ADUM1201在隔離RS232中的應用

引言：

RS-232是PC機與工業通信中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232接口最初是由美國EIA（電子工業聯合會）規定的用于計算機與終端設備之間通訊的一種標準，目前已被廣泛的用于系統間的串行通信線路。

RS-232是為點對點（即只用一對收、發設備）通訊而設計的，采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。這樣由一對單向收發的信號線來實現全雙工通信。

由于RS-232的典型應用是在系統間的通訊，因此在各系統間的隔離設計已經變的非常必要。隔離不僅可以保護器件免受總線上的高壓危害，還可以消除總線上的接地回流，同時隔離還可以有效的減少系統間數據傳輸的誤碼與錯誤。

傳統的RS232總線隔離方法是光耦合器技術，使用光束來隔離和保護檢測電路以及在高壓和低壓電氣環境之間提供一個安全接口。目前一般使用6N137光電隔離器件，以Toshiba公司的6N137為例，該器件工作電壓為5V，最高速率10Mbps，工作溫度一般為0℃到70℃，隔離電壓2500Vrms，并且以DIP8型封裝，每個芯片僅提供一個隔離通道。這些性能已經限制了6N137在更高要求的環境中應用。因此，ADI公司推出的新型雙通道數字隔離器ADUM1201以其諸多優于光電隔離器件的性能優點，在RS232總線以及其他高要求情況下有著廣泛的應用前景。

ADUM1201

ADUM1201基于ADI專利的iCoupler數字隔離器采用平面磁場專利隔離技術。iCoupler技術是一項專利隔離技術，它是基于芯片尺寸的變壓器，而不是基于光電耦合器所采用的LED與光電二極管的組合。iCoupler技術由于取消了光電耦合器中的光電轉換過程，并且采用了iCoupler變壓器專利技術集成變壓器驅動和接收電路，從而實現了光電隔離器無法比擬的性能優勢。由于使用晶片級制造工藝直接在芯片上制造iCouple變壓器，所以iCoupler通道比光電耦合器有效地實現通道之間的集成以及比較容易地實現其它半導體功能。

由于沒有光電耦合器中影響效率的光電轉換環節，所以iCoupler數字隔離器不需要驅動LED的外部電路，其功耗僅為光電耦合器的1/10到1/50。這種新的基于電磁的隔離方法，在抗高溫影響方面遠優于光耦合器，iCoupler數字隔離器在125℃高溫環境下性能和可靠性并不下降，因此可以采用低成本，小體積的SOIC封裝，這樣不但降低了成本還減小了芯片的體積。另外，iCoupler數字隔離器的隔離通道具有比光電耦合器更高的數據傳輸速率、時序精度和瞬態共模抑制能力。其額定隔離電壓是高隔離度光電耦合器的2倍，并且數據傳輸速率和時序精度是其10倍。此外，與光電耦合器不同的是，多通道iCoupler數字隔離器能在同一芯片內提供正向和反向通信通道，這樣就可以使得信號的傳輸方向更加靈活，簡化了芯片間的硬件連接線路。

由于基于iCoupler技術，所以ADUM1201具有諸多優于光電隔離器的優點：

• 速度更高最高速率可以達到125Mbps。
• 功耗更低功耗低于同數據傳輸率時傳統光電隔離器的1/10，最小工作電流0.8mA。
• 性能更高時序精度，瞬態共模抑制力，通道間匹配程度均優于傳統光電隔離器。
• 體積更小集成度更高，印制電路板（PCB）面積為傳統光電隔離器的40％。
• 應用更靈活與傳統光電耦合器不同的是，多通道iCoupler數字隔離器能在同一芯片內提供正向和反向通信通道。

ADUM1201所隔離的兩端有各自的電源和參考地，電源電壓范圍在2.7V到5.5V之間，這樣可以實現低電壓供電，從而進一步降低系統功耗。電源和參考地之間需要接入0.01μF到0.1μF電容，以濾除高頻干擾，電容和電源之間的距離應該在20mm以內，這樣可以達到更好的濾波效果。由于兩個隔離通道高度匹配，通道間串擾很小，并且采用兩通道輸入輸出反向設計，非常適合RS232總線雙向收發的特性，大大簡化可隔離器與所隔離兩端的硬件連接。需要注意的是GND1與GND2是兩個不同的參考地，否則將達不到隔離的效果。

另外需要注意的是ADUM1201正常工作時，兩端的供電源需要同時上電才能保證ADUM1201兩通道都能正常工作，如果有一個沒有上電就能導致整個芯片無法正常工作.

在RS232總線通信中，雙通道數字式隔離器ADUM1201用來實現控制器和RS232收發器之間的電氣隔離，以到達更好的抗干擾性能。一般放在微控制器和RS232收發器之間，以實現系統間的隔離。

下圖是ADUM1201在RS232總線隔離中的典型應用電路圖：

圖1 ADUM1201典型應用電路圖

其中VDD1和VDD2兩端電源均兼容3.3V/5V.這樣不僅可以實現低電壓供電，從而進一步降低系統功耗；而且可以實現輸入輸出信號的電平轉換。VDD1與VDD2之間的電源隔離，我們采用的是DC/DC電源隔離模塊。RXD、TXD連接的是微控器（MCU）的UART。

ADUM5241

ADuM5241是基于ADI公司專利iCoupler技術的雙通道數字隔離器，內部集成了50mW低功耗芯片級尺寸的DC-DC隔離電源，輸出5V，10mA。DC-DC隔離電源采用了ADI專利的isopower技術，兩個信號隔離通道都是采用ADI公司的iCoupler磁耦隔離技術，真正實現了單芯片封裝中的完全隔離。

ADuM5241提供了兩個獨立的隔離通道，5V工作電壓，還可配合其他iCoupler器件實現更多通道的隔離組合。

ADUM5241可直接用于RS232的隔離，其典型應用電路圖如下：

圖2 ADUM5241典型應用電路圖

其內部集成一個5V-5V的內部DC/DC隔離電源，當VDD1輸入一個5V的外接電源時，VISO會輸出一個+5V/10mA的電壓。可以為后端的RS232收發器供電；但當前端輸入3.3V電壓的時候，內部DC/DC隔離電源則不工作，后端的VISO需另外接電源供電。

當我們一個系統需要多個外接串口的時候，用ADUM5241與ADUM1201配合使用，無論從成本上，還是從應用上都是最佳選擇。

ADM3251E

ADM3251E是一款高速、單通道RS-232收發器，采用單電源供電。這款器件非常適于工作在苛刻的電氣環境，或頻繁插拔RS-232電纜的環境中。

ADM3251E集成了雙通道數字隔離器以及isoPower集成隔離電源。由于內置ADI公司iCoupler?技術的芯片級DC-DC轉換器，因此無需外部分立的隔離DC-DC轉換器。

ADM3251E的典型應用電路圖如下（圖3），圖中的插針1、2可直接連接MCU的UART，C1、C2是ADM3251E的兩個去耦電容，VISO 可實現5V的穩定輸出，前端的VCC兼容3V/5V工作電壓（3V工作時，內部DC/DC不工作，需雙端供電）。ADM3251E的高集成度使得原來復雜的多分立器件RS232系統，真正的可以單個芯片實現，不僅節約了PCB面積，而且降低了研發成本，可以說是工業RS232接口的首選。

圖3 ADM3251E典型應用電路圖

小結

隔離芯片ADUM1201處于系統的中間，做各系統間的電氣隔離，它比傳統的光電隔離具有更好的性能，ADUM1201消除了傳統光電隔離器不確定的傳輸速率，非線性的傳輸函數，以及溫度和壽命對器件的影響，不需要其他的驅動和分立元件，提供了更加穩定的轉化性能，而且在相同的信號傳輸速率下功耗只有光電隔離器的1/10到1/6。由圖1可見，ADUM1201以單一芯片實現了RS232系統之間的電氣隔離，而且ADUM1201采用雙轉化通道，兩通道方向相反的特殊結構，非常適合于CAN總線信號的傳輸，大大簡化了系統的硬件結構，同時，由一個隔離芯片代替以往的兩個，大大增加了通道間的匹配程度，使系統獲得更好的隔離性能。

本文介紹雙通道數字式磁隔離器ADUM1201在RS232通信系統中的應用，由于ADUM1201的優良特性，用ADUM1201代替傳統的光電隔離器件，降低了系統功耗，簡化系統結構，增加了系統穩定性，提高了系統的性能。為RS232隔離的實現提供了一種很好的解決方案。