电路笔记 CN-0373 连接/参考器件 2.5 kV信号和电源隔离式双通道 ADM3252E RS-232线路驱动器/接收机 Circuits from the Lab® reference designs are engineered and tested for quick and easy system integration to help solve today’s analog, mixed-signal, and RF design challenges. For more information and/or support, visit www.analog.com/CN0373. ADM2587E 2.5 kV信号和电源隔离、±15 kV ESD保护、全/半双工RS-485收发机 ADuM3160 全速/低速2.5 kV USB数字隔离器 ADuM3070 2.5 kV集成反馈功能的隔离式开关 调节器 ADP190 逻辑控制的高端电源开关 ADP7102 20 V、300 mA低噪声CMOS LDO 隔离式USB转隔离式RS-485/隔离式RS-232接口 评估和设计支持 字引脚之间的接地连接，增加系统安全性和鲁棒性，进而 电路评估板 消除系统中可能存在的接地环路。 CN-0373电路评估板(EVAL-CN0373-EB1Z) 设计和集成文件 原理图、布局文件、物料清单 在工业和仪器仪表应用中，TIA/EIA RS-485总线标准是使用 最广泛的物理层总线设计标准之一。RS-485提供多个系统 之间的差分数据传输，这些系统通常相距很远。相比 电路功能与优势 RS-232标准，RS-485通信可通过差分通信方式提供额外的 图1所示电路提供使用广泛的USB总线与RS-485或RS-232总 鲁棒性。 线之间的完全隔离连接。信号和电源隔离确保USB设备与 TIA/EIA RS-232器件广泛用于工业机器、网络设备和科研仪 工业总线或调试端口之间实现安全接口，允许监控 TIA/EIA-485/232总线流量，并且便于向未配备RS-485或 RS-232端口的PC发送命令或从该PC接收命令。 本电路中的隔离能提供电气线路浪涌保护并断开总线和数 器中。在现代个人电脑中(个人电脑经常用来调试网络问 题)，大部分外设接口已经采用USB代替RS-232，并且很多 电脑不再配备RS-232端口。图1中的电路为RS-232和RS-485 接口提供鲁棒而紧凑的解决方案。 Rev. 0 Circuits from the Lab® reference designs from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction of each circuit, and their function and performance have been tested and verified in a lab environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or punitive damages due toanycausewhatsoeverconnectedtotheuseofanyCircuitsfromtheLabcircuits. (Continuedonlastpage) One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com ©2015 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Fax: 781.461.3113 CN-0373 T2 64µH D5 VISO +3.3V L3 47µH VISO = +3.3V VIN VOUT C2 47µF C15 47µF D8 ADP190 C12 0.1µF R19 16.5kΩ J1 VIN VOUT X1 ADP7102 C11 1µF SENSE EN/ UVLO EP GND2 VOUT = 5V ADuM3070 R18 549Ω NC C16 0.1µF VDD2 X2 VDDA GND GND1 GND1 GND1 100nF GND2 VFB R16 10kΩ R20 100kΩ OC GND1 0.1µF 10nF FB D6 LED PG VREG GND2 12MHz OSC ADM2587E VCC VISOIN RXD A RE B VISOOUT 18pF FERRITE 600Ω GND485 18pF GND2 4.7µF GND2 0.1µF VISO = +3.3V FERRITE 600Ω 0.1µF GND2 FT2232H VISO = +3.3V GND1 PIN R5 UD– DD– R7 UD+ DD+ VCCIO(20) VCCIO(31) VCCIO(42) SPD VCCIO(56) VREGIN VDD2 SPU VOUT BCBUS0 ADP190 ADBUS3 USB MINI D+ D– GND1 GND2 GND485 VCC 10µF 0.1µF VISO ADM3252E V+ C1+ ADBUS2 GND2 C1– C3 + 0.1µF 10V + C1 0.1µF 16V 0.1µF 10µF GND232 J3/J5 RS-232 BUS TOUT1 TOUT2 RIN1 C2+ 0.1µF 0.1µF C2– 0.1µF GND GND2 GND1 GND485 RIN2 GND2 GND2 FERRITE 600Ω 10µF 0.1µF GND2 ROUT1 ROUT2 TIN1 TIN2 0.1µF GND GND2 ADBUS0 VBUS J4 USB CABLE TO PC GND2 VIN ADBUS1 DP 0.1µF PDEN BDBUS1 PWREN# BDBUS0 DM VBUS2 ADuM3160 OSCO OSCI VPHY VPLL VDD1 GND1 VISO = +3.3V GND2 4.7µF 0.1µF Y TXD VISO = +3.3V VBUS1 Z DE GND2 J2 RS-485 BUS V– GNDISO GND232 + C2 0.1µF 16V GND232 C4 + 0.1µF 16V GND2 GND1 ISOLATION BARRIER ISOLATION BARRIER 图1. 隔离式USB转FTDI隔离式RS-232/隔离式RS-485电路(原理示意图，未显示所有连接) 电路描述 TIA/EIA RS-232器件广泛用于工业机器、网络设备和科研 图1中的电路提供完全符合TIA/EIA-485/232标准、高度集 仪器中。RS-485的应用包括：过程控制网络、工业自动 成且鲁棒隔离性能的收发机。ADM3252E 2.5 kV rms隔离式 化、远程终端、楼宇自动化(例如，暖通空调(HVAC)、保 RS-232和ADM2587E 2.5 kV rms隔离式RS-485解决方案是业 安系统)、电机控制和运动控制。 界尺寸最小的解决方案。ADuM3160提供市场领先的USB 在这些实际的系统中，雷击和电源波动会通过产生较大瞬 端口2.5 kV rms隔离，可轻松实现与低速和全速USB兼容外 设的集成。FTDI FT2232H(USB至UART转换器)能为通过 UART转RS-485或RS-232总线端口进行传输提供方便。 变电压对通信端口造成损害。图1电路的隔离可针对这些 电气线路浪涌提供保护，增加系统安全性。 Rev. 0 | Page 2 of 6 12925-001 VIN = 6V 12925-002 CN-0373 图2. EVAL-CN0373-EB1Z板 图2显示隔离式USB转FTDI隔离式RS-232/隔离式RS-485电 下，在该配置下数据可通过Y和Z引脚发送，并通过A和B 路的照片。如有需要，该电路可实现USB端口至RS-485和 引脚接收。连接LK5和LK6跳线可将ADM2587E输入/输出 RS-232端口的同步发送，也可仅发送一个端口。 置于半双工配置下，在该配置下仅能发送或接收总线数 ADuM3160提供USB总线D+和D−输入端数据信号到FTDI 据，不能同时收发。 FT2232H(USB至UART转换器)的2.5 kV rms数字隔离。隔离 ADM3252E是一款高速、2.5 kV、完全隔离、双通道RS-232/ 式USB输出DD−和DD+信号分别连接FTDI的DM和DP引 V.28收发机，采用3.3 V或5 V单电源供电。RS-232接口支持 脚。FTDI FT2232H可通过UART转RS-232/RS-485接口发送 全双工通信，通过J5五路连接器或J3连接器为CTS和RTS提供 数据，具体取决于所选PC虚拟COM端口(VCP)。ADuM3160 硬件握手。J3提供RS-232电缆连接器，用来连接工业设备。 通过USB电缆连接提供VBUS1电源。ADuM3070提供稳压隔 ADM3252E发 射 机 输 入 (T INx )支 持 从 FTDI的 ADBUS0和 离电源。ADuM3070的电源(+6 V)和接地通过J1管式插口连 接器相连。ADuM3160 VBUS2引脚采用ADuM3070的3.3 V隔 离电源供电。ADuM3070 3.3V输出还为ADM3252E 2.5 kV rms 隔离式RS-232和ADM2587E 2.5 kV rms隔离式RS-485收发机 ADBUS2引脚输出的FTDITTL/CMOS输入电平。TInx输入反 转并跨越隔离栅耦合，然后作为EIA/TIA-232E总线信号通 过J3或J5连接器发送。ADM3252E接收机输入(RINx)支持来 自J3或J5连接器的EIA/TIA-232E信号电平。RInx输入反转并 提供主电源。 跨 越 隔 离 栅 耦 合 至 R OU T x 引 脚 。 R OU T x 引 脚 连 接 FTDI的 ADM2587E 2.5 kV rms隔离式RS-485收发机是业界领先的信 ADBUS1和ADBUS3输入。 号和电源隔离解决方案。该收发机可在3.3 V或5 V下工作。 使用两个独立的ADP190电路作为软启动电路，并在FTDI 数据通过TxD引脚发送，通过RxD引脚接收。驱动器和接 收器的输出都可使能或禁用，即通过改变DE和RE引脚上 的相应逻辑电平，进入高阻抗状态。 FT2232H完全上电后为ADM2587E和ADM3252E供电。跳线 LK7通过74AHC1G14W5-7逆变器将FTDI FT2232H PWREN# 引脚连接至ADP190电路的EN引脚。ADP190 EN引脚必须为 FTDI输出引脚BDBUS0连接ADM2587E的TxD数据输入引 高电平才能开启电源开关；驱动EN至低电平可关闭电源开 脚。FTDI输出引脚BCBUS0、PWREN#和BDBUS1分别连接 关。连接位置A的LK7(位置B断开连接)表示ADP190 EN引脚 ADM2587E的DE、RE和RxD输入引脚。DE和RE引脚状态 始终为高电平/使能。连接位置B的LK7(位置A断开连接)表 还可通过LK1和LK2跳线配置。对每条链路而言，位置A连 示ADP190 EN引脚通过PWREN#反转信号触发。 接逻辑引脚至3.3 V，位置B连接逻辑引脚至GND，位置C连 接逻辑引脚至FTDI输出引脚。 FTDI FT2232H数据手册提供RS-232通信的引脚功能完整列 表。LK3和LK4跳线支持RS-232握手选项。LK3连接时， ADM2587E可通过A、B、Y和Z RS-485输入/输出发送和接 ADBUS4 (DTR#)连接到ADBUS5 (DSR#)。LK4连接时， 收总线数据。RS-485总线电缆可通过J2五路连接器连接。 ADBUS4 (DTR#)连接到ADBUS6 (DCD#)。 断开LK5和LK6跳线连接可将ADM2587E置于全双工配置 Rev. 0 | Page 3 of 6 CN-0373 电路评估与测试 在J1管式插口连接器上施加6 V电压，为EVAL- CN0373-EB1Z 板供电。可在ADP7102稳压器输出端的VCC_REG测试点上 检查该电压。ADP7102输出电压测量值应当为5 V。5 V电压 路由至ADuM3070和T2变压器，然后为RS-485、RS-232和 FTDI电路提供3.3 V电源输出。检查ISO_VCC测试点，该点 处的测量电压应当为3.3V。 通过将RS-232和RS-485输出连接至ADI ezLINX™ iCoupler®隔 离接口开发环境板，可测试完整的发送和接收路径。此 外，还可通过Tera Term开源终端仿真程序执行USB转RS-232/ RS-485发送测试。如有需要，该电路可实现USB端口至 RS-485和RS-232端口的同步发送，也可仅发送一个端口。 12925-004 使用USB电缆连接笔记本电脑/PC与J4连接器。将示波器探 针与ADM3252E收发机旁边的ISOTxD测试点相接，如图3 所示。打开PC应用软件，选择COM5，然后单击OK(确 图4. 用于向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-232 端口进行USB传输的Tera Term COM5 定)，如图4所示。 单击File(文件)菜单下的Send(发送)按钮，载入待发送的 RS-232数据。选择用于连续测试传输的大数据尺寸文件并 12925-005 单击Send(发送)，如图5所示。 OSCILLOSCOPE 用探针探测EVAL-CN0373-EB1Z板上的ISOTxD测试点，通 J1 ADM2587E 过示波器观察隔离式RS-232信号(见图6)。 Y PC/LAPTOP Z FT2232H TERA TERM COM5 RS-232 TERA TERM COM6 RS-485 J2 RS-485 ISOTxD ADM3252E J4 USB J5 RS-232 J3 RS-232 12925-003 图3. EVAL-CN0373-EB1Z板测试设置 12925-006 6.0V POWER SUPPLY 图5. 用于向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-232 端口进行USB传输的Tera Term COM5数据 图6. EVAL-CN0373-EB1Z板上RS-232端口的ISOTxD信号 Rev. 0 | Page 4 of 6 CN-0373 可针对ADM2587E收发机执行类似的测试。使用USB电缆 连 接 笔 记 本 电 脑 /PC与 J4连 接 器 。 将 示 波 器 探 针 与 ADM2587E收发机旁边的Y和Z测试点相接，如图3所示。 打开第二个Tera Term仿真器窗口，选择COM6用于RS-485 12925-008 传输，如图7所示。 图8. 用于向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-485 端口进行USB传输的Tera Term COM6数据 用探针探测Y和Z测试点，通过示波器观察隔离式RS-485信 号；或者使用示波器的Y – Z数学函数观察差分总线信号， 12925-007 如图9所示。 图7. 用于向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-485 端口进行USB传输的Tera Term COM6 单击File(文件)菜单下的Send(发送)按钮，载入待发送的 RS-485数据。选择用于连续测试传输的大数据尺寸文件并 12925-009 单击Send(发送)，如图8所示。 图9. EVAL-CN0373-EB1Z板上RS-485 端口的Y – Z数学波形 Rev. 0 | Page 5 of 6 CN-0373 了解详情 数据手册和评估板 CN-0373设计支持包： ADM2587E数据手册 www.analog.com/CN0373-DesignSupport ADM3252E数据手册 ezLINX™ iCoupler®隔离接口开发环境、ezLINX板快速入门 ADuM3160数据手册 ADuM3070数据手册 指南。 Marais，Hein。AN-960应用笔记：RS-485/RS-422电路实施 ADP190数据手册 ADP7102数据手册 指南。ADI公司。 Clark，Sean和Ronn Kliger。AN-740应用笔记： RS-232应用 中的iCoupler®隔离。ADI公司。 ezLINX™ iCoupler®隔离接口开发环境(EZLINX-IIIDE-EBZ) 修订历史 UG-400用户指南：ezLINX™ iCoupler®隔离接口开发环境。 2015年4月—修订版0： 初始版 ADI公司。 (Continued from first page) Circuits from the Lab reference designs are intended only for use with Analog Devices products and are the intellectual property of Analog Devices or its licensors. While you may use the Circuits from the Lab reference designs in the design of your product, no other license is granted by implication or otherwise under any patents or other intellectual property by application or use of the Circuits from the Lab reference designs. Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, Circuits from the Lab reference designs are supplied "as is" and without warranties of any kind, express, implied, or statutory including, but not limited to, any implied warranty of merchantability, noninfringement or fitness for a particular purpose and no responsibility is assumed by Analog Devices for their use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from their use. Analog Devices reserves the right to change any Circuits from the Lab reference designs at any time without notice but is under no obligation to do so. ©2015 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. CN12925sc-0-4/15(0) Rev. 0 | Page 6 of 6