ADM3251E应用电路3.3V供电附5V供电电路比较.docx

实现ADM3251E与3.3V系统的RS-232接口隔离随着对处理速度及功耗的需求增长，控制芯片越来越趋向于小体积，低功耗。因此其工作所需的电源电压也降低至3.3V，甚至1.8V。这造成了与5V供电的接口芯片连接时，电平不匹配的问题。RS-232总线标准是最常见的串行通信总线标准之一，主要应用于系统间的通信连接。在一些应用领域，RS-232接口的隔离防护是必须的，ADI公司基于iCoupler磁隔离技术的隔离型RS-232接口收发器ADM3251E，内部集成DC-DC隔离电源，信号隔离通道及RS-232收发器，接口带有15KV的ESD保护和25KV/us的共模抑制能力，非常适于工作在苛刻的电气环境或频繁插拔RS-232电缆的环境中。ADM3251E的出现替代了之前的光耦隔离方案，减少PCB面积，提高接口稳定性且降低了成本。由于其内部集成有DC-DC隔离电源，因此无需外部分立的DC-DC隔离电源模块供电，提供了单芯片的RS-232接口隔离方案。但值得注意的是，ADM3251E的电源输入引脚VCC，只有在5V输入电压时，才能使芯片内部的DC-DC隔离电源有效，当VCC采用3.3V供电时，芯片内部DC-DC隔离电源无效，此时需要我们外接分立的DC-DC隔离电源模块供电。由于ADM3251E的输入侧Tin引脚是CMOS结构，其输入电压范围是：高电平不低于0.7VCC，低电平不高于0.3VCC，即当5V供电时，输入高电平需高于3.5V，输入低电平需低于1.5V。下面是我搜集的几种简单的电平转换电路，以方便3.3V的控制信号与5V供电的ADM3251E通信。3.3V信号转5V信号1、采用MOSFET如图1所示，电路由一个N沟道FET和一个上拉电阻构成。在选择R1的阻值时，需要考虑输入的开关速度和R1上的电流消耗。当R1值较小时，可以提高输入开关速度，获取更短的开关时间，但却增大了低电平时R1上的电流消耗。图1，采用MOSFET实现3V至5V电平转换2、采用二极管钳位如图2所示，由于3.3V信号的低电平一般不高于0.5V，当3.3V系统输出低电平时，由于D1的钳位作用，使得5V输出端会得到0.7V1.2V的低电压，低于ADM3251E的最高不超过1.5V的低电平阈值。当3.3V系统输出高电平时，由于D2的钳位作用，使5V输出端会得到约4V的高电平电压，高于ADM3251E的最低不低于3.5V的高电平阈值。图2，采用二极管实现3V至5V电平转换3、采用三极管如图3所示，当3.3V系统高电平信号输入时，Q1导通，Q2截止，在5V输出端得到5V电压。当3.3V系统低电平信号输入时，Q1截止，Q2导通，在5V输出端得到低电平。此电路同样也适用于5V转3V的情况，只要将上拉的电压换成3.3V即可。图3，采用三极管实现3V至5V电平转换以上三种方法比较简单，能够很方便的实现电平转换，但对传输速率有一定的限制，对于9600，19200等常用传输速率，使用这些方法没有问题。也可以采用电压比较器、运算放大器或OC门芯片74HC05来实现3V至5V的电平转换。对于高于100K传输速率的应用，我们可采用一些专门的电平转换芯片，如74LVX4245、SN74LVC164245、MAX3370等，但这些芯片价格偏高。当然，我们也可以采用ADUM1201搭配DC-DC隔离电源模块和RS-232收发器的分立隔离方案，ADUM1201不但能对信号进行隔离，还能够在隔离信号的同时方便的实现3V至5V的电平转换。5V信号转3.3V信号一些3.3V供电的控制芯片能够承受5V的输入电压，但更多的控制芯片只能接受3.3V的输入信号，因此需要将ADM3251E的Rout引脚输出5V信号转为3.3V电平信号。1、采用二极管钳位如图4所示，利用二极管的钳位作用，将5V电平转换为3.3V电平，R1的作用是限流，但串联了限流电阻R1会降低输入开关的速度。采用此电路时，会通过二极管D1向3.3V电源输入电流，如果电流过高可能会使3.3V电源电压超过3.3V。图4，采用二极管钳位作用实现5V至3V电平转换2、采用三极管如图5所示，三极管在此电路中也起到钳位的作用，且不会将电流引入3.3V电源。图5，采用三极管实现5V至3V电平转换3、采用电阻分压如图6所示，这应该是最简单的降低电平的方法。图6，采用电阻分压实现5V至3V电平转换以上电路能够方便的实现ADM3251E与3.3V供电的控制系统之间的通信。其整体电路图如图7：图7，ADM3251E与3.3V系统的通信图中采用三极管加上拉电阻升压的方法将3.3V的输入信号拉升到5V，输入到ADM3251E的Tin引脚，而ADM3251E的Rout引脚5V输出信号经电阻分压，转换成3.3V信号输入到以3.3V电源工作的控制器中。需要注意的是，上拉电阻及限流电阻都会不通程度的影响数据传输速率。ADM3251E外围共需6个电容，2个瓷片104电容，和4个电荷泵电容，泵电容是很重要的，用来稳定RS-232的输出信号，保证足够的升压，因此推荐使用耐压16V，0.1uF的电解电容。此外，我们也可以选择采用ADUM1201的分立隔离方案，能够在实现信号隔离的同时实现电平的转换，其电路如图8所示：图8，采用ADUM1201实现3.3V控制系统与5V供电的RS-232收发器的隔离通信电平转换在目前的数字电路设计中应用的越来越多，ADUM磁隔离芯片能够在隔离信号的同时，方便的实现电平转换，大大节省了设计时间和PCB体积。ADM3251E内部集成DC-DC隔离电源，在5V电源