惡劣環(huán)境下隔離型串行通訊接口的應(yīng)用

摘要：文章介紹一種隔離供電專用器件MAX253，闡明了隔離供電技術(shù)應(yīng)用的原因、原理。并結(jié)合惡劣環(huán)境下串行通信接口RS-485的應(yīng)用，詳細闡述了隔離型數(shù)據(jù)接口在抗惡劣環(huán)境下的應(yīng)用原理及實用技巧。
關(guān)鍵詞：隔離供電；串行通信接口；隔離型數(shù)據(jù)接口

0 概述
眾所周知，在惡劣環(huán)境下，且對通信質(zhì)量的要求較高時，為確保信息在通信過程中的質(zhì)量，降低誤碼率，人們通常都要采用隔離技術(shù)。這種隔離不僅包括通信線路隔離，而且還包括供電系統(tǒng)的隔離。這里僅就解決供電系統(tǒng)的隔離機理和方法進行探討。
所謂供電系統(tǒng)的隔離就是將來自供電系統(tǒng)的干擾排除或消化在輸入電路之前(如可以將其轉(zhuǎn)變成電流信號，然后轉(zhuǎn)化成熱量消耗掉)，從而達到保證通信信息質(zhì)量的目的。
電源本身的通／斷、電壓波動、強的環(huán)境噪聲等都會形成供電系統(tǒng)的干擾，其形式表現(xiàn)為在線脈沖。試驗結(jié)果表明，一個峰值為30A的ESD(靜電放電)脈沖在地線上會產(chǎn)生幾十毫伏的電阻壓降，但是它陡峭的上升時間(30A／ns)可以在同樣的線路上(假設(shè)線電感為1nH／cm)產(chǎn)生高達幾百伏的感應(yīng)電壓，這足以導(dǎo)致錯誤數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，如此高的頻率將產(chǎn)生集膚效應(yīng)，使線電阻顯著增加。為了抵消這種效應(yīng)，需要采用大面積接地以獲得低阻特性。此外，快速上升脈沖將產(chǎn)生FTB(快速瞬變)和ESD干擾，通過電容耦合到低噪聲區(qū)域。在解決這個問題時，經(jīng)常有人錯誤地在主電源變壓器上增加額外的繞組來提供一個隔離的電源，這種方法只能導(dǎo)致干擾進一步擴散，使整個電路受到影響。
由于信號電路無法承受千伏級電壓，這種干擾可以被地回路電流引入接口并流過整個電路，一般需要電流隔離。在連接線較長或地回路電流較大的上業(yè)系統(tǒng)中，隔離是一種行之有效的辦法。
專用隔離供電芯片MAX253與串行通信接口RS485配套使用，可為RS485隔離數(shù)據(jù)通信接口提供良好的隔離電源，使其工作更加穩(wěn)定可靠。

1 隔離供電專用器件MAX253簡介
MAX253是一種集振蕩器／電源一驅(qū)動器于一體的單片集成開關(guān)電源器件。其內(nèi)部主要由一個CMOS震蕩器與一個N溝道功率開關(guān)管組成，振蕩器具有可供選擇的兩個振蕩頻率以便提供兩種不同的供電電流，振蕩器再驅(qū)動觸發(fā)器產(chǎn)生占空比50％的方波加到功率開關(guān)管，使兩個開關(guān)管交替工作，并且由于存在內(nèi)部延遲而使一個功率開關(guān)管關(guān)斷前另一個功率開關(guān)管已經(jīng)導(dǎo)通。它的輸出端連接具有中心抽頭的變壓器原邊，該抽頭連接+5V或+3．3V電源，變壓器的副邊即可提供所需的隔離電源，功率可達1瓦的5V電壓，或者0．6瓦的3．3V電壓。MAX253的工作原理如圖1，芯片引腳封裝定義如圖2所示。