无源光电隔离RS_232转RS_485接口转换器设计

1、年第卷第期第页电气传动自动化，（）：文章编号：（）无源光电隔离转接口转换器设计孙宁先（兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室，甘肃兰州）摘要：介绍了接口与接口无源光电隔离转换器的设计，采用简单实用的串口窃电技术，整个电路使用了新型高速数字光电耦合器、肖特基势垒二极管等低功耗、低工作电压的元器件，并详细说明了硬件的设计。关键词：接口转换器；串口窃电技术；光隔；肖特基势垒二极管；低功耗中图分类号：文献标识码：（，）：，：；引言随着现代工业自动化设备的增多和分布式控制系统的发展，工业控制不断地采用局域网控制，迫切需要一种能适合较远距离的数字通信的总线，接口的优势也就展露出来了，它成本低廉，组

2、网简单，而且通信距离可以满足一般工业应用，因此获得了广泛的应用。、都是串行数据接口标准。在协议中规定：典型的信号在正负电平之间摆动，发送数据时，发送端驱动器输出负电，正电平在电平，收发线电平在平都是对地电压，但是它的传输距离近，传输速率比较低。为半双工，采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线传输，可以消除。通常情况下，发送驱动器两线之共模干扰信号总体设计目前，接口转换器的设计方法有很多，设计的基本思路是将接口电平转换成电平，然后变成接口电平，有的直接用线控制收发器的数据收发，有的用单片机控制收发器的数据收发。以前，硬件设计的方法是先用和转换电平，经过光电耦合器，最后用收发器或变成的

3、差分信号。此后，又用系列的来代替和。不过，因为在和相互转换过程中电平被反向，如果用（针口发送请求）控制收发器的收发状态，还要多用一个反向器将电平恢复才行。由于串口的供电能力比较差，上述方法的元件需电源，而且元件比较多、功耗大，显然是不适合串口窃电的情况。本设计是采用串口窃电技术的转换器，设计根本思路与传统方法相似，但是具体设计和元件选择依托节能和较低的工作电压。整体系统结构如图所示，由串口窃电、收发器、间的正电平逻辑状态在，负电平逻辑状态在。当在接收端之间有大于的电平时，输出正逻辑电平，小于时，输出负逻辑电平，接收器接收平衡线上的电平范围通常在至之间。它的传输距离大于，年第期孙宁先无源光电隔离

4、转接口转换器设计数据发送端，是数据接受端，是请求发送，它控制着整个转换器的收发状态。电路的分析、设计及其元器件的选择串口窃电接口中有个发送信号，即数据终端准备好、请求发送和发送数据。这根输出信号线中，每根线上的典型输出电流为±，典型输出电压为±。经实验可知，当单独从串口取电可以得到约的电压，但串接到电路里，由于能量的损失，电压就降到多了，因此这里采用电源供电。从和两根信号线上可获取的输入功率为××××，当电源转换效率为，输出电压为时，和可提供的输出电流为。如图所示，尽管和是正负变化的，但是为了尽可能地获取电能，采用从、四线取电，串接二

5、极管接入稳压管获得电源。使用的二极管是肖特基二极管，电压降比较小约为。根据（）（）可以计算出稳压器的输入电压范围，设定输出电压的波动范围为±，由串口电平可以求出。选用比较常用的稳压管即可。（贴片），它是的工作电源，有两个驱动器和和两个接受器，最小传输速度为，且体积小。该片子需外加个电容，（）是电源去耦电容，其余、都是用以提高抗干扰能力的钽电解质电容。但是它在信号传输过程中有反向器的作用，信号经过它后电平都会被反向。光耦合器在某些工业控制领域，由于现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电压。虽然接口采用的是差分传输方式，具有一定抗共模干扰的能力，但是当共模电压超过接收器的极限接收

6、电压，即大于或小于时，接收器就再也无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备，因此通过光电耦合器将信号隔离，进一步消除共模电压的影响。这里选用高速数字光电耦合器。它的特点是低功耗、电源电压范围为、输入电流可低至、速度、可在温度范围内无故障运行等等。无论是在节能、低工作电压方面，还是在速度方面都满足条件，更重要的是它具有选通输出功能，如表所示为功能表。通过设置使能端可以使接口收发器反向的（请求发送信号）信号还原，省略了反向器的使用。另外要注意的是该光隔是静电敏感器件，拿取和焊接时应注意静电防护；为了减少旁路电源噪声，在脚和脚（距光隔管脚）挂接的瓷片电容（、）。表功能表开使能端关输出接口收发器

7、接口电平标准：逻辑是，逻辑是，它必须转换成标准的传输电平电平。由于工作电源电压为，不能选取诸接口收发器接口收发器的作用是将电平转换成的差分信号。本设计采用作为的接口芯片，它的特点是工作电压是，工作电流，数据传输速率为，。当驱动负载时峰值电流可达在通讯过程中会出现信号反射现象，实质上，电气传动自动化年第期，该器件可承受的电压范围是；瞬间承受的功率约为；反应速度快，典型的反应时间小于。可将它们分别连接在接口收发器的接受线与地线之间、发送线与地线之间来抑制瞬态电压的干扰，从而避免雷电对通信网络的破坏。结束语本设计采用了实用而简单的从串口取电的方既隔离了法，采用新型高速数字光隔，干扰信号、保护了仪器设

8、备，又减少了元件的使用，同时也采用了防雷保护。整个设计简单、实用、成本低。参考文献：李朝青机及单片机数据通信技术北京：北京航空航天大学出版社，戴伏生主编基础电子电路设计与实践北京：北京国防工业出版社，刘文豫，任宏高速数字光电耦合器及其应用设计应用，（）傅丰林主编模拟电子线路基础西安：西安电子科技大学出版社，作者简介：孙宁先（），男，辽宁省营口市人，年毕业于兰州交通大学，获得工学学士学位，现为兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室在读研究生，研究方向为控制理论及控制工程。抗不连续和阻抗不匹配引起的，所以在网（）的匹配电阻。异步通信数据络终端加是以字节的方式传送，每一个字节在传送的时候，总是先通过一个低电平起始位实现握手，为防止干扰信号误触发（收发器输出）或（收发器输入）产生负跳变，从而致使接收端进入接。因此，在的管脚和收或发送状态接上拉电阻和。同理也在收发控制的管（低电平有效）和（高电平有效）也要连接脚上拉电阻，具体的硬件电路如图所示（没有使用的管脚未标注出来）。上拉电阻、的取值影响着光隔的可靠性，所以它们的阻值范围是，为了一致，取、值为。防雷设施在通信线路中安装防雷设施是必不可少的，因为威胁通信接口安全的主要因素是瞬态电压的干扰，在此