hasuploaded_一种多协议串行通信接口的设计方法

1、一种多协议串行通信接口的设计方法摘耍：文章对多种协议串行通信进行了分析与讨论，给合linear公司 生产的多协议串口芯片，针对传统串口通信实现中的问题以及实际的 广域网串行通信的需求，提出了一种多协议串行接口的设计实现方 法。关键词：多协议串口通信；通信协议；收发器；连接器；多协议 串 口芯片ltc1546/ltc1544随着通信网技术的进一步发展，越来越多的互连网设备(如路由 器、开关、网关、存取装置)屮的串彳丁接口在广域网(w i d e a r eanetwork)中被设计成能够支持多种物理接口协议或标 准。广域网串行口协议包括rs- 2 3 2, rs- 4 4 9, e i a- 5

2、 3 0, v. 3 5 , v .36以及x. 2 1等。图1所示是一个简单 的串行通信接口示意图。由图可知，实现多协议串口通信的关键是将 连接器送来的不同传输方式 平衡、非平衡 和不同电气信号通过收 发器转换为终端能够识别并处理的、具有ttl电平的信号。1传统多协议通信的特点和问题11 “子板"方式广域网串口应用中的通用实现方法是为所需的每一种物理协议 提供一个独立的子板。一个支持e i a- 2 3 2 , e i a- 4 4 9及 v. 3 5协议的系统，通常需要三个独立的子板以及三个不同的连接 器。这种方法由于每种协议要求配置一块子板，因此系统需要对pc e子板、收发器芯

3、片、连接器等进行管理，这样既浪费资源，又会使 管理工作复杂化。12通用连接器方式为解决“子板”方式的缺点，可使用一块母板及通用连接器。一 个母板上有多种收发器芯片，可以满足多串口协议的要求，并可共用 一些通用器件，同时可减少资源的浪费。在配置中，应注意因连接器 的管脚较少而带來的问题，较好的办法是根据信号而不是根据协议來 分配管脚，即给每一个信号分配一个通用管脚，而不管其物理协议如 何定义。如对 e i a- 2 3 2 , e i a- 4 4 9 , e i a- 5 3 0, v. 3 5和v3 6来说，其t x d信号可连至连接器和同的管脚。 即s d a信号连接到管脚2, sd b

4、信号连接到管脚1 4。 然后利用这对管脚來描述所有协议的发送信号t x do这种方法同样也会带来一个问题，即所有收发器的i / 0线至通 用连接器的管脚必须彼此共用。例如，一个v2 8驱动器芯片中的 发送数据信号线的接连接器d b-2 5的管脚2 ；同时，一个v. 1 1驱动器芯片中的发送数据信号线要接至连接器的管脚2和1 4 ；而 v . 3 5驱动器芯片中发送数据信号线也会接至连接器的管脚2和1 4。这样，通用连接器的管脚2将同时接有三根信号线，管脚1 4接 有两根信号线。这样，在这一配置中，所有的驱动器都必须具有三态 特性，以禁止不必要的输出。若收发器没有三态特性，则需要使用一 个多路复

5、用器来选择相应的输出端。由此带来的另一个问题是收发器 在禁止使用时会产工漏电电流。如果选择了 v. 2 8协议，其输出电 压理论值为1 5 v。此时对于v. 1 1协议的驱动器会被禁用，而处 于三态吋，其输出漏电电压就必须足够低，才能使得连在同一连接器 管脚的v. 2 8协议的驱动器信号不受影响。如果在发送器与接收器 之间有隔断开关，则开关也要考虑漏电情况。13串口的d t e / d c e模式切换dte/dce的切换可通过选择不同的连接器转换电缆来实 现，这样，在实现d te / dc e转换吋可最大程度地减小收发器的 复杂性，但缺点是需耍更换电缆，尤其是设备放置位置不便或dte / d

6、c e需要频繁切换时这一点尤为突出。如果保持传输电缆不变，则可将收发器配置为两套以分别支持d te、dce方式。而将dte收发器的驱动器输出与d c e收发器 的接收器输入相连，而将接收器输入端与d c e收发器的驭动器输出 相连。为了控制d t e或d c e方式，驱动器或接收器的输出必须为 三态。当选择为dte方式时，dce芯片禁止，其驱动器和接收器 处于三态，反z亦然。该方法虽然解决了对电缆的频繁更换问题，但由于多用了一套收 发器而使得设计成本大为提高，冃串口板的体积也大了很多。2多协议串口通信的实现原理传统设计中，针对某种协议通常应选择相应的收发芯片，如对于 r s - 2 3 2 协

7、议，常用 ds-1 488/ds-1 489.max 2 3 2或s p 2 0 8等收发器芯片；而对于rs- 4 4 9协议，则常 使用s n 7 5 1 7 9 b.max 4 8 8 .max 4 9 0等收发器芯片。 当同时使用r s- 2 3 2、rs- 4 2 2和v. 3 5协议时，就需要 多个收发器芯片來支持不同的协议。现在，一些收发器的生产厂商研制出了多协议收发器芯片。s i p e x是第一家生产出rs- 2 3 2 / rs- 4 2 2软件可选择协 议芯片s p 3 0 1的公司。这种芯片可将r s - 2 3 2和r s - 4 2 2收发器的电气特性综合到一个芯片中

8、实现。其中s p 5 0 x系列产 品最多可支持8种协议标准。其它生产厂家如l i n e a r公司生产 的l t c 1 5 4 x系列、l t c 2 8 4 x系列芯片也具有以上功能。 用户可根据自己的需要选择适当的芯片。图2为采用分立的收发器芯片与采用一片多协议收发器芯片实 现多协议串口通信的通信卡。从图可知，前者实现的复杂度要远远大 于后者，具体的性能比较如表1所列。表1两种方法实现串口通信的性能比较分立器件板综合器件板 供电电压+5v, -5v, +12v, -12v+5v所需收发器芯片数121支持的物 理层协议rs-232, rs-422, rs-449, eia-530, v

9、. 35, v. 36rs-232, rs-422, rs-449, rs-485, eta-530, eta-530a, v. 35, v. 36 协议选 择方式跳线或开关软件或硬件（通过内部译码）串口板大小除了 15 个收发器芯片外还需其它硬件支持非常小功耗大约1w大约loomw 250mw除此之外，与分立收发器芯片和比，多协议收发器对驱动器使能 控制和对输出漏电电流的处理要容易得多。当通过软件或硬件方法选 择某一协议吋，驱动器和接收器的电气参数将调整至适当的大小，电 路内部将自动控制驱动器的输出电平、接收器的输入门限、驱动器和 接收器的阻抗值以及每一物理层协议的常用模式范围。另外，rtl

10、于外部网络终端对v3 5的需求，使得与v. 3 5收 发器的连接不能象其它协议那么简单。当使用分立收发器芯片时，常 常通过采用昂贵的继电器开关电阻在选择其它协议接口时将v3 5 网络终端断开，或者要求用户每选择一个新的接口标准就改变一次终 端模块，这样既浪费资源又会使接口电路变得复杂，因而不是一种理 想的实现方法。而多协议串口芯片则自动提供适当的终端和片上开关 来符合v1 0、v1 1、v2 8和v3 5电气协议，从而解 决了电缆终端转换问题。3基于ltc1546/44的多协议通信为了说明多协议串口芯片的工作原理，现以l i n e a r公司的 ltc1546/1544芯片为例进行分析。3.

11、 1ltc1546/ltc1544 的性能ltc 1 5 4 6芯片是一个3驱动器/ 3接收器的收发器，其主 要特点如f：带有软件可选的收发器可支持r s 232、rs449、e i a530、 eia530a、 v. 35、v. 36 和x. 2 1 协议可提供片上电缆终端与ltc 1 5 4 3引脚兼容与l t c 1 5 4 4配合可完成完整的d t e或d c e工作在5 v单电源占位面积校ltc 1 5 4 4芯片是一个4驱动器/ 4接收器的收发器，其主 要特点有：软件可选的收发器支持r s232、rs449、e i a 5 30、 eia530a、 v. 35、 v. 36 和x.

12、 2 1 协议采用ltc 1 3 4 4 a作为软件可选的电缆终端采用 l t c 1 543、ltc1 5 4 4 a或 l t c 1 5 4 6 可 实现完整的d t e或d c e端口与l t c 1 5 4 3同样工作于5 v单电源。这两种芯片均采用2 8引线s s 0 p表面贴封装，图3所示为其 引脚排列。rtlltc1546/ltc1544可组成一套完整的软件可 选择d t e或d c e接口，以应用于数据网络、信息业务单元 c s u 和数据业务单元（d s u）或数据路由器中，它支持多种协议，电 缆终端可在片上提供，因此不再需要单独的终端设计。其中，ltc 1 5 4 6每个

13、端口的一半用來产生和适当终止吋钟和数据信号。l t c 1 5 4 4则用来产生控制信号及本地环路返回信号（l o c a 1 l o o p -b a c k, l l）o接口协议通过模式选择引脚m 0. ml 和m2来决定，具体选择方式见表2。表2通信协议的模式选择ltc1546模式名称m2m1modce/dted1d2d3r1r2r3 未用（缺省v. 11）oooov.11v.11v.11v. 11v.11rs530a0010v.11v. 11zv. 11v. 11v. 11rs53 00100v. 11v. 11zv. 11v. 11v. 11x. 210110v. 11v. 11zv

14、. 11v. 11v. 11v. 35 1000v. 35v. 35zv. 35v. 35v. 35rs449/v. 361010v. 11v. 11zv. 11v. 11v. 1 iv. 28/rs2321100v. 28v. 28zv. 28v. 28v. 28 无电缆 1110zzzzzz未用(缺省v. 11)0001v. 11v. 11v. 11zv. 11v. 11rs530a0011v. 11v. 11v. 11zv. 11v. 11rs5 300101v. 11v. 11v. 11zv. 11v. 11x. 210111v. 11v. 11v. 11zv. 11v. 11b. 3

15、 51001v. 35v. 35v. 35zv. 35v. 35rs449/v. 361011v. 11v. 11v. 11zv. 11v. 11v. 28/rs2321101v. 28v. 28v. 28zv. 28v. 28 无电缆 1111zzzzzz由表2可知，如果将端口设置为v. 3 5模式，模式选择引脚应 当为m 2=1, m 1 = 0 , m 0 = 0 o此时，对于控制信号，驱动器 和接收器将工作在v. 2 8 (rs 2 3 2 )模式；而对于吋钟和数据信 号，驱动器和接收器将工作在v. 3 5模式。模式选择可通过控制电路或利用跳线将模式引脚接至地或v c c 来实现对引脚

16、m 0、m 1和m 2的控制，也可通过适当的接口 电缆插入到连接器上实现外部选择控制。若选用后者，则当移开电缆 吋，全部模式引脚均不连接，即m 0 =m 1 =m 2 = 1 ,此吋l t c 1546/ltc154 4进入无电缆模式。在这种模式中，l t c 1 5 4 6 / 1 5 4 4的供电电流将下降到5 0 0卩a以下，并且lt c1 546/ltc 1544驱动器输出将被强制进入高阻状态。同 时，ltc 1 5 4 6的r 2和r 3接收器应当分别用1 0 3 q端接， 而l t c 1 5 4 6和ltc1 544上的其它接收器则应通过3 0 k q电阻接到地。通过d c e / d t e引脚可使能l t c 1 5 4 6中的驱动器3/接收器1、ltc 1 5 4 4中的驱动器3 /接收器1和驱动器4 / 接收器4； ltc 1 5 4 4中的i nve rt信号对驱动器4 /接收 器4起使能作用。可以通过下面两种方法屮的一种将ltc 15 4 6/ l t c 1 5 4 4设置为dte或dce工作模式：一种是将专门配 有适当极性的连接器接至d t e或dc e端；另一种是通过专用d t e电缆或专用d c e电缆发送信号给l tc1546/ltc154 4,同时使用一个连接器构成一种既适合d t e又适合d c e的工 作模式。32典型