本文旨在幫助設計工程師對RS-232接口產品中可用的各種功能進行分類。所描述的主要特性包括穩壓電荷泵、自動關斷、RS-232兼容與兼容操作、ESD保護以及包括兆波特操作在內的數據速率。

RS-232 背景

盡管開發了更新的數字接口標準，但不起眼的RS-232串行端口仍然是一種非常流行的數據傳輸方式。RS-232接口堅固且易于使用，仍然是要求更高、要求更高的數字接口的有吸引力的替代品。本應用筆記描述了主要特性，并幫助設計人員選擇合適的RS-232收發器。需要考慮的因素包括：

電源要求

功耗/電池壽命功能（如自動關機）

速度（數據速率）

符合信號電平標準

增強型靜電保護

隔離功能

包裝尺寸

單電源RS-232收發器

RS-232標準要求低電平為+5V（最小值），高電平為-5V（最小值）。更高的電壓擺幅可確保信號通過有損電纜傳輸到RS-232接收器后具有更大的抗噪性。早期的RS-232收發器（如MAX1488和MAX3185，至今仍在使用）需要雙電源。大多數電路板都包括一個負電源，僅用于為這些設備供電。

1987年，Maxim推出首款單電源RS-232器件MAX232。MAX232（和其他單電源器件）包括兩個電荷泵。第一個電荷泵將+5V加倍至約+10V，第二個電荷泵將+10V電荷泵輸出反相至-10V。由于這些電荷泵未穩壓，發送器的正負輸出電壓通常遠低于+10V和-10V。電源壓降的深度是發射器驅動的電纜電容和數據速率的函數。

MAX232迅速成為行業標準。許多電路板設計人員至今仍在使用MAX232，盡管單電源器件多年來經歷了廣泛的改進。了解新器件的特性將有助于設計工程師為應用選擇最佳器件。

RS-232收發器采用低壓單電源供電

隨著電源電壓從+5V降至+3.3V或更低，單電源RS-232收發器跟上了步伐。由3.0V至5.5V電壓供電的收發器使用兩個穩壓電荷泵，而不是僅由+5V供電的器件中使用的非穩壓類型。單個穩壓電荷泵不會使輸入電壓加倍，而是將輸入電壓提升至約+5.4V。第二個穩壓電荷泵將+5.4V電源反相至約-5.4V。這構成了顯著的節能，因為驅動±5.4V與±10V電纜的容性負載所需的能量更少。一旦達到目標輸出電壓，就關閉（跳過周期）相應的電荷泵，從而進一步節省能源。

當設計工程師首次發現這些器件時，通常會出現有關抗噪性的問題。然而，這些器件的抗噪性非常出色，盡管隨著電纜變長和容性負載增加，穩壓電荷泵更努力地保持±5.4V輸出。事實上，±5.4V輸出在采用穩壓電荷泵的器件中，使用更長的電纜和更高的數據速率可以更好地保持輸出，而不是使用輸出最初具有較高電壓的非穩壓電荷泵的器件。

Maxim還提供一系列RS-232收發器，工作電壓低至2.35V。Maxim甚至具有兩個超低功耗RS-232收發器，MAX218和MAX3218，它們使用電感和電容，允許采用+1.8V單電源供電。

通過自動關機技術延長電池壽命

許多RS-232收發器提供簡單的關斷功能，可通過對關斷引腳施加邏輯電平來激活。由于大多數RS-232器件僅在短時間內使用，因此關斷功能可以節省能源并增加便攜式設備電池的運行時間。

其他RS-232器件集成了更高級的功能，稱為自動關斷，通常將關斷電源電流限制在1uA。這些設備可以確定傳輸電纜是否連接到RS-232收發器。如果電纜未連接到RS-232收發器，則設備將進入關閉狀態，直到檢測到傳輸電纜的存在。配備自動關斷功能的收發器監控其接收器輸入端的RS-232信號，以確定電纜是否已連接。當沒有電纜時，RS-232接收器輸入端的信號約為0V。如果收發器檢測到所有接收器輸入都在-0.3V至+0.3V之間，大于30μS，則假定未連接有效的發送器電纜，并將自動將自身置于低功耗模式（關斷）。如果接收器的任何一個輸入超過+2.7V（即，只要重新連接電纜），該器件將自動退出關斷狀態。此功能可以通過強制打開或關閉設備的信號覆蓋。參見圖1。MAX3228E、MAX3229E和MAX3246E是具有自動關斷功能的收發器的三個示例。

圖1.RS-232收發器中集成的Autoshutdown Plus邏輯允許收發器在30秒間隔內檢測到其發射器或接收器輸入端的信號交易，就可以保持通電狀態。否則，當信號之間的間隔大于 30 秒時，收發器會自動關斷。施加到 FORCEON 和/FORCEOFF 輸入的邏輯電平可打開和關閉器件的電源，覆蓋由接收器和發射器輸入信號活動控制的 Autoshutdown Plus 邏輯。

Autoshutdown Plus與Autoshutdown類似，因為它旨在通過在不使用RS-232設備時關閉RS-30設備來節省功耗。Autoshutdown Plus 會在電纜斷開連接時關閉收發器，以及當電纜連接且 232 秒或更長時間未檢測到數據邊緣時。這樣，無論電纜是否已連接，您都可以獲得自動關機的好處。Autoshutdown-Plus 器件監控 RS-30 接收器輸入和數字發射器輸入的信號活動;如果在 1 秒內任何這些線路上沒有活動，則會關閉。與自動關機一樣，您可以使用覆蓋自動關機加功能的引腳強制打開或關閉器件。參見圖3238。MAX3380E、MAX3381E、MAX3226E、MAX3246E和MAX<>E是具有自動關斷增強功能的五款收發器。

兼容與合規

為了符合RS-232規范，變送器需要提供±5V輸出信號電平。要使RS-232接收器符合要求，其閾值必須為最大±3V。因此，這些器件以健康的±2V噪聲容限工作。因此，可以侵蝕一定比例的裕量，同時仍保持準確的數據傳輸。當發射器輸出電壓范圍較窄時，裕量會減小。當發射器輸出最小為±3.7V時，它們被認為是兼容的，而不是兼容的RS-232輸出。例如，如果用±232V電源為不包含電荷泵（因此更便宜、更小）的RS-5器件供電，則其輸出電壓不可能達到±5V。在這些條件下工作且發射器輸出至少為±3.7V的設備被稱為RS-232兼容而不是兼容。

增強型靜電保護

所有RS-232器件的端子上都包含ESD保護結構，以防止在處理和組裝過程中遇到的靜電放電。一些制造商提供具有標準和增強保護的設備。由于標準和增強保護器件幾乎總是具有相同的引腳配置，因此添加具有增強型ESD保護的器件通常不需要對現有印刷電路板進行任何修改。

某些應用要求RS-15和CMOS數字端子具有±232kV ESD保護。例如，為了降低成本和尺寸，手機本身不包含RS-232收發器。相反，CMOS級信號通過手機底部的連接器路由。如果手機所有者想要連接到筆記本電腦的RS-232端口，他或她將購買一根“數據塊”電纜，其中包括RS-232收發器。在這種情況下，RS-232發射器和接收器的兩側都與連接器相連，使其面臨更高的ESD風險。在這種情況下，可能需要在發射器和接收器的RS-232和CMOS側擴展ESD保護。MAX3237E、MAX3380E和MAX3381E是適合此任務的三種收發器。

數據速率

最新的RS-232規范要求數據速率為20kbps或更低。盡管有這種限制，大多數RS-232收發器的數據速率遠遠超過該速度。事實上，今天的RS-232收發器可以達到1Mbps的速度。有關工作速率為2Mbps的收發器的示例，請參見圖1。為了達到這樣的速度，這些器件違反了另一個RS-232規范，即允許的最大發射器輸出壓擺率為30V/μs。RS-232規范要求發送器輸出不超過此壓擺率，從而減少快速邊沿產生的噪聲量。以高達1Mbps的速度運行的收發器的輸出也受到壓擺率限制，但壓擺率超過RS-232規格。這些發射器的輸出比低壓擺率的發射器發出更高的噪聲。這些設備的較快轉換速率也帶來了另一個問題，即與較慢設備的兼容性。如果能夠每秒兆比特操作的部件高速傳輸數據，則電纜的另一端必須存在能夠以相同速度運行的收發器。如果在電纜的另一端使用速度較慢的設備，則以較慢的數據速率運行可能會起作用，盡管不能保證。MAX3227E、MAX3245E和MAX3225E是三款能夠實現1Mbps傳輸速率的收發器。

圖2.上面的示波器照片顯示了工作速率為 232Mbps 的 RS-1 接收器。

隔離式RS-232收發器

Maxim創造了MAX3250，這是一款+50V隔離式收發器，能夠承受傳輸線意外短路至+24或+48V電源總線的損壞。MAX3250是光隔離收發器的低成本替代品。Maxim專有的隔離方法是無電感和無變壓器，簡化了EMI合規性。

包裝尺寸

Maxim開發了世界上最小的RS-232接收器和發送器，采用微型SOT23-5封裝。這些器件針對低功耗節省空間的應用進行了優化，關斷電流低至 0.2uA。MAX3189E和MAX3190E是RS-232 SOT23-5發送器的優秀示例，具有低關斷電流，與MAX3180E系列接收器相得益彰。

審核編輯：郭婷