合理使用數據電纜

2019-11-03 10:05:17

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供稿：網友

　　隨著移動通信需求的增長,用數據電纜連接移動電話和其它移動產品將日趨普及。高數據速率移動電話標準,如GPRS、WCDMA以及UMTS的出臺要求數據電纜實現更高級功能，以及下一代智能電話內含的Internet連通性。遺憾的是,數據電纜還存在很多不盡人意的問題。例如,某些電纜只能傳輸TTL信號,然而當前數據電纜最常用的接口標準是RS-232。

　　對移動電話與其它經濟型消費類設備而言,當實際需要擴大數據量的用戶不足10%時,每個基本設備花約2美元來增添數據能力(內部收發器)在經濟上意義不大。因此,首要的任務是確定哪一類電平變換技術能滿足現有系統的要求,即應支持哪一類通信。

　　在多種應用中,由于商用E-mail和Web沖浪軟件已實用化,電話多用作PC的調制解調器。實現全調制解調器DEC(數據電路終端設備)接口需5個驅動器和3個接收器。

　　數據電纜的兩個連接頭都易受ESD(靜電放電)的沖擊,因此,在邏輯與RS-232側都要另加元件進行ESD保護。為了適應移動電話ASIC低電壓的要求,電路還要增加電平變換功能。全調制解調器接口要求在電話底座上安裝10針連接器,這個要求有點過份,是一種昂貴的選擇。

　　另一種較經濟的可選方案是實現硬件信息號交換鏈接,移動電話數據電纜中僅對RX、TX、CTS、RTS信號進行電平變換。這個方案在PC側要提供軟件驅動器-更新通訊錄的專用電話同步軟件,或將全部8個標準RS-232信號變換為2/2格式的軟件橋接器。對定制的電纜,該方案是可以接受的,也比較便宜。

　　多數數據集中電纜(因IC與其它元件在電纜中可見而得名)由便攜式產品供電。某些老式便攜式產品用4節NiMH或NiCd電池,而且前最常見的是用一節LiIon電池。該電池在充滿電時為4.2V,放完電后為2.4V。

　　一個帶外露連接器的電話放在口袋里時,存在被硬幣或其它物體短路的危險。為了預防這類事故的發生,電話采用限流線性穩壓器或可重復設置的開關保險絲,它在大電流下自動斷開;當電流恢復到正常值時又能重新閉合。上述情況中的電池電壓可為2.4V～4.2v范圍的任何值。

　　RS-232規范要求RS-232發送器在3kΩ負載上維持±5V電壓。然而多數發送器只能保證電源輸出電平不低于3.0V。發送器輸出是由內部電荷泵倍壓器驅動的,電荷泵的輸出阻抗高,勢必形成一個“壓降”。因此,對小于3V的輸入,芯片難以在3kΩ上維持±5.0V電壓。

　　另一方面,RS-232接收器的閾值電壓為高電平2.4V、低電平0.6 V。由于RS-232最初打算用作能驅動100英尺的遠距離標準,這樣就有2.6V的差值(5.0V供電電壓減2.4V接收門限)而數據電纜的傳輸距離不會超過5英尺或6英尺。因此面臨的問題是數據集中器必須嚴格遵循RS-232(滿足規范中每個字的要求),還是僅僅與RS-232兼容(只在數據電纜環境下工作)。

　　為了滿足±5.0V發送電壓的RS-232規范,使用的收發器只有在3.0V～5.5V電源電壓下才能保證正常工作。然而電荷泵工作電壓一般以2.0V開始,遠遠低于要求值。這一條件稍稍降低了發送器電壓,當然±4V輸入電壓仍能滿足2.4V接收器閾值的要求。

　　如果在電源電壓小于3.0V下，還要求RS-232規范電平,那末基于升壓結構的RS-232收發器是最經濟實用的解決方案。這些收發器工作時應配置一個外部二極管，一個電容和一個小型廉價的表面貼裝片狀電感,這種電路通常在輸入電壓低至1.8V時還能產生遵循RS-232的電平。

　　當輸入至RS-232的電壓降低時,收發器必然力圖從電池處獲取更多的電流來維持接收負載上的±5V輸出電壓。如果在數據電纜應用中不提供去耦措施,流過電纜分布電感與電阻的電流在Vcc處產生一個本地振鈴電流,形成的振鈴效應能形成高達80mA的電流尖峰。

　　振鈴會產生不希望有的發射。為了盡量減少它的影響,必須提供良好的本地去耦,并在數據集中器處增加一段短電纜。還要考慮采用屏蔽電纜,因為信號總是要接地的。

　　降低移動電話的芯核電源電壓(降至2.5V,甚至可能1.8V)勢必在移動電話與數據集中器間出現兼容性的問題。MAX3386內置用于此目的的邏輯電平輸入引腳。對3V邏輯,典型RS-232收發器的最佳VIH電平為2.0V。這個問題通常用置于電話或數據集中器中的分立邏輯電平變換器解決。若變換器的VL引腳處外加一個電壓,那末它的內部閾值電平達到該電壓1/3和2/3值(分別對應于VIL和VIH)。

　　在電池供電的系統中,電池壽命是關注的重點。除了1mA的額定靜態電流,RS-232收發器的每個發送器也要消耗電流,在5kΩ負載上一般為5.5V,即1mA靜態電流。當反射回輸入電源處,該電流還要翻一番(假設VIN遠大于3V,且電荷泵是理想的)。更糟的是，一個完整的調制解調器接口在發送任何數據前要消耗大于12mA的靜態電流。

　　在無數據發送時,應將收發器關閉來節省電池功率。一個方案是在電話處增設一條專用線,然而電話連接器另加一個引腳又增加額外的成本。另一種方案是采用Auto shutdown＋收發器。該器件監測發送器與接收器的每個輸入來確定其正確的工作方式。要是IC在30秒內未檢測到任何輸入狀態變化,它將關閉內部電荷泵與驅動器,將電源電流降壓至1mA。此后,TTL或RS-232側的任何瞬變都將使器件重新通電,返回到正常工作方式。

　　數據集中器上的TTL或RS-232側的ESD(靜電放電)會損壞數據電纜。在EEC內,數據電纜應經得住三種測試中規定的ESD標稱電壓。器件的輸入與輸出更需另加保護來滿足這些嚴格的要求:

　　±15KV,人體模型

　　±8KV,IEC1000-4-2,接觸放電法

　　±15KV,IEC1000-4-2,空氣隙放電法

　　ESD保護采用Transorbs、火花隙或電阻、電容與電感的組合,安裝在板的外部。由于所有輸入與輸出的16條modem接口線都要保護,成本較高，不少制造商現在提供RS-232側的內部ESD保護,有助于節省空間并降低成本。某些新型器件還可提供TTL側的ESD保護。

　　板上ESD保護結構利用ESD高壓短路接地的工作原理,在高壓過后器件再返回到正常工作方式。經過ESD事件,某些器件要求電源執行一個通/斷/通的循環來消除閂鎖,然后恢復正常工作。由于故障電流是流向接地端的,接地連接應盡可能地短;由于接地回路在邏輯電路一側,因而電纜長度也應盡可能地短。集中器內良好的本地去耦在發生ESD高壓時能起到本地電源的作用。

　　Palm PDA在數據電纜中有新的特性-器件與PC的“熱同步”能力。當器件安裝在機器中后,熱同步自動地更新器件與PC間的信息。器件通過RS-232連接器的振鈴指示信號產生一個中斷,在器件連接完畢時告知PC機的軟件。該方法的軟件工作量較不斷查詢RS-232口少,當然它需要一個額外的發送輸出。■

摘自《電子產品世界》

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