Последовательными интерфейсами стандартов RS-485/RS-422 оснащены многие современные компьютерные системы промышленного назначения. Парк работающего оборудования, обменивающегося информацией по протоколам RS-485 или RS-422, огромен. Применение интерфейсных микросхем этих стандартов активно продолжается и в новых разработках.

MAX1341xE – серия интерфейсных микросхем RS-485/RS-422 со встроенным LDO-стабилизатором и функцией AutoDirection

Для реализации изолированного интерфейса RS-485/RS-422 необходим дополнительный источник питания с гальванической развязкой. Серия MAX1341xE содержит встроенный LDO-стабилизатор, благодаря которому появляется возможность снизить требования к стабильности и точности выходного напряжения дополнительного DC/DC-преобразователя с гальванической изоляцией. На рисунке 1 показаны структурные схемы трансиверов RS-485/RS-422 со встроенным LDO-стабилизатором.

Рис. 1. Структурные схемы трансиверов RS-485/RS-422 со встроенным LDO-стабилизатором 

Кроме того, микросхемы MAX13412E и MAX13413E имеют дополнительную функцию AutoDirection (автоматическое определение направления передачи информации). Встроенный LDO-стабилизатор обеспечивает необходимую точность и стабильность выходного напряжения при входном интервале от 6 до 28 В. При высоком входном напряжении на регулирующем транзисторе LDO-стабилизатора будет рассеиваться довольно большая мощность. По этой причине интерфейсные микросхемы серии MAX1341xE выпускаются в корпусе 8 SO-EP (EP = Exposed Paddle) с металлическим основанием, которое должно припаиваться к шине общего провода для более эффективного отвода тепла. Основные параметры микросхем MAX1341xE сведены в таблицу 1. Трансиверы MAX13412E и MAX13413E имеют также дополнительный выход LDO-стабилизатора 20 мА для питания внешних дополнительных схем, что позволяет уменьшить количество внешних компонентов. Все выходы драйверов защищены от электростатических разрядов (ESD). Трансиверы MAX13410E и MAX13411E имеют степень защиты ±14 кВ (Human Body Model – модель тела человека), у приемопередатчиков MAX13412E и MAX13413E этот параметр имеет значение ±15 кВ. Микросхемы MAX13410E и MAX13412E оснащены драйверами с пониженной скоростью нарастания выходного напряжения. Это снижает радиопомехи и обеспечивает передачу и прием без ошибок до максимальной скорости 500 кбит/с. Полноскоростные трансиверы MAX13411E и MAX13413E имеют максимальную скорость обмена до 16 Мбит/с. Все рассматриваемые микросхемы имеют индустриальный диапазон рабочих температур -40...85°С.

 Таблица 1. Параметры трансиверов RS-485 со встроенными LDO-стабилизаторами

Серия MAX1341xE состоит из четырех трансиверов. Две микросхемы MAX13412E и MAX13413E кроме встроенного LDO-стабилизатора имеют дополнительную функцию AutoDirection – автоматическое определение направления приема/передачи информации, что позволяет упростить схему управления и отказаться от одного оптрона для гальванической развязки сигналов, подключенных к микроконтроллеру. Это проиллюстрировано на рисунках 2 и 3. На рисунке 2 интерфейсная схема содержит три оптических изолятора для обеспечения развязки сигналов микроконтроллера (микросхемы MAX13410E и MAX13411E не оснащены функцией AutoDirection).

Рис. 2. Схема включения трансиверов MAX13410E и MAX13411E без функции AutoDirection (требуется три оптрона для гальванической развязки сигналов микроконтроллера)

На рисунке 3 показана рекомендуемая схема включения микросхем MAX13412E и MAX13413E с функцией AutoDirection (появилась возможность обойтись всего двумя оптоизоляторами и уменьшить ток потребления за счет снижения количества оптронов).

Рис. 3. Схема включения трансиверов MAX13412E и MAX13413E с функцией AutoDirection (требуется всего два оптрона для гальванической развязки сигналов микроконтроллера) 

MAX845 – специализированный драйвер для создания импульсных DC/DC-преобразователей

Часто разработчиков ставит в тупик выбор оптимального нестабилизированного DC/DC-преобразователя с гальванической развязкой для питания трансиверов со стороны линии передачи/приема сигналов. Конечно, можно взять готовый изолированный DC/DC-преобразователь для нестабилизированного источника питания (см. рисунки 2 и 3), но компания MAXIM предлагает более оптимальное решение по соотношению цены и функциональности, а именно – использование специализированного драйвера MAX845 для создания гальванически развязанного источника питания. 

Рис. 4. Включение драйвера MAX845 для напряжений питания 5 и 3,3 В

На рисунке 4 показаны варианты включения этой микросхемы для напряжений питания 5 и 3,3 В, а на рисунке 5 приведена структурная схема драйвера MAX845.  

Рис. 5. Структурная схема драйвера MAX845 

При питании от напряжения 3,3 В необходимо в первичной цепи добавить два диода типа 1N4148, которые пользуются огромной популярностью и всегда есть на складах поставщиков электронных компонентов. Драйвер MAX845 имеет вход выбора частоты преобразования, благодаря чему у разработчика есть возможность установки рабочей частоты 400 или 700 кГц. Наличие входа включения/отключения “ON/OFF” позволяет отключать драйвер для экономии питания в то время, когда не производится прием или передача данных.

Импульсные трансформаторы для драйвера MAX845

Специально для драйвера MAX845 фирмами Halo Electronics и Pulse Engineering выпускаются специализированные трансформаторы для обеспечения гальванической развязки в интерфейсах RS-485/RS-422. Параметры наиболее популярных из них сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Трансформаторы Halo Electronics и Pulse Engineering для DC/DC на основе драйвера MAX845

На рисунке 6 показаны принципиальная схема и габаритные размеры рекомендуемых трансформаторов фирмы Halo Electronics для двух вариантов монтажа (поверхностного и в отверстия).

Рис. 6. Принципиальная схема и габаритные размеры рекомендуемых трансформаторов фирмы Halo Electronics для драйверов MAX845

На рисунке 7 приведены принципиальная схема, габаритные размеры и внешний вид трансформаторов для поверхностного монтажа P1597NL компании Pulse Engineering. Последние имеют увеличенные габариты по сравнению с трансформаторами Halo Electronics, однако имеют более широкий диапазон рабочих температур при меньшей цене, поэтому окончательный выбор остается за разработчиком. 

Рис. 7. Трансформаторы P1597NL компании Pulse Engineering для драйверов MAX845

Выбор конкретного трансформатора определяется схемой выпрямительного каскада вторичной цепи. На рисунке 8 показаны схемы выпрямительных каскадов и зависимости выходных напряжений от тока нагрузки. 

Рис. 8. Варианты выпрямительных каскадов для MAX845 и соответствующие зависимости
выходных напряжений от тока нагрузки 

Наиболее оптимальна нижняя схема выпрямления на рисунке 8. В этом случае выходное сопротивление схемы выпрямительного каскада минимально, а уменьшение выходного напряжения с ростом выходного тока укладывается в минимальные пределы. Кроме того, для этой схемы требуется минимальное количество внешних компонентов (всего два диода и только один конденсатор). Наличие встроенных LDO-стабилизаторов с минимально допустимым падения напряжения между входом и выходом 0,5 В позволяет обойтись без внешнего дополнительного стабилизатора напряжения, сэкономив место на печатной плате и упростив схему. В качестве выпрямительных диодов подойдут любые диоды Шоттки с допустимым током более 0,5 А и максимальным обратным напряжением более 20 В.

Выводы

Применение интерфейсных микросхем для протокола RS-485/RS-422 со встроенным LDO-стабилизатором и/или функцией автоматического определения направления передачи информации позволяет уменьшить количество дополнительных компонентов, размеры печатной платы и снизить потребляемую мощность. Использование драйверов MAX845 и специально разработанных для них импульсных трансформаторов фирм Halo Electronics и Pulse позволяет упростить схему дополнительного источника питания с гальванической развязкой. Встроенный в трансиверы LDO-стабилизатор позволяет снизить требования к стабильности выходного напряжения дополнительного изолированного DC/DC-преобразователя. Наличие полноскоростных трансиверов (до 16 Мбит/с) и трансиверов с ограниченной скоростью обмена (до 500 кбит/с) позволяет сделать выбор для нужных скоростей приема/передачи информации, получив оптимальную помехоустойчивость для каждого конкретного случая.

По вопросам получения дополнительной технической информации, заказа образцов и поставки обращайтесь к официальному дистрибьютору фирмы Maxim Integrated Products  компании КОМПЭЛ.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: analog.vesti@compel.ru