RS-232收发器接口芯片SP3223E/3243E的原理及应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:SP3223E/3243E是SIPEX公司生产的RS-232收发器接口芯片。该器件内部含有一个高效电荷泵,可在单+3.0V~+5.5V电源下产生%26;#177;5.5V的RS-232电平,并支持EIA/TIA-232和ITU-TV.28/V.24通信协议,因而可用于笔记本电脑等便携式设备。文章分析了SP3223E/3243E的结构原理和主要特点,给出了它的典型应用电路。 关键词:电荷泵;自动上线;驱动器;收发器 1 概述 SP3223E/3243E是SIPEX公司生产的RS-232收发器,它支持EIA/TIA-232和ITU-T V.28/V.24通信协议,适用于便携式设备使用(如笔记本电脑及PDA)。SP3223E/3243E内有一个高效电荷泵,可在单+3.0V~+5.5V电源下产生%26;#177;5.5V的RS-232电平,该技术已申请了美国专利(专利号为U.S.--5306954)。满负载时,SP3223E/3243E器件可工作于235kbps的数据传输率。3.3V时仅需0.1μF的电容。SP3223E是一个双驱动器/双接收器芯片,SP3243E则是一个三驱动器/五接收器芯片,是笔记本电脑或PDA的理想器件。SP3243E 包含一个总是处于激活状态的补充接收器,可在关断状态下监控外设(如调制解调器)。由于具有自动上线特性,因此,当其与一个相关外设之间接上RS-232电缆并处于工作状态下时,设备会自动醒来。否则,如果电流不足1mA,设备会自动关断。 SP3243E包含一个补充接收器,当电源断开时,该接收器可保护UART或串行控制器芯片。SP3223E和SP3243E是敏感电源设计的理想选择。SP3223E和SP3243E的自动上线电路减少了电源电流降到1mA以下的可能性。在大多数便携式应用场合,RS-232电缆可被断开或是将外设关闭。在上述情况下,其内部的电荷泵和驱动器也会被关闭。否则系统会自动上线工作。这样,设计人员就可在不改变主要设计的情况下节省电源损耗。 SP3223E/3243E的主要特点如下: ●在+3.5V~+5.5V单电源下符合EIA/TIA-232-F标准。 ●可十分方便地在EIA/TIA-232标准下使用,而且在EIA/TIA-562标准下使用时,其电源可降至+2.7V。 ●在睡眠状态下,当关断电流达到1μA时,自动上线电路会被唤醒。 ●有负载时的最小数据传输率为120kB/s。 ●尽管电源范围波动,由于电荷泵可调,RS-232输出仍较稳定。 ●带有以下ESD防护功能: +15kV人体模式; +15kV IEC1000-4-2 空间放电; +8kV IEC1000-4-2 接触放电。 2 SP3223E/3243E的引脚说明 SP3223E/3243E有DIP、SSOP、SOIC、TSSOP等几种不同的封装形式,图1为DIP封装的管脚排列。 3 结构原理 SP3223E和SP3243E系列器件内部由驱动器、收发器、SIPEX专有电荷泵、自动上线电路四个基本电路块组成。 3.1 驱动器 驱动器实际上是一个反转电平发送器,可用于把TTL或CMOS逻辑电平转换成5.0V EIA/TIA-232电平,以使其与输入的逻辑电平正好相反。该驱动器遵从EIA-TIA-232F 和所有以前版本的RS-232协议。 驱动器可工作在数据传输率为235kbps的情况下。在3kΩ负载与1000pF电容并联的满负荷情况下,其数据传输率为120kbps,并可保证PC—PC之间通信软件的协调性。驱动器的输出变化率被内部限制为最大不超过30V/ms,以符合EIA标准(EIA RS-232D 2.1.7第5段)。实际上,负载输出从高电平变为低电平也符合此标准。 3.2 接收器 接收器可将%26;#177;5.0V的EIA/TIA-232电平转换为TTL或CMOS逻辑输出电平。所有接收器的反转输出都可通过EN引脚被禁止。当自动上线电路有效或系统为关闭状态时,接收器处于激活状态。当系统关闭时,接收器始终处于激活状态。如果接收器在超过100μs的时间里没有参与任何活动或是SHUTDOWN为低电平,芯片会进入待命状态,此时电流会降到1μA以下。驱动EN上的逻辑高电平可使接收器输出端进入高阻状态。 由于经过了电缆线和系统接口的衰减,接收器输入的信号有一个典型值为300mV的滞后区域。这一特性可确保接收器免于噪声干扰。设计时,一个输入端应悬空,内置的限流电阻应接地,接收器的输出端应为高电平。 3.3 电荷泵 电荷泵是SIPEX公司的专利技术(专利号U.S.5,306,954) ,与过去不成熟的设计相比,它采用了独一无二的新技术,该电荷泵需要四只外接电容,它使用四相电压变换技术来获取对称5.5V电源。内部电源由可调电荷泵组成,可提供5.5V输出电压。 电荷泵使用的一只内部振荡器通常工作在离散方式下。输出电压不足5.5V时将启动电荷泵。如果输出电压超过5.5V, 电荷泵将停止工作。其内部的振荡器主要用于控制四相电压的变化。 3.4 自动上线电路 SP3223E/3243E器件可在关闭期间通过板上自动上线电路节约能量,可应用在笔记本电脑、掌上电脑PDA和其他便携式系统中。通过SP3223E/3243E器件内置的自动上线电路,器件可在外部发送器打开和接上电缆后自动处于工作状态。另一方面,当器件未被使用并进入待机状态,且电流降至1μA以下时,自动上线电路会使大多数内部电路处于无效状态。这项功能也可通过ONLINE引脚为逻辑低电平时激活自动上线功能来控制。一旦该功能被激活,器件将处于有效状态直至接收器输入端无任何活动。接收器输入端至少有%26;#177;3V的电压可由电缆另一端的至少为%26;#177;5V的发送器产生。当外部发送器为无效或电缆断开后,接收器输入将被内部5kΩ电阻下拉接地。而当超过一定时期后,内部发送器将无效,器件进入关闭或待机状态。当ONLINE为高电平时,自动上线方式无效。 4 典型应用电路 图2所示是由微处理器监控电路控制的接口电路。该电路主要通过SP3243E来实现,它既可以将接收到的RS-232电平转换为TTL/CMOS电平,也可以将准备发送的TTL/CMOS电平转换为RS-232电平。需要说明的是:当SP3223E和SP3243E器件被关闭后,器件中的电荷泵也会被关闭。此时,电荷泵的输出V+会被衰减为VCC而输出V-则衰减为GND。衰减时间可根据电荷泵使用的电容器的大小来决定。电路关闭时,退出关闭状态并拥有有效的V+和V-所需的时间大约为20μs。 在简单的程序中,STATUS可用于表示DTR或用作环路指示器的指示信号。将ONLINE和SHUT-DOWN连在一起可避开自动在线电路。这实际上类似于一个关闭输入引脚。
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