括稳压电荷泵、自动关断、RS-232兼容与兼容操作、ESD保护以及包括兆波特操作在内的数据速率。

RS-232 背景

尽管开发了更新的数字接口标准，但不起眼的RS-232串行端口仍然是一种非常流行的数据传输方式。RS-232接口坚固且易于使用，仍然是要求更高、要求更高的数字接口的有吸引力的替代品。本应用笔记描述了主要特性，并帮助设计人员选择合适的RS-232收发器。需要考虑的因素包括：

电源要求

功耗/电池寿命功能（如自动关机）

速度（数据速率）

符合信号电平标准

增强型静电保护

隔离功能

包装尺寸

单电源RS-232收发器

RS-232标准要求低电平为+5V（最小值），高电平为-5V（最小值）。更高的电压摆幅可确保信号通过有损电缆传输到RS-232接收器后具有更大的抗噪性。早期的RS-232收发器（如MAX1488和MAX3185，至今仍在使用）需要双电源。大多数电路板都包括一个负电源，仅用于为这些设备供电。

1987年，Maxim推出首款单电源RS-232器件MAX232。MAX232（和其他单电源器件）包括两个电荷泵。第一个电荷泵将+5V加倍至约+10V，第二个电荷泵将+10V电荷泵输出反相至-10V。由于这些电荷泵未稳压，发送器的正负输出电压通常远低于+10V和-10V。电源压降的深度是发射器驱动的电缆电容和数据速率的函数。

MAX232迅速成为行业标准。许多电路板设计人员至今仍在使用MAX232，尽管单电源器件多年来经历了广泛的改进。了解新器件的特性将有助于设计工程师为应用选择最佳器件。

RS-232收发器采用低压单电源供电

随着电源电压从+5V降至+3.3V或更低，单电源RS-232收发器跟上了步伐。由3.0V至5.5V电压供电的收发器使用两个稳压电荷泵，而不是仅由+5V供电的器件中使用的非稳压类型。单个稳压电荷泵不会使输入电压加倍，而是将输入电压提升至约+5.4V。第二个稳压电荷泵将+5.4V电源反相至约-5.4V。这构成了显着的节能，因为驱动±5.4V与±10V电缆的容性负载所需的能量更少。一旦达到目标输出电压，就关闭（跳过周期）相应的电荷泵，从而进一步节省能源。

当设计工程师首次发现这些器件时，通常会出现有关抗噪性的问题。然而，这些器件的抗噪性非常出色，尽管随着电缆变长和容性负载增加，稳压电荷泵更努力地保持±5.4V输出。事实上，±5.4V输出在采用稳压电荷泵的器件中，使用更长的电缆和更高的数据速率可以更好地保持输出，而不是使用输出最初具有较高电压的非稳压电荷泵的器件。

Maxim还提供一系列RS-232收发器，工作电压低至2.35V。Maxim甚至具有两个超低功耗RS-232收发器，MAX218和MAX3218，它们使用电感和电容，允许采用+1.8V单电源供电。

通过自动关机技术延长电池寿命

许多RS-232收发器提供简单的关断功能，可通过对关断引脚施加逻辑电平来激活。由于大多数RS-232器件仅在短时间内使用，因此关断功能可以节省能源并增加便携式设备电池的运行时间。

其他RS-232器件集成了更高级的功能，称为自动关断，通常将关断电源电流限制在1uA。这些设备可以确定传输电缆是否连接到RS-232收发器。如果电缆未连接到RS-232收发器，则设备将进入关闭状态，直到检测到传输电缆的存在。配备自动关断功能的收发器监控其接收器输入端的RS-232信号，以确定电缆是否已连接。当没有电缆时，RS-232接收器输入端的信号约为0V。如果收发器检测到所有接收器输入都在-0.3V至+0.3V之间，大于30μS，则假定未连接有效的发送器电缆，并将自动将自身置于低功耗模式（关断）。如果接收器的任何一个输入超过+2.7V（即，只要重新连接电缆），该器件将自动退出关断状态。此功能可以通过强制打开或关闭设备的信号覆盖。参见图1。MAX3228E、MAX3229E和MAX3246E是具有自动关断功能的收发器的三个示例。

图1.RS-232收发器中集成的Autoshutdown Plus逻辑允许收发器在30秒间隔内检测到其发射器或接收器输入端的信号交易，就可以保持通电状态。否则，当信号之间的间隔大于 30 秒时，收发器会自动关断。施加到 FORCEON 和/FORCEOFF 输入的逻辑电平可打开和关闭器件的电源，覆盖由接收器和发射器输入信号活动控制的 Autoshutdown Plus 逻辑。

Autoshutdown Plus与Autoshutdown类似，因为它旨在通过在不使用RS-232设备时关闭RS-30设备来节省功耗。Autoshutdown Plus 会在电缆断开连接时关闭收发器，以及当电缆连接且 232 秒或更长时间未检测到数据边缘时。这样，无论电缆是否已连接，您都可以获得自动关机的好处。Autoshutdown-Plus 器件监控 RS-30 接收器输入和数字发射器输入的信号活动;如果在 1 秒内任何这些线路上没有活动，则会关闭。与自动关机一样，您可以使用覆盖自动关机加功能的引脚强制打开或关闭器件。参见图3238。MAX3380E、MAX3381E、MAX3226E、MAX3246E和MAX<>E是具有自动关断增强功能的五款收发器。

兼容与合规

为了符合RS-232规范，变送器需要提供±5V输出信号电平。要使RS-232接收器符合要求，其阈值必须为最大±3V。因此，这些器件以健康的±2V噪声容限工作。因此，可以侵蚀一定比例的裕量，同时仍保持准确的数据传输。当发射器输出电压范围较窄时，裕量会减小。当发射器输出最小为±3.7V时，它们被认为是兼容的，而不是兼容的RS-232输出。例如，如果用±232V电源为不包含电荷泵（因此更便宜、更小）的RS-5器件供电，则其输出电压不可能达到±5V。在这些条件下工作且发射器输出至少为±3.7V的设备被称为RS-232兼容而不是兼容。

增强型静电保护

所有RS-232器件的端子上都包含ESD保护结构，以防止在处理和组装过程中遇到的静电放电。一些制造商提供具有标准和增强保护的设备。由于标准和增强保护器件几乎总是具有相同的引脚配置，因此添加具有增强型ESD保护的器件通常不需要对现有印刷电路板进行任何修改。

某些应用要求RS-15和CMOS数字端子具有±232kV ESD保护。例如，为了降低成本和尺寸，手机本身不包含RS-232收发器。相反，CMOS级信号通过手机底部的连接器路由。如果手机所有者想要连接到笔记本电脑的RS-232端口，他或她将购买一根“数据块”电缆，其中包括RS-232收发器。在这种情况下，RS-232发射器和接收器的两侧都与连接器相连，使其面临更高的ESD风险。在这种情况下，可能需要在发射器和接收器的RS-232和CMOS侧扩展ESD保护。MAX3237E、MAX3380E和MAX3381E是适合此任务的三种收发器。

数据速率

最新的RS-232规范要求数据速率为20kbps或更低。尽管有这种限制，大多数RS-232收发器的数据速率远远超过该速度。事实上，今天的RS-232收发器可以达到1Mbps的速度。有关工作速率为2Mbps的收发器的示例，请参见图1。为了达到这样的速度，这些器件违反了另一个RS-232规范，即允许的最大发射器输出压摆率为30V/μs。RS-232规范要求发送器输出不超过此压摆率，从而减少快速边沿产生的噪声量。以高达1Mbps的速度运行的收发器的输出也受到压摆率限制，但压摆率超过RS-232规格。这些发射器的输出比低压摆率的发射器发出更高的噪声。这些设备的较快转换速率也带来了另一个问题，即与较慢设备的兼容性。如果能够每秒兆比特操作的部件高速传输数据，则电缆的另一端必须存在能够以相同速度运行的收发器。如果在电缆的另一端使用速度较慢的设备，则以较慢的数据速率运行可能会起作用，尽管不能保证。MAX3227E、MAX3245E和MAX3225E是三款能够实现1Mbps传输速率的收发器。

图2.上面的示波器照片显示了工作速率为 232Mbps 的 RS-1 接收器。

隔离式RS-232收发器

Maxim创造了MAX3250，这是一款+50V隔离式收发器，能够承受传输线意外短路至+24或+48V电源总线的损坏。MAX3250是光隔离收发器的低成本替代品。Maxim专有的隔离方法是无电感和无变压器，简化了EMI合规性。

包装尺寸

Maxim开发了世界上最小的RS-232接收器和发送器，采用微型SOT23-5封装。这些器件针对低功耗节省空间的应用进行了优化，关断电流低至 0.2uA。MAX3189E和MAX3190E是RS-232 SOT23-5发送器的优秀示例，具有低关断电流，与MAX3180E系列接收器相得益彰。

审核编辑：郭婷