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RS-232收發(fā)器接口芯片SP3223E／3243E的原理及應(yīng)用
摘要：SP3223E／3243E是SIPEX公司生產(chǎn)的RS-232收發(fā)器接口芯片。該器件內(nèi)部含有一個高效電荷泵，可在單＋3.0Ｖ～＋5.5Ｖ電源下產(chǎn)生±5.5Ｖ的ＲＳ－232電平，并支持EIA／TIA－232和ＩTU－TV.28／Ｖ.２４通信協(xié)議，因而可用于筆記本電腦等便攜式設(shè)備。文章分析了SP3223E／3243E的結(jié)構(gòu)原理和主要特點，給出了它的典型應(yīng)用電路。關(guān)鍵詞：電荷泵；自動上線；驅(qū)動器；收發(fā)器
１ 概述
ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ是ＳＩＰＥＸ公司生產(chǎn)的ＲＳ－２３２收發(fā)器，它支持ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２和ＩＴＵ－Ｔ Ｖ．２８／Ｖ．２４通信協(xié)議，適用于便攜式設(shè)備使用（如筆記本電腦及ＰＤＡ）。ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ內(nèi)有一個高效電荷泵，可在單＋３．０Ｖ～＋５．５Ｖ電源下產(chǎn)生±５．５Ｖ的ＲＳ－２３２電平，該技術(shù)已申請了美國專利（專利號為Ｕ．Ｓ．－－５?３０６?９５４）。滿負載時，ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件可工作于２３５ｋｂｐｓ的數(shù)據(jù)傳輸率。３．３Ｖ時僅需０．１μＦ的電容。ＳＰ３２２３Ｅ是一個雙驅(qū)動器／雙接收器芯片，ＳＰ３２４３Ｅ則是一個三驅(qū)動器／五接收器芯片，是筆記本電腦或ＰＤＡ的理想器件。ＳＰ３２４３Ｅ 包含一個總是處于激活狀態(tài)的補充接收器，可在關(guān)斷狀態(tài)下監(jiān)控外設(shè)（如調(diào)制解調(diào)器）。由于具有自動上線特性，因此，當其與一個相關(guān)外設(shè)之間接上ＲＳ－２３２電纜并處于工作狀態(tài)下時，設(shè)備會自動醒來。否則，如果電流不足１ｍＡ，設(shè)備會自動關(guān)斷。
ＳＰ３２４３Ｅ包含一個補充接收器，當電源斷開時，該接收器可保護ＵＡＲＴ或串行控制器芯片。ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ是敏感電源設(shè)計的理想選擇。ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ的自動上線電路減少了電源電流降到１ｍＡ以下的可能性。在大多數(shù)便攜式應(yīng)用場合，ＲＳ－２３２電纜可被斷開或是將外設(shè)關(guān)閉。在上述情況下，其內(nèi)部的電荷泵和驅(qū)動器也會被關(guān)閉。否則系統(tǒng)會自動上線工作。這樣，設(shè)計人員就可在不改變主要設(shè)計的情況下節(jié)省電源損耗。
ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ的主要特點如下：
●在＋３．５Ｖ～＋５．５Ｖ單電源下符合ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２－Ｆ標準。
●可十分方便地在ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２標準下使用，而且在ＥＩＡ／ＴＩＡ－５６２標準下使用時，其電源可降至＋２．７Ｖ。
●在睡眠狀態(tài)下，當關(guān)斷電流達到１μＡ時，自動上線電路會被喚醒。
●有負載時的最小數(shù)據(jù)傳輸率為１２０ｋＢ／ｓ。
●盡管電源范圍波動，由于電荷泵可調(diào)，ＲＳ－２３２輸出仍較穩(wěn)定。
●帶有以下ＥＳＤ防護功能：
＋１５ｋＶ人體模式；
＋１５ｋＶ ＩＥＣ１０００－４－２ 空間放電；
＋８ｋＶ ＩＥＣ１０００－４－２ 接觸放電。
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２ ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ的引腳說明
ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ有ＤＩＰ、ＳＳＯＰ、ＳＯＩＣ、ＴＳＳＯＰ等幾種不同的封裝形式，圖１為ＤＩＰ封裝的管腳排列。
３ 結(jié)構(gòu)原理
ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ系列器件內(nèi)部由驅(qū)動器、收發(fā)器、ＳＩＰＥＸ專有電荷泵、自動上線電路四個基本電路塊組成。
３．１ 驅(qū)動器
驅(qū)動器實際上是一個反轉(zhuǎn)電平發(fā)送器，可用于把ＴＴＬ或ＣＭＯＳ邏輯電平轉(zhuǎn)換成５．０Ｖ ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２電平，以使其與輸入的邏輯電平正好相反。該驅(qū)動器遵從ＥＩＡ－ＴＩＡ－２３２Ｆ 和所有以前版本的ＲＳ－２３２協(xié)議。
驅(qū)動器可工作在數(shù)據(jù)傳輸率為２３５ｋｂｐｓ的情況下。在３ｋΩ負載與１０００ｐＦ電容并聯(lián)的滿負荷情況下，其數(shù)據(jù)傳輸率為１２０ｋｂｐｓ，并可保證ＰＣ—ＰＣ之間通信軟件的協(xié)調(diào)性。驅(qū)動器的輸出變化率被內(nèi)部限制為最大不超過３０Ｖ／ｍｓ，以符合ＥＩＡ標準(ＥＩＡ ＲＳ－２３２Ｄ ２．１．７?第５段)。實際上，負載輸出從高電平變?yōu)榈碗娖揭卜洗藰藴省?/p>
３．２ 接收器
接收器可將±５．０Ｖ的ＥＩＡ／ＴＩＡ－２３２電平轉(zhuǎn)換為ＴＴＬ或ＣＭＯＳ邏輯輸出電平。所有接收器的反轉(zhuǎn)輸出都可通過ＥＮ引腳被禁止。當自動上線電路有效或系統(tǒng)為關(guān)閉狀態(tài)時，接收器處于激活狀態(tài)。當系統(tǒng)關(guān)閉時，接收器始終處于激活狀態(tài)。如果接收器在超過１００μｓ的時間里沒有參與任何活動或是ＳＨＵＴＤＯＷＮ為低電平，芯片會進入待命狀態(tài)，此時電流會降到１μ
Ａ以下。驅(qū)動ＥＮ上的邏輯高電平可使接收器輸出端進入高阻狀態(tài)。
由于經(jīng)過了電纜線和系統(tǒng)接口的衰減，接收器輸入的信號有一個典型值為３００ｍＶ的滯后區(qū)域。這一特性可確保接收器免于噪聲干擾。設(shè)計時，一個輸入端應(yīng)懸空，內(nèi)置的限流電阻應(yīng)接地，接收器的輸出端應(yīng)為高電平。
３．３ 電荷泵
電荷泵是ＳＩＰＥＸ公司的專利技術(shù)(專利號Ｕ.Ｓ.５,３０６,９５４) ，與過去不成熟的設(shè)計相比，它采用了獨一無二的新技術(shù)，該電荷泵需要四只外接電容，它使用四相電壓變換技術(shù)來獲取對稱５．５Ｖ電源。內(nèi)部電源由可調(diào)電荷泵組成，可提供５．５Ｖ輸出電壓。
電荷泵使用的一只內(nèi)部振蕩器通常工作在離散方式下。輸出電壓不足５．５Ｖ時將啟動電荷泵。如果輸出電壓超過５．５Ｖ, 電荷泵將停止工作。其內(nèi)部的振蕩器主要用于控制四相電壓的變化。
３．４ 自動上線電路
ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件可在關(guān)閉期間通過板上自動上線電路節(jié)約能量，可應(yīng)用在筆記本電腦、掌上電腦?ＰＤＡ?和其他便攜式系統(tǒng)中。通過ＳＰ３２２３Ｅ／３２４３Ｅ器件內(nèi)置的自動上線電路，器件可在外部發(fā)送器打開和接上電纜后自動處于工作狀態(tài)。另一方面，當器件未被使用并進入待機狀態(tài)，且電流降至１μＡ以下時，自動上線電路會使大多數(shù)內(nèi)部電路處于無效狀態(tài)。這項功能也可通過ＯＮＬＩＮＥ引腳為邏輯低電平時激活自動上線功能來控制。一旦該功能被激活，器件將處于有效狀態(tài)直至接收器輸入端無任何活動。接收器輸入端至少有±３Ｖ的電壓可由電纜另一端的至少為±５Ｖ的發(fā)送器產(chǎn)生。當外部發(fā)送器為無效或電纜斷開后，接收器輸入將被內(nèi)部５ｋΩ電阻下拉接地。而當超過一定時期后，內(nèi)部發(fā)送器將無效，器件進入關(guān)閉或待機狀態(tài)。當ＯＮＬＩＮＥ為高電平時，自動上線方式無效。
４ 典型應(yīng)用電路
圖２所示是由微處理器監(jiān)控電路控制的接口電路。該電路主要通過ＳＰ３２４３Ｅ來實現(xiàn)，它既可以將接收到的ＲＳ－２３２電平轉(zhuǎn)換為ＴＴＬ／ＣＭＯＳ電平，也可以將準備發(fā)送的ＴＴＬ／ＣＭＯＳ電平轉(zhuǎn)換為ＲＳ－２３２電平。需要說明的是：當ＳＰ３２２３Ｅ和ＳＰ３２４３Ｅ器件被關(guān)閉后，器件中的電荷泵也會被關(guān)閉。此時，電荷泵的輸出Ｖ＋會被衰減為ＶＣＣ?而輸出Ｖ－則衰減為ＧＮＤ。衰減時間可根據(jù)電荷泵使用的電容器的大小來決定。電路關(guān)閉時，退出關(guān)閉狀態(tài)并擁有有效的Ｖ＋和Ｖ－所需的時間大約為２０μｓ。
在簡單的程序中，ＳＴＡＴＵＳ可用于表示ＤＴＲ或用作環(huán)路指示器的指示信號。將ＯＮＬＩＮＥ和ＳＨＵＴ-ＤＯＷＮ連在一起可避開自動在線電路。這實際上類似于一個關(guān)閉輸入引腳。
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