O co se jedná
Více než dvě desetiletí bývaly, a také stále jsou, transceivery pro RS-232 nedílnou součástí celé řady elektronických systémů. V této aplikační poznámce se proto historií těchto obvodů lehce probereme, zmíníme vychytávky, kterých již bylo za ta léta dosaženo a rovněž přidáme i některé praktické postřehy. Opírat se přitom budeme hned o několik firemních struktur, které necháme vystoupit na pozici „průmyslových tahounů“.
Malé napětí – žádný problém
Struktury, využívané v souvislosti se sériovou linkou RS-232, v minulosti vyžadovaly přinejmenším dvě hladiny napájecího napětí, jednu větší než +5 V a druhou menší, tj. zápornější, než -5 V. Tímto způsobem byl zajištěn minimálně ±5 V výstupní rozkmit vysílací části (viz také obr. 4). Systémy, které již měly k dispozici napájení ±12 V, proto nepředstavovaly zásadnější problémy. Na druhé straně však i dnes existuje nepřeberné množství aplikací, ve kterých bychom napájení ±12 V, nebo alespoň jemu podobné, hledali marně. V Maximu na tuto situaci zareagovali vývojem celé řady transceiverů, integrujících vhodné měniče napájecího napětí. Jednoduché vstupní napájení tak již nepředstavovalo žádnou překážku.
Obr. 4: RS-232 a rozkmit výstupního signálu
Následující pojednání se bude věnovat některým speciálním požadavkům.
3.0 V až 5.5 V
Přestože jednoduché, 5 V napájecí zdroje patří ve světě sériové linky RS-232 k těm nejoblíbenějším, nelze přehlížet stále rostoucí počet aplikací, jejichž součástky poběží (ono jim také nic jiného nezbývá) z jednoduchého, 3.3 V napájení. Nejde přitom jen o provoz v čistě 3.3 V systémech, ale také o jakousi kompatibilitu rozhraní RS-232 s 3 V logikou. V Maximu si proto řekli, že znovu využijí to, co se již osvědčilo v čistě 5 V strukturách a vyvinuli transceivery, které poběží z jednoduchého napájení v rozmezí od 3.0 V až do 5.5 V.
Podobně jako v případě transceiverů pro RS-232, živených z jednoduchého 5 V zdroje, budou i obvody, pracující v rozsahu od 3.0 V až do 5.5 V, využívat drahocenných služeb dvou nábojových pump. Takové podpůrné obvody pro naše sériové rozhraní vynikají svými nízkoúbytkovými strukturami vysílací strany, které stále splňují minimálně vyžadovaný rozkmit ±5 V, přičemž k dispozici mají pouhých ±5.5 V, generovaných z nábojových pump. Z tohoto důvodu ani jednoduché napájení 3.0 V nemůže nikterak ohrozit plnou shodu se specifikací pro linku RS-232. Jinak řečeno, budeme sice napájet z 3.0 V zdroje, ale zvládneme také horní limit 5.5 V. V návrzích, vycházejících z 3.3 V či 5 V napájení tak lze použít stejné obvody. Na obr. 5 vidíme příklad integrovaného obvodu MAX3232E, který lze napájet v rozmezí od 3.3 V až do 5 V.
Obr. 5: RS-232 transceiver MAX3232E nabídne díky vestavěným nábojovým pumpám možnost jednoduchého napájení v rozmezí od 3.3 V až do 5 V
Což takhle zkusit 2.7 V až 3.6 V
Pokud budeme chtít vytvořit součástku, kompatibilní s RS-232, která musí vystačit s méně než 3.0 V, pravděpodobně již se zdvojovači a invertory, založenými na principech činnosti nábojové pumpy, nevystačíme. Na obr. 6 vidíme integrovaný obvod MAX3212, který za výrazného přispění jediné indukčnosti vyrábí ±6.5 V, vyžadovaných vysílací částí. Díky použité topologii spínaného měniče tak vystačíme s jednoduchým napájením v rozsahu od 2.7 V až do 3.6 V.
Obr. 6: Integrovaný obvod MAX3212 nabízí vestavěnou podporu spínaným strukturám a umožňuje tak práci s jednoduchým napájením v rozmezí od 2.7 V až do 3.6 V
No nezlobte se, ale 1.8 V až 4.25 V bereme taky
Obvod MAX3218, zachycený na obr. 7, zvolil hybridní přístup, ve kterém kombinuje výrobu +6.5 V napájení, založenou na indukčnosti s výrobou -6.5 V hladiny pomocí nábojové pumpy – invertoru. Celé zapojení pak v rozsahu od 1.8 V až do 4.25 V vystačí s jednoduchým napájecím zdrojem. Vůbec tedy nepřekvapí, že širší vstupní rozsah obvodu MAX3218 využijeme zejména v bateriově živených systémech.
Obr. 7: Aby mohl integrovaný obvod MAX3218 pracovat z jednoduchého napájení 1.8 V až 4.25 V, bude potřebovat indukčnost, doplněnou invertorem v podobě nábojové pumpy
Dokončení příště.
Použitá literatura:
Download a odkazy:
- Domovská stránka Maxim: http://www.maxim-ic.com/
- Distributor pro ČR: http://www.mespraha.cz/
- RS-232 aneb jak šel čas – 1. část
- Podrobný popis RS-232 aneb soubor všech potřebných informací, návody, tipy a triky, katalogové listy aj. (hw.cz): http://hw.cz/rs-232
