原创 ADUM1201在隔离RS232中的应用

 2009-10-19 13:57  4902 5 5 分类: 通信

双通道数字式隔离器ADUM1201在RS232总线通信系统中的应用

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引言：

RS-232是PC机与工业通信中应用最广泛的一种串行接口。RS-232接口最初是由美国EIA（电子工业联合会）规定的用于计算机与终端设备之间通讯的一种标准，目前已被广泛的用于系统间的串行通信线路。

RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。这样由一对单向收发的信号线来实现全双工通信。

由于RS-232的典型应用是在系统间的通讯，因此在各系统间的隔离设计已经变的非常必要。隔离不仅可以保护器件免受总线上的高压危害，还可以消除总线上的接地回流，同时隔离还可以有效的减少系统间数据传输的误码与错误。

传统的RS232总线隔离方法是光耦合器技术，使用光束来隔离和保护检测电路以及在高压和低压电气环境之间提供一个安全接口。目前一般使用6N137光电隔离器件，以Toshiba公司的6N137为例，该器件工作电压为5V，最高速率10Mbps，工作温度一般为0℃到70℃，隔离电压2500Vrms，并且以DIP8型封装，每个芯片仅提供一个隔离通道。这些性能已经限制了6N137在更高要求的环境中应用。因此，ADI公司推出的新型双通道数字隔离器ADUM1201以其诸多优于光电隔离器件的性能优点，在RS232总线以及其他高要求情况下有着广泛的应用前景。

ADUM1201

ADUM1201基于ADI专利的iCoupler数字隔离器采用平面磁场专利隔离技术。iCoupler技术是一项专利隔离技术，它是基于芯片尺寸的变压器，而不是基于光电耦合器所采用的LED与光电二极管的组合。iCoupler技术由于取消了光电耦合器中的光电转换过程，并且采用了iCoupler变压器专利技术集成变压器驱动和接收电路，从而实现了光电隔离器无法比拟的性能优势。由于使用晶片级制造工艺直接在芯片上制造iCouple变压器，所以iCoupler通道比光电耦合器有效地实现通道之间的集成以及比较容易地实现其它半导体功能。

由于没有光电耦合器中影响效率的光电转换环节，所以iCoupler数字隔离器不需要驱动LED的外部电路，其功耗仅为光电耦合器的1/10到1/50。这种新的基于电磁的隔离方法，在抗高温影响方面远优于光耦合器，iCoupler数字隔离器在125℃高温环境下性能和可靠性并不下降，因此可以采用低成本，小体积的SOIC封装，这样不但降低了成本还减小了芯片的体积。另外，iCoupler数字隔离器的隔离通道具有比光电耦合器更高的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力。其额定隔离电压是高隔离度光电耦合器的2倍，并且数据传输速率和时序精度是其10倍。此外，与光电耦合器不同的是，多通道iCoupler数字隔离器能在同一芯片内提供正向和反向通信通道，这样就可以使得信号的传输方向更加灵活，简化了芯片间的硬件连接线路。

由于基于iCoupler技术，所以ADUM1201具有诸多优于光电隔离器的优点：

●速度更高最高速率可以达到125Mbps。

●功耗更低功耗低于同数据传输率时传统光电隔离器的1/10，最小工作电流0.8mA。

●性能更高时序精度，瞬态共模抑制力，通道间匹配程度均优于传统光电隔离器。

●体积更小集成度更高，印制电路板（PCB）面积为传统光电隔离器的40％。

●应用更灵活与传统光电耦合器不同的是，多通道iCoupler数字隔离器能在同一芯片内提供正向和反向通信通道。

ADUM1201所隔离的两端有各自的电源和参考地，电源电压范围在2.7V到5.5V之间，这样可以实现低电压供电，从而进一步降低系统功耗。电源和参考地之间需要接入0.01μF到0.1μF电容，以滤除高频干扰，电容和电源之间的距离应该在20mm以内，这样可以达到更好的滤波效果。由于两个隔离通道高度匹配，通道间串扰很小，并且采用两通道输入输出反向设计，非常适合RS232总线双向收发的特性，大大简化可隔离器与所隔离两端的硬件连接。需要注意的是GND1与GND2是两个不同的参考地，否则将达不到隔离的效果。

另外需要注意的是ADUM1201正常工作时，两端的供电源需要同时上电才能保证ADUM1201两通道都能正常工作，如果有一个没有上电就能导致整个芯片无法正常工作.

在RS232总线通信中，双通道数字式隔离器ADUM1201用来实现控制器和RS232收发器之间的电气隔离，以到达更好的抗干扰性能。一般放在微控制器和RS232收发器之间，以实现系统间的隔离。

下图是ADUM1201在RS232总线隔离中的典型应用电路图：

图1 ADUM1201典型应用电路图

其中VDD1和VDD2两端电源均兼容3.3V/5V.这样不仅可以实现低电压供电，从而进一步降低系统功耗；而且可以实现输入输出信号的电平转换。VDD1与VDD2之间的电源隔离，我们采用的是DC/DC电源隔离模块。RXD、TXD连接的是微控器（MCU）

的UART。

ADUM5241

ADuM5241是基于ADI公司专利iCoupler技术的双通道数字隔离器，内部集成了50mW低功耗芯片级尺寸的DC-DC隔离电源，输出5V，10mA。DC-DC隔离电源采用了ADI专利的isopower技术，两个信号隔离通道都是采用ADI公司的iCoupler磁耦隔离技术，真正实现了单芯片封装中的完全隔离。

ADuM5241提供了两个独立的隔离通道，5V工作电压，还可配合其他iCoupler器件实现更多通道的隔离组合。

ADUM5241可直接用于RS232的隔离，其典型应用电路图如下：

图2 ADUM5241典型应用电路图

其内部集成一个5V-5V的内部DC/DC隔离电源，当VDD1输入一个5V的外接电源时，VISO会输出一个+5V/10mA的电压。可以为后端的RS232收发器供电；但当前端输入3.3V电压的时候，内部DC/DC隔离电源则不工作，后端的VISO需另外接电源供电。

当我们一个系统需要多个外接串口的时候，用ADUM5241与ADUM1201配合使用，无论从成本上，还是从应用上都是最佳选择。

ADM3251E

ADM3251E是一款高速、单通道RS-232收发器，采用单电源供电。这款器件非常适于工作在苛刻的电气环境，或频繁插拔RS-232电缆的环境中。

ADM3251E集成了双通道数字隔离器以及isoPower集成隔离电源。由于内置ADI公司iCoupler?技术的芯片级DC-DC转换器，因此无需外部分立的隔离DC-DC转换器。

ADM3251E的典型应用电路图如下（图3），图中的插针1、2可直接连接MCU的UART，C1、C2是ADM3251E的两个去耦电容，VISO 可实现5V的稳定输出，前端的VCC兼容3V/5V工作电压（3V工作时，内部DC/DC不工作，需双端供电）。ADM3251E的高集成度使得原来复杂的多分立器件RS232系统，真正的可以单个芯片实现，不仅节约了PCB面积，而且降低了研发成本，可以说是工业RS232接口的首选。

图3 ADM3251E典型应用电路图

小结

隔离芯片ADUM1201处于系统的中间，做各系统间的电气隔离，它比传统的光电隔离具有更好的性能，ADUM1201消除了传统光电隔离器不确定的传输速率，非线性的传输函数，以及温度和寿命对器件的影响，不需要其他的驱动和分立元件，提供了更加稳定的转化性能，而且在相同的信号传输速率下功耗只有光电隔离器的1/10到1/6。由图1可见，ADUM1201以单一芯片实现了RS232系统之间的电气隔离，而且ADUM1201采用双转化通道，两通道方向相反的特殊结构，非常适合于CAN总线信号的传输，大大简化了系统的硬件结构，同时，由一个隔离芯片代替以往的两个，大大增加了通道间的匹配程度，使系统获得更好的隔离性能。