ADM2582E/ADM2587E-完全集成式隔離數(shù)據(jù)收發(fā)器

本文主要簡(jiǎn)單介紹RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)，以及比較幾種常見的RS-485電路，并重點(diǎn)介紹美國(guó)模擬器公司（ADI）最新量產(chǎn)的具備±15 kV ESD保護(hù)功能的完全集成式隔離數(shù)據(jù)收發(fā)器ADM2582E/ADM2587E，一個(gè)集成隔離DC/DC電源，適合用于多點(diǎn)傳輸線路上的高速通信應(yīng)用的數(shù)據(jù)收發(fā)器。

1.引言

隨著現(xiàn)代化社會(huì)生活的迅速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化的程度越來越高。在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域中，也常常使用簡(jiǎn)便易用的串行通訊方式作為數(shù)據(jù)交換的手段。但是，在工業(yè)控制等環(huán)境中，常會(huì)有電氣噪聲干擾傳輸線路，使用RS-232通訊時(shí)經(jīng)常因外界的電氣干擾而導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤；另外，RS-232通訊的最大傳輸距離在不增加緩沖器的情況下只可以達(dá)到15 米。為了解決上述問題，RS-485標(biāo)準(zhǔn)通常被用作為一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)、具有相當(dāng)高噪聲抑制、相對(duì)高的傳輸速率、傳輸距離遠(yuǎn)、寬共模范圍的通信平臺(tái)。 RS-485標(biāo)準(zhǔn)采用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅(qū)動(dòng)總線。因?yàn)镽S-485的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)（256個(gè)）以及傳輸線成本低的特性，是EIA RS-485稱為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。ADI公司的ADM2582E/ADM2587E器件針對(duì)均衡的傳輸線路而設(shè)計(jì)，符合ANSI/TIA/EIA RS-485-A-98和ISO 8482:1987(E)標(biāo)準(zhǔn)。它采用ADI公司的iCoupler?技術(shù)，在單個(gè)封裝內(nèi)集成了一個(gè)三通道隔離器、一個(gè)三態(tài)差分線路驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)差分輸入接收機(jī)和一個(gè)isoPower DC/DC轉(zhuǎn)換器。該器件采用5V或3.3V單電源供電，從而實(shí)現(xiàn)了完全隔離的RS-485解決方案。

2．RS-485 標(biāo)準(zhǔn)介紹

電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）于1983 年制訂并發(fā)布RS-485標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)通訊工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）修訂后命名為TIA/EIA-485-A，習(xí)慣地稱之為RS-485標(biāo)準(zhǔn)。RS-485標(biāo)準(zhǔn)是為彌補(bǔ)RS-232通信距離短、速率低等缺點(diǎn)而產(chǎn)生的。RS-485標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應(yīng)用層通信協(xié)議。RS-485標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式（Differential Driver Mode），也稱作平衡傳輸，RS-485標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離約為1219 米。通常，RS-485網(wǎng)絡(luò)采用平衡雙絞線作為傳輸媒體，平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比。在這里尤為注意并不是所有的RS-485收發(fā)器都能夠支持高達(dá)10Mbps的通訊速率。如果采用光電隔離方式，則通訊速率一般還會(huì)受到光電隔離器件響應(yīng)速度的限制。

3． 幾種典型的RS485電路設(shè)計(jì)

(1)、傳統(tǒng)的RS485電路

作為一種常用的通訊接口器件，RS-485/RS-422 芯片可以在許多半導(dǎo)體公司中找到對(duì)應(yīng)的型號(hào)，比如ADI 公司（器件前綴為ADM）。大部分工業(yè)RS-485總線的客戶應(yīng)用如下的電路連接方式如圖1所示，其485電路主要由2或3個(gè)快速光耦，RS-485收發(fā)器件以及隔離電源模塊組成，優(yōu)點(diǎn)是連接簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是用的器件較多，占用的PCB面積大，而且光電耦合器的在速度限制、功耗以及LED老化上受到限制。

圖1 ADM487E典型應(yīng)用電路

(2)、帶隔離的增強(qiáng)型RS-485電路

磁耦隔離iCoupler技術(shù)，是由ADI公司設(shè)計(jì)開發(fā)的一項(xiàng)適合高壓環(huán)境的隔離電路的專利技術(shù)，而非傳統(tǒng)的基于光電耦合器所采用的發(fā)光二極管（LED）與光敏三極管結(jié)合，因采用了高速的iCOMS工藝，因此在功耗、體積、集成度、速度等各方面都優(yōu)于光耦。同時(shí)能滿足醫(yī)用設(shè)備高電壓工業(yè)應(yīng)用、電源以及其它高隔離度環(huán)境的嚴(yán)格隔離要求，非常適合在各種工業(yè)上的應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器接口、各種總線隔離以及其它多通道隔離應(yīng)用。

ADM2483是帶隔離的增強(qiáng)型RS-485 收發(fā)器，其內(nèi)部框圖如圖2所示，它包括一個(gè)三通道隔離器、一個(gè)帶三態(tài)輸出的差分驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)帶三態(tài)輸入的差分接收器。1/8 單位負(fù)載的接收器輸入阻抗可允許多達(dá)256 個(gè)收發(fā)器接入總線，最高傳輸速率可達(dá)500Kbps。邏輯端兼容3V/5V 工作電源，總線端5V 供電。

ADM2483與其它RS-485 接口芯片相比，集成了磁隔離技術(shù)，僅需要一個(gè)外部的DC/DC電源即可。ADM2483應(yīng)用電路如圖3所示，本電路僅供參考，若遇特殊應(yīng)用，為了設(shè)備及系統(tǒng)安全，可以選擇相應(yīng)的其它保護(hù)措施，如TVS 等等。

圖2 ADM2483功能內(nèi)部框圖

圖3 ADM2483BRW典型應(yīng)用電路

(3)、完全集成式隔離數(shù)據(jù)收發(fā)器

(a)、功能介紹

ADM2582E/ADM2587E包含一個(gè)集成式隔離DC/DC電源，不再需要外部隔離電源模塊，是帶隔離的增強(qiáng)型RS-485收發(fā)器，ADM2582E/ADM2587E是具備±15 kV ESD保護(hù)功能的完全集成式隔離數(shù)據(jù)收發(fā)器，適合用于多點(diǎn)傳輸線路上的高速通信應(yīng)用。它采用ADI公司的isoPowerTM技術(shù)，在單個(gè)封裝內(nèi)集成了一個(gè)三通道隔離器、一個(gè)三態(tài)差分線路驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)差分輸入接收機(jī)和一個(gè)isoPowerTM DC/DC轉(zhuǎn)換器， 其內(nèi)部框圖如圖4所示，該器件采用5V或3.3V單電源供電，從而實(shí)現(xiàn)了完全隔離的RS-485解決方案。ADM2582E/ADM2587E驅(qū)動(dòng)器帶有一個(gè)高電平有效使能電路，并且還提供一個(gè)高電平接收機(jī)有效禁用電路，可使接收機(jī)輸出進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。

圖4 ADM2582E/ADM2587E 功能內(nèi)部框圖

(b)、ADM2587E典型應(yīng)用電路

ADM2582E/ADM2587E采用isoPower?集成式隔離DC/DC技術(shù)，是一款隔離的RS-485/RS-422收發(fā)器，可配置成半雙工或全雙工模式，通信速率分別為數(shù)據(jù)速率：16 Mbps/500kbps，采用20引腳寬體SOIC封裝，管腳兼容，其額定工作溫度范圍為工業(yè)溫度范圍(?40°C to +85°C)。

ADM2582E/ADM2587E與其它RS-485接口芯片相比，集成了磁隔離技術(shù)和DC/DC電源，是一個(gè)真正意義上的單芯片RS-485集成芯片，大大的減少了PCB板面積。ADM2582E/ADM2587E應(yīng)用電路如圖5所示，本電路僅供參考，若遇特殊應(yīng)用，為了設(shè)備及系統(tǒng)安全，可以選擇相應(yīng)的其它保護(hù)措施，如TVS 等等。

圖5 ADM2582E/ADM2587E 典型應(yīng)用電路

(c)、ADM2582E/ADM2587E引腳名稱功能描述

(d)、ADM2582E/ADM2587E使用說明

發(fā)送真值表

接收真值表

4. 其他特性

ADM2582E/ADM2587E具備過熱關(guān)斷特性，能夠防止輸出短路，可防止溫度過高時(shí)芯片因電源的過度損耗而毀壞。當(dāng)芯片工作溫度高于150℃時(shí)，ADM2582E/ADM2587E獨(dú)有的熱關(guān)斷電路會(huì)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器輸出；而當(dāng)溫度回到140℃時(shí)，ADM2582E/ADM2587E會(huì)自動(dòng)使能驅(qū)動(dòng)器輸出。

ADM2582E/ADM2587E最多可允許256 個(gè)收發(fā)節(jié)點(diǎn)接入總線, 隔離電壓為2500V，輸入/輸出引腳上提供±15 kV ESD保護(hù)功能，真正防故障裝置的接收輸入端，以及大于25 kV/μs高共模瞬態(tài)抑制能力。

ADM2582E/ADM2587E集成了isoPower技術(shù)，該技術(shù)采用高頻開關(guān)元件通過其變壓器傳輸電力。在PCB布局時(shí)必須特別注意滿足輻射標(biāo)準(zhǔn)。欲了解電路板布局的注意事項(xiàng)，可以參考應(yīng)用筆記AN-0971，在此不做更詳細(xì)介紹。