原创 RS232、RS485、CAN总线隔离方案[转]

串行通信总线 <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

RS-232(EIA232)和RS(EIA/TIA485)规约只规定了物理层，从而信号协议允许由用户来定义，或者按照规定在物理层使用它们的其它标准来定义。另外，CAN总线规定了物理层和数据链路层。 

RS-232总线

RS-232总线标准是最常见的串行通信总线标准之一，最初制定于1962年，用于计算机和调制解调器之间的通信。它目前仍广泛用作系统间的通信链路，其简易、灵活性以及长期的成功使用决定了它的继续流行。它适合于点对点通信，采用两根具有接地参考信号的专用非平衡的单端线可提供全双工通信。 

一般在高噪声数据通信、工业/电信诊断端口等方面的应用中，都要涉及到RS232隔离。而我们传统的RS232隔离一般要包括电源隔离和信号隔离两部分，如图5所示为我们用光电隔离（6N137）的常用方案。

                              图5 传统RS232隔离（光电）方案

而采用磁耦数字隔离器方案，则简单方便的多，我们可以直接选用ADM3251E来替代复杂的光电隔离电路，ADM3251E内部集成了DC-DC电源隔离和信号隔离。这样无论从体积上，还是性能上都优于传统的光电隔离。如图6所示：

RS-485总线

规定RS-485标准用来驱动多达32对驱动器和接收器。其通用性和驱动长4000 m电缆的能力使得它常用于各种应用，尤其是远距离的系统之间互连。小型计算机系统接口(SCSI)和PROFIBUS协议都采用RS-485标准用于通信。 

在RS-485通讯总线中，由于实际应用现场的环境十分复杂，往往存在着高电压、大电流的危害，所以隔离是十分必要的，同样我们RS-485的隔离也是由电源隔离与信号隔离两部分组成的。传统的光电隔离RS-485方案如图8所示：

而采用磁耦数字隔离器方案，则简单方便的多，我们可以直接选用ADM2483来替代复杂的光电隔离电路，ADM3251E内部集成了一个三通道的信号隔离器。这样无论从体积上，还是性能上都优于传统的光电隔离。如图9所示：

CAN总线

CAN总线标准，最初是为汽车应用开发的，它规定了一种2线串行通信协议，允许高达1 Mbps的数据速率、多达30个结点和40米的最大电缆长度。

同样在CAN总线的隔离中我们以双通道数字隔离器ADUM1201来替代两个6N137，经过实际测试显示，采用磁耦数字隔离器ADUM1201的隔离方案，不仅简化了电路，省去了光隔的分立元件。而且隔离效果也远远优于光隔方案。图10为光隔与磁隔的实际效果对比图：

         图10-1 光耦隔离（6N137）效果图        图10-2 磁耦隔离（ADUM1201）效果图

像使用RS-232和RS-485总线一样，数字隔离器不支持CAN总线标准，所以它们不能用在收发器和电缆之间，而只能用在收发器和本地CAN控制器之间，采用3 V或5 V的逻辑电平。因为iCoupler隔离器的输入电路和输出电路彼此是电隔离的，隔离系统和电缆的一种简单的方法是将其置于处理器和收发器之间。为了完成这种隔离通常用一种带隔离的DC/DC变换器给该隔离器和收发器供电。。iCoupler数字隔离器和带隔离的电源的组合用法，如图11所示，避免了接地环路问题并且提供了有效的保护以防止浪涌破坏。

关于iCoupler 

基于iCoupler工艺的数字隔离器在集成度、性能、功耗、易用性和可靠性方面都要优于光耦合器。ICoupler器件是配套齐全的器件，除了常用的旁路电容以外无需外部元件；它们通常以较高的数据速率(达100 Mbps)和较短的传播延迟(18 ns)比较快速地工作；其功耗(从5 mW@1 Mbps～22 mW@25 Mbps)只有同类光耦合器的1/70～1/5，可以忽略不计对相邻元件的发热量；其使用方法与标准的数字CMOS器件一样；它们可以在较高温度下工作——传播延迟基本上不受温度影响；而且它们还具有延长的工作寿命，不存在LED的耗坏问题。它们还通过了类似高质量光耦合器的安全认证。目前可提供的iCoupler器件具有2.5 kV rms额定隔离度(稳定状态下为400 V rms)，具有提高50％以上的未来发展前景。