專利名稱：支持熱拔插的rs232接口電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及RS232接口，具體涉及支持熱拔插的RS232接口電路。
背景技術：
RS232接口是各種計算機系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常使用的一種標準配置接口，標準的RS232接口本身不支持熱拔插。但是，在某些應用場合或者為了工程使用中操作方便，要求其支持熱拔插的功能，并且，出于可靠性和安全性的考慮，要求RS232接口支持與系統(tǒng)設備的完全隔離。目前，雖然有為數(shù)不多的幾家生產(chǎn)廠商能提供隔離型的RS232接口解決方案，但都不具備支持熱拔插的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是解決RS232接口如何支持熱拔插的問題。為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是提供一種支持熱拔插的RS232接口電路，包括電源隔離電路和數(shù)據(jù)信號隔離電路；所述電源隔離電路包括限流負載開關、原邊變壓器H橋驅(qū)動器、變壓器和整流濾波電路，電源經(jīng)限流負載開關限流后輸入到原邊變壓器H橋驅(qū)動器，所述原邊變壓器H橋驅(qū)動器驅(qū)動變壓器升壓為與RS232接口電平相應的交流電壓，然后由整流濾波電路整流為與RS232接口電平相應的P9V和N9V直流電壓源輸出；所述數(shù)據(jù)信號隔離電路包括第一光耦、第二光耦和三極管，RS232接口端的數(shù)據(jù)發(fā)送信號RXD232經(jīng)第一緩沖保護電路輸入到第一光耦，第一光耦輸出UART0IN信號至通用異步接收/發(fā)送控制器；通用異步接收/發(fā)送控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送信號UART00UT輸入到第二光耦，第二光耦的輸出信號經(jīng)上拉電阻連接至三極管的基極，三極管的發(fā)射極接電源隔離電路輸出的P9V，電源隔離電路輸出的N9V經(jīng)下拉分流電阻電路連接至三極管的集電極，從三極管的集電極輸出的RS232接口端的數(shù)據(jù)接收信號TXD232經(jīng)第二緩沖保護電路輸出至 RS232 接口。在上述方案中，所述第一緩沖保護電路包括第一安規(guī)電容、第一 TVS 二極管、第一電感和第一二極管，第一電容與第一 TVS 二極管并聯(lián)后依次與第一電感和第一二極管連接，第一二極管依次串聯(lián)兩個限流電阻連接到第一光耦的P管腳，第一光耦的N管腳經(jīng)第二二極管接第一二極管的輸出端；所述第二緩沖保護電路包括第二安規(guī)電容、第二 TVS 二極管和第二電感，第二電容與第二 TVS 二極管并聯(lián)后與第二電感連接，第二電感與三極管的集電極連接。在上述方案中，所述下拉分流電阻電路由第一、第二下拉分流電阻并聯(lián)組成。在上述方案中，所述電源隔離電路的輸入電壓為直流5V，限流負載開關的型號為TPS22941DCKR，原邊變壓器H橋驅(qū)動器的型號為MAX253CSA+，限流負載開關的Vin管腳與所述輸入電壓連接，Vout管腳接原邊變壓器H橋驅(qū)動器的VCC管腳以及變壓器TRl的中心抽頭，變壓器TRl初級線圈的輸入端分別接原邊變壓器H橋驅(qū)動器的D1、D2管腳，變壓器TRl的次級線圈的輸出端接整流濾波電路。在上述方案中，所述電源隔離電路的輸入電壓為直流3. 3V，限流負載開關的型號為TPS22941DCKR，原邊變壓器H橋驅(qū)動器的型號為MAX253CSA+，限流負載開關的Vin管腳與所述輸入電壓連接，Vout管腳接原邊變壓器H橋驅(qū)動器的VCC管腳以及變壓器TRl的中心抽頭，變壓器TRl初級線圈的輸入端分別接原邊變壓器H橋驅(qū)動器的D1、D2管腳，變壓器TRl的次級線圈的輸出端接整流濾波電路，變壓器初級線圈的兩個輸入端分別通過一個二極管連接到原邊變壓器H橋驅(qū)動器的的VCC管腳。在上述方案中，兩個所述二極管的公共輸出端經(jīng)一個濾波電容接地。本發(fā)明，在RS232接口電路的電源輸入端設置了限流負載開關以抑制浪涌電流，如果RS232接口出現(xiàn)的電流超過了設定的閾值，則限流負載開關自動關斷；在對外接口一偵牝設置TVS管并串聯(lián)一定等效阻抗的電感以及安規(guī)電容，從而有效鉗制過壓擊穿電路的可能，從而實現(xiàn)了 RS232接口電路支持熱拔插的功能。


圖I為本發(fā)明提供的支持熱拔插的RS232接口電路中5V電源隔離電路的電路圖； 圖2為本發(fā)明提供的支持熱拔插的RS232接口電路中3. 3V電源隔離電路的電路圖； 圖3為本發(fā)明提供的支持熱拔插的RS232接口電路中數(shù)據(jù)信號隔離電路的電路圖； 上述電路中，GND\G是隔離前的UART電路的公共地，E\G是隔離后RS232接口電路的公共地。
具體實施例方式設計支持熱拔插的RS232接口電路時，主要需要考慮對信號端過壓脈沖的破壞和來自電源的浪涌電流可能帶來的對接口電路的破壞。為此，本發(fā)明在電源輸入端設置了限流負載開關以抑制浪涌電流，如果RS232接口出現(xiàn)的電流超過了設定的閾值，則限流負載開關自動關斷；針對信號端的過壓沖擊，本發(fā)明采用的措施是在對外接口一側(cè)，設置TVS管并串聯(lián)一定等效阻抗的電感以及安規(guī)電容，從而有效鉗制過壓擊穿電路的可能。下面結(jié)合說明書附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作出詳細的說明。本發(fā)明提供的支持熱拔插的RS232接口電路包括電源隔離電路和數(shù)據(jù)信號隔離電路，電源隔離電路的輸入電壓可以是直流5V，也可以是直流3. 3V。下面首先對圖I所示的5V電源隔離電路的電路圖進行說明，該電路包括限流負載開關IC1、原邊變壓器H橋驅(qū)動器IC2、變壓器TRl和整流濾波電路。5V直流輸入電壓經(jīng)限流負載開關ICl限流后輸入到原邊變壓器H橋驅(qū)動器IC2，并驅(qū)動變壓器TRl升壓為與RS232接口電平相應的12V交流電壓，然后由整流濾波電路整流為與RS232接口電平相應的±12V直流電壓源輸出。再參見圖1，限流負載開關ICl的型號為TPS22941DCKR，原邊變壓器H橋驅(qū)動器IC2的型號為MAX253CSA+。ICl的Vin管腳與5V直流輸入電壓連接，且該5V直流輸入電壓并聯(lián)一個電源端安規(guī)電容Cl，利用電源端安規(guī)電容Cl可以避免電擊而危及人身安全。ICl的OC管腳串聯(lián)一個過流電阻Rl后也連接到5V直流輸入電壓，ICl的ON管腳和GND管腳接地，ICl的Vout管腳分別接原邊變壓器H橋驅(qū)動器IC2的VCC管腳和變壓器TRl的中心抽頭，IC2的GND和SD管腳接地，IC2的FS管腳串接變頻電阻R5后接地，變壓器TRl初級線圈的輸入端分別接IC2的Dl、D2管腳，變壓器TRl次級線圈的輸出端接整流濾波電路。整流濾波電路由四個二極管D5 D8和四個電容C6 C9組成，該整流濾波電路為本領域的常規(guī)設計，在此不再贅述。限流負載開關ICl是一個過流保護器件，RS232接口熱拔插時，如果有太大的浪涌電流，則該限流負載開關ICI會自動關斷，防止燒壞被隔離保護的電路，限流負載開關ICl的Vout管腳上還通過一個電容C4接地，原邊變壓器H橋驅(qū)動器IC2的VCC管腳上還通過一個電容C5接地，電容C4、C5起濾波保護作 用。原邊變壓器H橋驅(qū)動器IC2將限流負載開關ICl輸出的5V直流電壓源轉(zhuǎn)化為一定頻率的交變脈沖驅(qū)動變壓器TR1，在變壓器TRl的輸出端通過整流濾波電路得到一個隔離后的直流電壓源，且該直流電壓源的幅值可以根據(jù)變壓器TRl的匝數(shù)比不同調(diào)節(jié)大小。對于如圖I所示的輸入電源為5V的電路，變壓器TRl的匝數(shù)比為I : 2. 1，從而將5V電壓升壓得到一個適合RS232接口電平邏輯的參考電平，也就是圖I中的P9V和N9V。圖2為3. 3V電源隔離電路的電路圖，與圖I所示的5V電源隔離電路不同的是，該電路的輸入電壓為直流3. 3V，原邊變壓器H橋驅(qū)動器IC2的Dl管腳和D2管腳分別通過二極管D3和D4反饋到IC2的VCC管腳，即變壓器TRl初級線圈的兩個輸入端分別通過一個二極管D3、D4連接到原邊變壓器H橋驅(qū)動器的VCC管腳，二極管D3和D4的公共輸出端還經(jīng)一個濾波電容ClO接地，濾波電容ClO起濾波作用。原邊變壓器H橋驅(qū)動器IC2本身的啟動工作電壓只需要2. 5V，但啟動以后持續(xù)工作則需要給IC2的VCC —個4. 5V以上7V以下的工作電壓，因此，如果是3. 3V單電源供電，則需要增加D3、D4和ClO利用變壓器TRl升壓整流后供給VCC使用。圖3為本發(fā)明提供的支持熱拔插的RS232接口電路中數(shù)據(jù)信號隔離電路的電路圖。如圖3所不,數(shù)據(jù)信號隔離電路包括第一光稱OCl、第二光f禹0C2和三極管Tl。請參見圖3，圖中UART0IN和UART00UT分別是通用異步接收/發(fā)送控制器UART —側(cè)的數(shù)據(jù)接收信號(輸入信號)和數(shù)據(jù)發(fā)送信號(輸出信號)，RS232接口端DB9的TXD232和RXD232分別是PC機或設備的RS232接口一側(cè)的數(shù)據(jù)接收信號(輸入信號)和數(shù)據(jù)發(fā)送信號(輸出信號)。RS232接口端的數(shù)據(jù)發(fā)送信號RXD232經(jīng)第一緩沖保護電路輸入到第一光耦OCl，第一光耦OCl輸出UART0IN信號至通用異步接收/發(fā)送控制器。第一緩沖保護電路包括第一安規(guī)電容C2、第一 TVS 二極管D1、第一電感LI和第一二極管D9，第一安規(guī)電容C2與第一TVS 二極管并聯(lián)后依次與第一電感LI和第一二極管D9連接，第一二極管D9依次串聯(lián)兩個限流電阻R6、R7后連接到第一光耦OCl的P管腳，第一光耦OCl的N管腳經(jīng)第二二極管DlO接第一二極管D9的輸出端，第一光耦OCl的VCC管腳接3. 3V電壓，UART0IN是通用異步接收/發(fā)送控制器UART的數(shù)據(jù)接收信號，UART0IN接第一光耦OCl的VO管腳，RS232接口端的數(shù)據(jù)發(fā)送信號RXD232經(jīng)第一光耦OCl隔離后，轉(zhuǎn)化為LVTTL邏輯電平的UART0IN，完成邏輯電平轉(zhuǎn)化和隔離保護的功能。其中，第一安規(guī)電容C2、第一 TVS 二極管Dl和第一電感LI的作用是抑制RS232接口拔插時易出現(xiàn)的浪涌電流和幅值較高的振蕩電壓，第一二極管D9的作用是利用其反向截止的功能，保護PC側(cè)或設備側(cè)的串口，如沒有D9，當PC側(cè)或設備側(cè)為邏輯高時，電壓遠低于E\G，會產(chǎn)生較大的電流，有D9作反向截止，產(chǎn)生的電流就很小了。第二二極管DlO起反向電壓鉗位的作用，如沒有D10，則反向電壓過高，會損壞OCl的發(fā)光二級管。限流電阻電阻R6、R7起限流和散熱作用。UART的數(shù)據(jù)發(fā)送信號UART00UT接第二光耦0C2的N管腳，第二光耦0C2的P管腳經(jīng)電阻RlO接UART側(cè)的3. 3V電壓源，第二光耦0C2的VCC和VO管腳分別串接上拉電阻R8和限流保護電阻R9后接三極管Tl的基極，三極管Tl的發(fā)射極接電源隔離電路輸出的P9V，從三極管Tl的集電極輸出的RS232接口端的數(shù)據(jù)接收信號TXD232經(jīng)第二緩沖保護電路輸出至RS232接口，最終UART00UT轉(zhuǎn)化為RS232接口的數(shù)據(jù)發(fā)送信號TXD232。第二緩沖保護電路包括第二安規(guī)電容C3、第二 TVS 二極管D2和第二電感L2，第二安規(guī)電容C3與第二TVS 二極管D2并聯(lián)后與第二電感L2連接，第二電感L2與三極管Tl的集電極連接，電源隔離電路輸出的N9V經(jīng)下拉分流電阻電路接三極管Tl的集電極，下拉分流電阻電路由第一、第二下拉限流電阻R3、R4并聯(lián)組成。第二光耦0C2起兩個作用一是將UART的LVTTL邏輯電平與RS232的邏輯電平隔離并轉(zhuǎn)化；二是起到拔插保護作用。三極管Tl的作用是信號反向，這是因為RS232的邏輯電平是反邏輯的，同時三極管Tl的耐壓和耐流值都比較大，增強熱拔插保護能力。第一、第 二下拉限流電阻R3、R4用來進行分流和散熱。本發(fā)明采用了高速光耦，串口速率可以達到115200bps，滿足目前嵌入式系統(tǒng)設計中的串口速率要求。因為變壓器和高速光耦承受的過流和過壓沖擊能力也比較強，所以整個接口設計具備支持熱拔插能力。本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術方案，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.支持熱拔插的RS232接口電路，其特征在于，包括電源隔離電路和數(shù)據(jù)信號隔離電路； 所述電源隔離電路包括限流負載開關、原邊變壓器H橋驅(qū)動器、變壓器和整流濾波電路，電源經(jīng)限流負載開關限流后輸入到原邊變壓器H橋驅(qū)動器，所述原邊變壓器H橋驅(qū)動器驅(qū)動變壓器升壓為與RS232接口電平相應的交流電壓，然后由整流濾波電路整流為與RS232接口電平相應的P9V和N9V直流電壓源輸出； 所述數(shù)據(jù)信號隔離電路包括第一光耦、第二光耦和三極管，RS232接口端的數(shù)據(jù)發(fā)送信號RXD232經(jīng)第一緩沖保護電路輸入到第一光耦，第一光耦輸出UARTOIN信號至通用異步接收/發(fā)送控制器；通用異步接收/發(fā)送控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送信號UART00UT輸入到第二光耦，第二光耦的輸出信號經(jīng)上拉電阻連接至三極管的基極，三極管的發(fā)射極接電源隔離電路輸出的P9V，電源隔離電路輸出的N9V經(jīng)下拉分流電阻電路連接至三極管的集電極，從三極管的集電極輸出的RS232接口端的數(shù)據(jù)接收信號TXD232經(jīng)第二緩沖保護電路輸出至RS232接口。
2.如權利要求I所述的支持熱拔插的RS232接口電路，其特征在于，所述第一緩沖保護電路包括第一安規(guī)電容、第一 TVS 二極管、第一電感和第一二極管，第一電容與第一 TVS 二極管并聯(lián)后依次與第一電感和第一二極管連接，第一二極管依次串聯(lián)兩個限流電阻連接到第一光耦的P管腳，第一光耦的N管腳經(jīng)第二二極管接第一二極管的輸出端；所述第二緩沖保護電路包括第二安規(guī)電容、第二 TVS 二極管和第二電感，第二電容與第二 TVS 二極管并聯(lián)后與第二電感連接，第二電感與三極管的集電極連接。
3.如權利要求I所述的支持熱拔插的RS232接口電路，其特征在于，所述下拉分流電阻電路由第一、第二下拉分流電阻并聯(lián)組成。
4.如權利要求I所述的支持熱拔插的RS232接口電路，其特征在于，所述電源隔離電路的輸入電壓為直流5V，限流負載開關的型號為TPS22941DCKR，原邊變壓器H橋驅(qū)動器的型號為MAX253CSA+，限流負載開關的Vin管腳與所述輸入電壓連接，Vout管腳接原邊變壓器H橋驅(qū)動器的VCC管腳以及變壓器TRl的中心抽頭，變壓器TRl初級線圈的輸入端分別接原邊變壓器H橋驅(qū)動器的D1、D2管腳，變壓器TRl的次級線圈的輸出端接整流濾波電路。
5.如權利要求I所述的支持熱拔插的RS232接口電路，其特征在于，所述電源隔離電路的輸入電壓為直流3. 3V，限流負載開關的型號為TPS22941DCKR，原邊變壓器H橋驅(qū)動器的型號為MAX253CSA+，限流負載開關的Vin管腳與所述輸入電壓連接，Vout管腳接原邊變壓器H橋驅(qū)動器的VCC管腳以及變壓器TRl的中心抽頭，變壓器TRl初級線圈的輸入端分別接原邊變壓器H橋驅(qū)動器的D1、D2管腳，變壓器TRl的次級線圈的輸出端接整流濾波電路，變壓器初級線圈的兩個輸入端分別通過一個二極管連接到原邊變壓器H橋驅(qū)動器的的VCC管腳。
6.如權利要求4或5所述的支持熱拔插的RS232接口電路，其特征在于，所述輸入電壓上并聯(lián)一個電源端安規(guī)電容。
7.如權利要求5所述的支持熱拔插的RS232接口電路，其特征在于，兩個所述二極管的公共輸出端經(jīng)一個濾波電容接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種支持熱拔插的RS232接口電路，包括電源隔離電路和數(shù)據(jù)信號隔離電路，電源隔離電路中設有限流負載開關以抑制浪涌電流，數(shù)據(jù)信號隔離電路包括第一光耦、第二光耦和三極管，數(shù)據(jù)發(fā)送信號RXD232經(jīng)第一緩沖保護電路輸入到第一光耦，數(shù)據(jù)發(fā)送信號UART0OUT輸入到第二光耦，第二光耦的輸出信號經(jīng)上拉電阻連接至三極管的基極，三極管的發(fā)射極接電源隔離電路輸出的P9V，電源隔離電路輸出的N9V經(jīng)下拉分流電阻電路連接至三極管的集電極。本發(fā)明，如果RS232接口出現(xiàn)的電流超過了設定的閾值，則限流負載開關自動關斷，且通過第一、第二保護電路鉗制過壓，實現(xiàn)了RS232接口電路支持熱拔插的功能。
文檔編號G06F13/40GK102760113SQ20121018868
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權日2012年6月8日
發(fā)明者劉勇剛, 李傳寶, 章興良, 隋玉洲 申請人:烽火通信科技股份有限公司