多功能接口模塊在UART復(fù)用時(shí)實(shí)現(xiàn)隔離485和隔離232通信
手機(jī)，從最開(kāi)始板磚一樣的“大哥大”，到現(xiàn)在厚度不到8mm的iPhone，歷時(shí)不到半個(gè)世紀(jì)。隨著科技的發(fā)展，半導(dǎo)體集成電路的集成度越來(lái)越高，單顆芯片的功能越來(lái)越強(qiáng)大，封裝體積越來(lái)越小，所有設(shè)計(jì)都在向著小型化，輕薄化的方向發(fā)展著。
但是，在工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域，卻依舊是一片“傻大笨粗”的大叔形象，鮮能見(jiàn)到長(zhǎng)相精致的小鮮肉。這是為什么呢？為什么在IC制造技術(shù)已經(jīng)如此發(fā)達(dá)的今天，工業(yè)產(chǎn)品依然很難做到小巧精致？
一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品，因?yàn)槠鋸?fù)雜的使用環(huán)境，在設(shè)計(jì)時(shí)必需要考慮到抗干擾能力、電氣安全性、通信隔離、電氣隔離、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、產(chǎn)品穩(wěn)定性等一系列的問(wèn)題。
接觸過(guò)工業(yè)產(chǎn)品的朋友大多都有這樣的感受：產(chǎn)品核心控制部分往往只有幾個(gè)IC和少量的阻容器件，看起來(lái)非常簡(jiǎn)單，但外圍接口的保護(hù)電路和隔離電路卻占據(jù)了大量的PCB面積，就像是給嬰兒穿上了鋼鐵俠的盔甲，顯得非常不協(xié)調(diào)。由此看來(lái)，想讓工業(yè)產(chǎn)品體積縮小，接口部分的隔離和保護(hù)電路簡(jiǎn)單化、集成化和小型化就顯得尤為重要。
接觸過(guò)工業(yè)產(chǎn)品的朋友大多都有這樣的感受：產(chǎn)品核心控制部分往往只有幾個(gè)IC和少量的阻容器件，看起來(lái)非常簡(jiǎn)單，但外圍接口的保護(hù)電路和隔離電路卻占據(jù)了大量的PCB面積，就像是給嬰兒穿上了鋼鐵俠的盔甲，顯得非常不協(xié)調(diào)。由此看來(lái)，想讓工業(yè)產(chǎn)品體積縮小，接口部分的隔離和保護(hù)電路簡(jiǎn)單化、集成化和小型化就顯得尤為重要。
圖1 工業(yè)產(chǎn)品的核心部分往往只占電路板的很少一部分目前的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，最常見(jiàn)到的兩種通信方式是RS-232和RS-485，并且通常都需要進(jìn)行隔離。常規(guī)的處理方案，是使用一個(gè)隔離的DC-DC配合單獨(dú)的信號(hào)隔離電路來(lái)設(shè)計(jì)，但按常規(guī)的設(shè)計(jì)方案，采用分立的隔離 DC-DC、信號(hào)隔離、收發(fā)器、保護(hù)電路等設(shè)計(jì)出的接口隔離電路，勢(shì)必要占用大量的PCB面積，如果要同時(shí)使用多個(gè)隔離RS-232和隔離RS-485，那么PCB占用面積將會(huì)成倍的增加。
你不會(huì)天真的以為這樣就完了嗎？如果這個(gè)產(chǎn)品要使用到多個(gè)RS-232和RS-485接口，導(dǎo)致原本MCU的UART接口不夠用，那么，你還要進(jìn)行UART擴(kuò)展，給本就已經(jīng)很大了的電路板繼續(xù)增肥。說(shuō)到這里，你是不是已經(jīng)絕望了？難道工業(yè)產(chǎn)品真的就和“高精尖特”無(wú)緣嗎？
圖2 很多產(chǎn)品會(huì)同時(shí)使用多路RS-232和RS-485如果現(xiàn)在告訴你，有這樣一個(gè)神器，它集合了：隔離電源、RS-232隔離電路、RS-485隔離電路、保護(hù)電路于一體，使用時(shí)基本不需要外圍器件，上電之后就能實(shí)現(xiàn)RS-485或RS-232的隔離通信，占用面積更是小到?jīng)]朋友，有著體積小、擴(kuò)展方便、應(yīng)用靈活的諸多特點(diǎn)，你是不是又對(duì)工業(yè)產(chǎn)品小型化有了一點(diǎn)點(diǎn)的信心？
下面我們就來(lái)看看，此物為何方神圣。
圖3 致遠(yuǎn)電子MCMxx(A)T隔離RS-485/232收發(fā)器廣州致遠(yuǎn)電子，根據(jù)目前工業(yè)產(chǎn)品通信隔離需求，專門研發(fā)出MCMxx(A)T系列多協(xié)議隔離模塊，將隔離電源、通信隔離電路、ESD保護(hù)電路集成封裝在一個(gè)模塊中，將電路設(shè)計(jì)化零為整，只需要簡(jiǎn)單的電氣連接，就可以實(shí)現(xiàn)RS-485/232通信隔離，隔離電壓高達(dá)3500VDC，滿足絕大多數(shù)應(yīng)用需求。
MCMxx(A)T多協(xié)議隔離模塊總結(jié)有以下四個(gè)特點(diǎn)：
一、“簡(jiǎn)”。
化繁為簡(jiǎn)，使用簡(jiǎn)單。
通過(guò)將通信隔離所需的諸多電路集成在一個(gè)模塊中，使用時(shí)通過(guò)簡(jiǎn)單的連接，就可以得到優(yōu)異的隔離性能和穩(wěn)定的隔離效果，并且采用單電源供電，內(nèi)置隔離電源，讓工程師輕松避開(kāi)傳統(tǒng)分立器件隔離電路元件繁多、電氣連接復(fù)雜的問(wèn)題，不必再為隔離電路的設(shè)計(jì)而煩惱。
圖4 MCM12(A)T典型應(yīng)用電路對(duì)于上述的優(yōu)缺點(diǎn)，大部分我們都很好理解。對(duì)于電源發(fā)生異常后，電源隔離與否對(duì)負(fù)載的危害大小，我們以Buck和它對(duì)應(yīng)的隔離電路即正激電路來(lái)簡(jiǎn)單分析，如下列圖示。
需要說(shuō)明的是，在模塊內(nèi)部A/B線已經(jīng)集成了ESD保護(hù)器件，因此用戶一般在應(yīng)用于環(huán)境良好的場(chǎng)合時(shí)無(wú)需再額外添加ESD保護(hù)器件，但如果應(yīng)用在高壓電力、雷擊等比較惡劣的環(huán)境中時(shí)，建議用戶在模塊A/B線和TOUT/RIN線端外加TVS管、共模電感、防雷管、屏蔽雙絞線或同一網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)接大地等保護(hù)措施。
二、“活”
應(yīng)用靈活，隨遇而安。
工業(yè)產(chǎn)品中，最常見(jiàn)的是RS-232和RS-485兩種通信接口，市面上此類通信隔離模塊也是類目繁多，質(zhì)量也良莠不齊，因?yàn)镽S-232和RS-485兩種通信方式不同，市面上絕大多數(shù)產(chǎn)品都只能單獨(dú)隔離其中一種。MCMxx(A)T系列多協(xié)議隔離模塊，創(chuàng)新性的將兩種通信方式的轉(zhuǎn)換、隔離電路集成在一起，通過(guò)控制MODE腳的電平，在兩種通信方式中隨意切換，讓使用更加靈活。
圖5 工作模式真值表三、“精”
小巧精致，節(jié)省空間。
雖然MCMxx(A)T多協(xié)議隔離模塊包含RS-232和RS-485兩種通信的轉(zhuǎn)換和隔離電路，并且還包含一個(gè)隔離電源，但其體積依然小巧，采用模塊化小體積封裝，最大限度的減小占用PCB面積。引腳間距采用標(biāo)準(zhǔn)DIP16封裝尺寸，讓PCB繪制也同樣簡(jiǎn)單方便。
值得一提的是，MCMxx(A)T系列多協(xié)議隔離模塊，采用得是“一個(gè)輸入兩種輸出”的設(shè)計(jì)方案，使用一個(gè)UART口，通過(guò)改變MODE腳電平切換通信方式，在一些對(duì)通信實(shí)時(shí)性要求不高或者UART口資源緊張的情況下，實(shí)現(xiàn)UART口復(fù)用的功能。
圖6 MCMxx(A)T多協(xié)議隔離模塊外觀尺寸四、“優(yōu)”
參數(shù)優(yōu)越，性能穩(wěn)定。
MCMxx(A)T多協(xié)議隔離模塊，隔離耐壓高達(dá)3500VDC，滿足絕大多說(shuō)的使用環(huán)境，并且有極低的EME電磁輻射和極高的EMS電磁抗干擾能力，以及優(yōu)良的EMC特性?？偩€接口集成ESD靜電保護(hù)，在一般環(huán)境下即使不用額外使用保護(hù)器件也能穩(wěn)定工作。
圖7 MCMxx(A)T多協(xié)議隔離模塊EMC特性表以上就是MCMxx(A)T系列多協(xié)議隔離模塊的簡(jiǎn)單介紹，目前該系列分為帶485自動(dòng)收發(fā)數(shù)據(jù)功能和不帶485自動(dòng)收發(fā)數(shù)據(jù)兩種，根據(jù)供電電壓又分為3.3V和5.0V兩種，可以根據(jù)使用需求和MCU工作電壓靈活選擇。
圖8 MCMxx(A)T多協(xié)議隔離模塊選型表在科技快速發(fā)展的今天，由于工業(yè)產(chǎn)品諸多設(shè)計(jì)要求的限制，還很難做到像手機(jī)這種消費(fèi)類產(chǎn)品一樣精致，但工業(yè)產(chǎn)品的小型化發(fā)展是必然的。一個(gè)模塊的使用，或許無(wú)法讓工業(yè)產(chǎn)品徹底擺脫“傻大笨粗”的形象，但致遠(yuǎn)電子一直在工業(yè)產(chǎn)品小型化、模塊化的道路上努力著，探索者。
前路坎坷，但從未放棄。
