Изолированный интерфейс RS-232

Для подключения внешних устройств к компьютеру довольно часто используется последовательный интерфейс RS-232. Во многих случаях желательно иметь гальваническую развязку компьютера и подключаемого устройства. Это необходимо для снижения помех в устройствах с чувствительной аналоговой частью, а также для повышения безопасности и "живучести" устройств.

Есть множество способов реализации гальванической развязки интерфейса RS-232. Самой большой популярностью пользуется оптронная развязка, когда оптроны одновременно служат и для преобразования уровней, и для получения развязки. Но такой способ обладает рядом недостатков: быстродействие оптронов часто оказывается недостаточным, а однотактный выход такого передатчика не может работать на длинную линию. Самым надежным решением является применение DC-DC преобразователя для питания "горячей" части схемы адаптера, в которой применяется полноценная микросхема драйверов/ресиверов RS-232. Но такое решение получается дорогим и громоздким.

Существует альтернативное решение, которое при своей простоте обеспечивает достаточно высокие характеристики. Хорошей альтернативный оптронам в последнее время стали микросхемы цифровых изоляторов семейства iCoupler фирмы Analog Devices. Они имеют высокую электрическую прочность изоляции и замечательные скоростные характеристики при вполне приемлемой стоимости. В дополнение цифровым изоляторам, адаптер изолированного интерфейса RS-232 должен содержать преобразователи уровней. С ресиверами особых проблем не возникает, а вот драйверы должны обладать высоким быстродействием и обеспечивать достаточный как втекающий, так и вытекающий ток для работы на длинную линию. При реализации таких драйверов на дискретных элементах схема получается громоздкой. Применение распространенных микросхем драйверов/ресиверов типа ADM232 и аналогичных при питании от линий RS-232 сдерживается большим потребляемым ими током. Однако есть выход: если принудительно отключить встроенный charge-pump, то потребление микросхемы значително снижается. Действительно, несколько не рационально снижать параметрическим стабилизатором напряжение 10…12 В, которое поступает с порта, чтобы потом питать напряжением 5 В микросхему, которая снова сделает себе ±10 В с помощью встроенного преобразователя! Чтобы отключить преобразователь, достаточно просто не подключать используемые им конденсаторы.

Рис. 1. Принципиальная схема адаптера изолированного интерфейса RS-232.

Принципиальная схема адаптера изолированного интерфейса RS-232 показана на рис. 1. В качестве преобразователей уровней используется микросхема U1 типа ADM232 или ее аналог. Выводы 1, 3, 4, 5 оставлены свободными, благодаря чему внутренний преобразователь отключен. Питание микросхема получает через защитные резисторы R1 и R2 от линий RTS и DTR интерфейса RS-232. Это, конечно, является недостатком данного адаптера, так как невозможно использовать эти сигналы для целей управления потоком. К тому же, порт компьютера должен быть настроен таким образом, чтобы на выходе RTS присутствовало напряжение +10…12 В, а на DTR - напряжение –10…12 В. В случае, если используется самодельная управляющая программа, с этим обычно проблем не возникает. Для гальванической развязки сигналов интерфейса используется микросхема U2 типа ADuM1201. Хотя в этой схеме вполне можно использовать и оптроны, особенно, если не требуются высокие скорости передачи данных. Для питания микросхемы U2 служит параметрический стабилизатор R3D1. "Холодная" сторона микросхемы U2 питается напряжением +5 В (или +3.3 В) от внешнего устройства, для которого, собственно, этот адаптер и предназначен.