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      HIN2xxE系列RS-232收發器的原理及應用

      更新時間: 2006-03-27 14:37:54來源: 粵嵌教育瀏覽量:2752

          摘要:HIN2xxE系列是由+5V單電源供電的高速RS-232收發電路,符合EIA RS-232C和V.28規范,以電源功耗低為顯著特點,廣泛應用于ISDN和高速調制解調器,尤其是電池供電系統中。文中主要介紹HIN2xxE系列電路的原理、特性和典型應用。

          關鍵詞:RS-232 電荷泵 關斷模式

      1 概述

      Intersil公司的HIN2xxE系列RS-232發送器/接收器包括HIN202E、HIN206E、HIN207E、HIN208E、HIN211E、HIN213E、HIN232E等,符合美國電子工業協會(EIA)的高速RS-232C與V.28規范,特別適合那些不能提供±12V電源的應用場合。該系列產品采用+5V單電源供電,片內的電荷泵電壓轉換器可以利用外接5V電源產生+10V與-10V電壓。收送器的輸出與接收器的輸入具有ESD(靜電放電)保護功能,可以承受±15kV的靜電放電。發送器的輸入與TTL/CMOS兼容,具有限速輸出功能,接收器可接收±30V的輸入電壓,輸入阻抗為3kΩ~7kΩ,具有滯后特性,可以極大地提高噪聲抑制功能。HIN206E、HIN211E與HIN213E的顯著特點是低功耗關斷模式,在電池供電應用中可以有效節約能量。此外,HIN213E在關斷模式中還提供二個有效的接收器,使電路具有“喚醒”功能。該系列電路廣泛用于綜合業務數字網(ISDN)與高速調制解調器中。

      HIN2xxE系列的主要特點如下:

      ·提供無鉛型產品;

      ·適用于高速綜合業務數字網(傳輸速率為230kbit/s);

      ·對RS-232 I/O腳進行ESD防護,可耐±15kV的靜電放電(IEC1000);

      ·達到所有RS-232與V.28規范要求;

      ·只需要0.1μF(或以上)的外接電容器;

      ·在關斷模式中有二個接收器保持有效(HIN213E);

      ·片內有電壓倍增器/反相器;

      ·低功率消耗(典型值為5mA);

      ·三態TTL/CMOS接收器輸出;

      ·具有多個發送器

      ―+5V輸入時輸出幅度為±10V,

      ―掉電時主源阻抗:300Ω,

      ―限制輸出電流,

      ―兼容TTL/CMOS電平;

      ·具有多個接收器

      ―輸入電壓范圍為±30V

      ―輸入阻抗為3kΩ~7kΩ

      ―0.5V滯后以改善噪聲抑制

      2 HIN2xxE系列的引腳功能

      HIN2xxE系列由于含有的發送器、接收器的個數不同,引腳數也不同。下面以HIN206E為例說明其此腳排列和功能。HIN206E的引腳排列如圖1所示,常采用SOIC或SSOP封裝。其引腳功能見表1。HIN2xxE系列的主要性能對照見表2。

      表1 HIN206E的引腳功能

      引腳名稱

      引腳功能

      Vcc 電源輸入端,5V±10%
      V+ 在內部產生的正電源(典型值為+10V)
      V- 在內部產生的負電源(典型值為-10V)
      GND 接地端
      C1+ 外接電容器C1(+端)連接到該腳
      C1- 外接電容器C1(-端)連接到該腳
      C2+ 外接電容器C2(+端)連接到該腳
      C2- 外接電容器C2(-端)連接到該腳
      TIN 發送器輸入端(TTL/CMOS電平)。每個輸入端都通過芯片內部的400k的上拉電阻器連接到Vcc
      TOUT 發送器輸出端(RS-232電平,典型值為±10V)
      RIN 接收器輸入端(RS-232電平)。每個輸入端都通過芯片內部的5kΩ下拉電阻器連接到GND
      Rout 接收器輸出端(TTL/CMOS電平)
      EN/EN 接收器使能輸入端。EN=5V(HIN213E EN=0V)時,接收器的輸出端入于高阻抗狀態
      SD/SD 關斷輸入端。SD=5V(HIN213E SD=0V)時,電荷泵停止工作,接收器輸出端處于高阻抗狀態(HIN213E的R4與R5除外),并且發送器被關閉

      表2 HIN2xxE系列的主要性能對照

      型  號 電源電壓/V 發送器個數 接收器個數 外接電容器個數 關斷模式 關斷模式下接收器工作個數
      HIN202E +5 2 2 4 0
      HIN206E +5 4 3 4 0
      HIN207E +5 5 3 4 0
      HIN208E +5 4 4 4 0
      HIN211E +5 4 5 4 0
      HIN213E +5 4 5 4 2
      HIN232E +5 2 2 4 0

      3 HIN2xxE系列芯片的工作原理

      HIN2xxE系列RS-232發送器/接收器電路由三個部分組成:電荷泵、發送器和接收器。

      3.1 電荷泵

      電荷泵包括倍增器和電壓反相器,由其內部的125kHz時鐘統一協調工作,以產生+10V與-10V電壓,其等效電路如圖2所示。當時鐘脈沖為高電平時,電源Vcc對電容器C1充電至Voc。當時鐘脈沖為低電平時,已充電至VCC的C1上電壓通過電容器C3產生2VCC的電壓。此外,還要對C2充電至2VCC。在隨后時鐘脈沖為高電平時,電容器C2的正極被接地,通過電容器C4產生-2VCC電壓,并從C4的負極輸出。電荷泵多可承受5.5V的輸入電壓。電壓倍增器部分(V+)的輸出阻抗為200Ω左右,電壓反相器部分(V-)的輸出阻抗為450Ω左右。

      在關斷模式(HIN206E、HIN211E與HIN213E)下,電荷泵被關閉,V+被下拉到VCC,V-被上拉到GND,電源電流減少到10μA以下。發送器的輸出端被關閉,接收器的輸出端(除HIN213E的R4與R5以外)處于高阻抗狀態。

          3.2 發送器

      發送器是將輸入的TTL/CMOS電平轉換成RS-232所要求電平的電平轉換反相器。輸入端的門限電壓是26%VCC(當VCC=5V時,門限電壓為1.3V)。輸入高電平可在發送器輸出端產生一個-5V至V-之間的電壓,而輸入低電平則會產生一個+5V至(V+-0.6V)的電壓。發送器的每個輸入端都有一個400kΩ的內部上拉電阻器,因此未用的輸入端不必連接,并且輸出端仍保持低電平狀態。在惡劣的條件,所有的發送器驅動3kΩ的負載電阻、Vcc=4.5V、溫度達到允許的工作溫度時,發送器的輸出電平仍能滿足RS-232的要求。輸出端受短路保護并且可以不受限制地短接到地線。

      3.3 接收器

      接收器可將±5V的RS-232電平轉換為TTL或CMOS邏輯電平。接收器的輸入端可以接收±30V的電壓,接收器輸入門限的典型值為1.3V,輸出電平為0V~VCC。當輸入電平大于2.4V時,輸出端為低電平;當輸入端懸空或者在+0.8V與-30V之間時,輸出端為高電平。接收器還有0.5V的滯后(除非是在關斷時),可以提高噪聲抑制功能。接收器使能腳EN(HIN213E為EN腳)無效時,可關閉接收器的輸出,并將它們置于高阻抗狀態。在關斷模式中,接收器的輸出端也被置于高阻抗(除HIN213E的R4與R5以外)。

      4 典型應用電路

      在HIN2xxE系列電路的典型應用中,電容器C1-C4的值為0.1μF,但這個值不是臨界值。增加C1與C2的值會降低電壓倍增器與反相器的輸出阻抗,而增加存儲電容器C3與C4的值則會降低V+與V-電源端的脈動。

      HIN213E的二個接收器R4與R5在關斷模式中仍保持有效。在正常操作時,接收器的傳送延遲時間的典型值為0.5μs。在關斷時,該延遲時間稍微有所延長。進入關斷模式時,接收器R4與R5在SD=VIL之后保持無效80μs。在退出關斷模式時,所有的接收器輸出將為無效,直到電荷泵電路達到正常的工作電壓為止。在采用0.1μF的電容器時,電荷泵電路達到正常工作電壓所需時間一般在2ms以內。

      圖3是一個簡單的帶有CTS/RTS信號交換功能的雙工RS-232。通過一個連接到V+的5kΩ電阻器驅動,可以產生固定輸出信號,如DTR(數據端就緒)與DSRS(數據信號發送速率選擇)。

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