数字电源常用通讯电路详解

2024-04-16 17:34:25 5

一、常用的通讯方式

在前面数字电源与模拟电源中有讲到，为了能够更好的实现数字电源的管理与控制，数字电源需要具备通讯功能。通过上位机软件，工程师能够设置电源参数并控制电源状态。但是由于数字电源控制核心输出的是TTL电平，与外围设备通讯时存在电平标准定义不一致的情况，因此需要电平转换芯片来实现两者间的数据交换。数字电源中常用的通讯方式包括RS485、RS232、CAN、TCP/IP以及I2C等。

（一）通讯方式分类

通讯方式按照数据的传输方式分为串行通讯以及并行通讯。

并行通讯：以字节或字节倍数为传输单位进行传输，传输速度快但远距离时成本高，适合于近距离、大量和快速的信息交换场景。

串行通讯：又称为点对点通讯，通讯一次发送一位数据，线路少成本低，易于扩展，适合远距离传输，是目前最为常用的通讯方式。

按照不同分类方式，串行通讯又可以分为以下几种：

1、按照通讯方向分为单工通讯、半双工通讯以及全双工通讯。

①单工通讯中信息只能单向传输，收发端固定不变。

②半双工通讯信息可双向传输，但发送与接收不能同时进行，通讯收发端可变，如对讲机就是典型的半双工通讯方式。

③全双工通讯允许数据同时在两个方向上传输，在每一端都设置了发送器和接收器，并配置2根数据线进行信号传递。

2、按照数据同步方式可分为同步通讯与异步通讯。

①同步通讯要求收发端的时钟频率一致，信息帧由同步字符、数据字符和校验字符（CRC）组成。

②异步通讯时不要求收发端时钟同步，发送时间间隔不定，传输时应给字节加上开始位和停止位，以便接收端正确接收信息。

（二）通讯方式对比

这里对数字电源中常用通讯方式进行了对比。

二、通讯电路介绍

（一）RS232

RS-232采用负逻辑电平，“0”电平电压范围为3~15V，“1”电平电压范围为-15~-3V，9引脚是目前主流的接口形态。

RS-232电平转换电路分隔离与非隔离两种。

其中非隔离型电路可利用三极管或非隔离电平转换芯片实现（如ADI公司的MAX232ESE、ADM232AARNZ 以及ti公司的MAX3232IDR等）。而隔离型电平转换芯片有RSM232，ADI的ADM3251EARWZ以及Maxliner的 SP3232EEY等。

本文提供了一种典型的三极管电平转换电路以及RSM232的接口连接电路图。

三极管电平转换电路的工作原理分析：

通过二极管D1与电容C7的作用使得A点电压保持在-3V~-15V。
当TXD=1时，Q3截止，PCRXD电压与PCTXD电压相等，PCRXD=1；
当TXD=0时，Q3导通，则PCRXD电压约为+5V，PCRXD=0。
当PCTXD=1时，Q4截止，RXD电压约为5V，RXD=1；
当PCTXD=0时，Q4导通，RXD电压为0，RXD=0。
D2是为了防止Q4的BE反向击穿。

（二）RS485

RS-485标准弥补了RS-232通讯距离短、速率低等缺点，数据信号采用差分传输方式，抗干扰能力强。RS-485使用一对双绞线（A线与B线）进行数据传输，当AB线之间的电压差在-6~-2V范围内时表示“0”，当AB线之间的电压差在 +2~+6V范围内时表示“1”。同时RS485在传输电缆的最远端需要连接匹配电阻，其阻值应等于传输电缆的特性阻抗，连接示意图如下。

RS485电平转换芯片分为隔离与非隔离两种。

典型的非隔离型芯片有MAX3485、ADI公司的MAX13487EESA+T以及TI公司的SN75176BDR；常用的隔离型芯片有RSM3485PHT、TI公司的 ISO3082DWR以及 ISL32705E。

（三）CAN

CAN总线通讯采用差分信号的形式进行数据传输。信号传输线分为CAN_H以及CAN_L。总线上逻辑“0”表示显性，差分电压差约为2V(CAN_H=3.5V,CAN_L=1.5V)；逻辑“1”表示隐性，差分电压为0V9CAN_H=2.5V,CAN_L=2.5V）。CAN采用数据帧的方式进行数据传递，标准的CAN数据帧结构如下图。