RS232 和 RS4851數(shù)據(jù)傳輸接口標準盡管年代相對較高，但如今仍在廣泛使用——RS232 是在大約 50 年前推出的;RS485，30年前。在當今瞬息萬變的電子領(lǐng)域，任何標準的這種壽命都并不常見，消費者需求可能會在幾年內(nèi)迫使過時。

盡管個人計算機上曾經(jīng)無處不在的RS232端口已在很大程度上被USB取代，但RS232在需要堅固，短距離，點對點通信的應(yīng)用中繼續(xù)激增，例如傳感器，測試設(shè)備，設(shè)備編程和診斷。

同樣，RS485 因其在惡劣環(huán)境中的高性能而蓬勃發(fā)展。其差分信號方案和寬共模容差提供了出色的抗噪性，允許在相對較長的距離上進行高速通信。也許RS485標準中同樣重要的是能夠在一條總線上將多個設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，從而減少布線開銷。RS485被指定為許多現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的物理層，包括PROFIBUS和INTERBUS。

為了簡化 RS485 和 RS232 系統(tǒng)的設(shè)計，LTC2870 和 LTC2871 多協(xié)議收發(fā)器在單個器件上集成了這兩種類型的收發(fā)器。兩款器件均支持單RS485收發(fā)器高達20Mbps的數(shù)據(jù)速率和2個RS232收發(fā)器高達500kbps的數(shù)據(jù)速率。

這些器件旨在支持各種應(yīng)用，其特性使其具有靈活性和魯棒性：

它們可接受 3V 至 5.5V 的寬輸入電源電壓范圍以及一個邏輯電源引腳，允許使用低至 1.7V 的數(shù)字接口，無需電平轉(zhuǎn)換。

集成端接電阻器自動接合，以兼容 RS232 或 RS485 操作。

半雙工和全雙工控制和環(huán)回功能提供系統(tǒng)可配置性和診斷功能。

穩(wěn)健的性能允許在總線引腳上高達 26kV 的 ESD 沖擊期間連續(xù)工作。

兩款器件均采用小型QFN和TSSOP封裝。

LTC2870 和 LTC2871 的不同之處在于其收發(fā)器 I/O 的引腳排列方式以及控制方式。LTC2870 提供了兩個 RS232 收發(fā)器，它們與一個 RS485 收發(fā)器共享一個 I/O 引腳。它可以在RS232模式或RS485模式下運行，但不能同時在兩者下運行。LTC2871 通過將 RS485 和 RS232 收發(fā)器分別引腳連接，使所有收發(fā)器能夠同時工作，如表 1 所示，從而提供了額外的靈活性。圖2顯示了每個器件的簡化框圖。

圖2.LTC2870 和 LTC2871 的簡化框圖。

應(yīng)用

LTC2870 和 LTC2871 可采用多種方式進行配置。這些設(shè)備的應(yīng)用分為三大類：

固定接口：LTC2870 或 LTC2871 可永久配置為一個 RS232 或 RS485 接口。例如，圖 3 顯示了 LTC2870 的兩種工作模式。如果提供兩個版本的產(chǎn)品，每個接口一個版本，則多協(xié)議收發(fā)器可最大限度地減少設(shè)計差異，減少庫存并簡化產(chǎn)品認證。

圖3.LTC2870 配置為 RS232 （a） 或 RS485 （b） 通信。RS485 配置還顯示 RS485 端接電阻器可選擇與 TE485 引腳連接高電平切換。

使用共享連接器進行原位配置更改： 某些應(yīng)用要求在正常產(chǎn)品使用期間在RS232和RS485之間切換信令接口。例如，報警系統(tǒng)中的節(jié)點可能通過RS485通信總線與其他節(jié)點聯(lián)網(wǎng)。但是，該節(jié)點可以配置為本地RS232訪問，從而允許編程或診斷。信號引腳在RS485和RS232收發(fā)器之間共享，在任何給定時間都有一個收發(fā)器處于活動狀態(tài)，如圖4所示。

圖4.LTC2870 協(xié)議切換，使用 485/232 引腳。示波器跡線顯示驅(qū)動器輸出在模式變化期間切換數(shù)據(jù)。

LTC2870 通過控制 485/232 引腳在 RS232 和 RS485 之間切換模式，這可通過處理器控制、手動跳線設(shè)置或?qū)⒁_連接至 V 的特定于協(xié)議的電纜來操縱L或地面。LTC2871 可以以類似的方式使用，但能夠獨立訪問所有信號引腳。

同時操作。某些應(yīng)用需要并發(fā) RS485 和 RS232 通信。例如，在銷售點應(yīng)用中，收銀機可以通過RS485與服務(wù)器通信，但也接受來自配備RS232的鍵盤的輸入。LTC2871 具有完全獨立的 RS232 和 RS485 收發(fā)器，利用單個 IC 為每個協(xié)議提供單獨的端子。同時使用的另一個示例是RS232和RS485協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。圖 5 示出了配置為 RS232 4000 英尺“延長線”的 LTC2871，其實現(xiàn)方式是將長電纜線路轉(zhuǎn)換為 RS485，并在末端轉(zhuǎn)換回 RS232。

圖5.RS232“延長線”采用 LTC2871 的同步 RS232 和 RS485 通信模式。

整體勝于各部分之和

與簡單地組合獨立的RS485和RS232收發(fā)器相比，使用多協(xié)議器件（例如具有共享RS485和RS232接口引腳的LTC2870）具有許多優(yōu)勢。首先，通過將兩個收發(fā)器的功能組合在一個器件中，可以減少電路板上的整體尺寸。其次，RS232 上的所有接口引腳都可以承受 ±15V 的輸入。大多數(shù) RS485 設(shè)備只能承受 –7 至 12V 的電壓，因此將此類設(shè)備連接到 RS232 引腳會降低共享引腳額定值。

也許組合單個RS485和RS232收發(fā)器的最大障礙是每個信號標準中使用的端接電阻。這種情況如圖6所示，其中兩個不同的設(shè)備連接到同一總線。RS232接收器的輸入電阻規(guī)定為5k（標稱值），用作與其連接的RS232驅(qū)動器的終端電阻。另一方面，如果差分RS485接收器位于信號總線的末端，則可以在其輸入端端接120Ω電阻，以減少信號反射。挑戰(zhàn)在于切換所選收發(fā)器模式下不需要的電阻。例如，在RS485模式下，不應(yīng)存在5k電阻，同樣，在RS232模式下，不得存在120Ω差分端接。

圖6.當單獨的RS232和RS485收發(fā)器組合使用時，端接電阻會帶來挑戰(zhàn)。

LTC2870 和 LTC2871 可根據(jù)需要利用內(nèi)部組件在端接方案之間無縫切換。

無需外部端接元件或繼電器來控制它們。此外，RS485 120Ω 終端電阻可以通過將 TE485 引腳設(shè)置為低電平在任何模式下禁用，這在收發(fā)器未位于總線末端時非常有用。表 2 總結(jié)了 LTC2870 中的端接控制。

LTC2871 提供了類似的控制，但由于 RS232 和 RS485 引腳不是共用的，因此如果需要，可以同時接合所有終端電阻器。有關(guān)詳細信息，請參閱數(shù)據(jù)手冊。

關(guān)于RS485終端電阻的一些細節(jié)

RS485 通過包含一對或多對雙絞線的總線進行差分通信。如果驅(qū)動到總線的信號的轉(zhuǎn)換時間明顯小于負載和返回的往返延遲，則需要使用特性阻抗與總線特性阻抗匹配的電阻對總線進行差分端接。此終端應(yīng)放置在總線的接收器端或總線的兩端，但不能放在兩者之間。沒有端接或端接不當會引入反射，從而導(dǎo)致嚴重的波形失真。2

當 LTC2870 或 LTC2871 上的 RS485 端接使能時，120Ω 差分電阻器連接在接收器輸入 A 和 B 以及驅(qū)動器輸出 Y 和 Z 兩端。當該器件主動驅(qū)動總線時，驅(qū)動器終止并不是絕對必要的，例如圖7中的主器件。但是，在圖7所示總線遠端的從機等應(yīng)用中，Y至Z端接是必需的，其中另一個器件驅(qū)動總線。

圖7.全雙工網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點均配備 LTC2870/71。

RS485標準規(guī)定電纜的特性阻抗為120Ω，而RS422規(guī)定電纜的特性阻抗為100Ω。這些電纜通常包含一根或多根雙絞線以及接地屏蔽或接地線（有時稱為排水線）。作為屏蔽雙絞線的替代方案，非屏蔽 100Ω 5 類 （CAT5） 電纜越來越多地應(yīng)用于 RS485 和 RS422 系統(tǒng)中，作為一種經(jīng)濟的替代方案。

LTC2870 和 LTC2871 在采用 100Ω 或 120Ω 電纜時表現(xiàn)同樣出色。即使使用標稱值為120Ω的內(nèi)部端接電阻來端接100Ω電纜，阻抗失配對產(chǎn)生的信號的影響也可以忽略不計。例如，在100Ω電纜的每一端使用120Ω端接的效果是在接收器端產(chǎn)生約10%的過沖，持續(xù)時間等于電纜中單向傳播延遲的兩倍。在大多數(shù)通信系統(tǒng)中，這種與理想的小偏差很容易容忍，并且可以提高性能，這就是PROFIBUS標準指定類似端接不匹配的原因。

圖 8 顯示了使用 LTC2871 內(nèi)部 120Ω 端接電阻器端接 100 英尺 CAT5e 電纜與用 100Ω 端接的同一電纜相比的結(jié)果。雖然內(nèi)部終結(jié)器與100Ω電纜不匹配，但除了接收信號開始時幅度略有增加外，對整體信號幾乎沒有影響，這可以通過增加信號過驅(qū)和噪聲容限來提高系統(tǒng)性能。正常的電纜變化、短截線反射和不連續(xù)性對信號完整性的影響要大得多。該圖還顯示了在接收端未端接電纜的破壞性影響，其中反射會大大降低信號。

圖8.使用 LTC2871 在 Cat5e 電纜上驅(qū)動信號，并比較端接電阻的影響。頂部的示波器跡線顯示電纜從動端（Y – Z）處的差分信號，底部的示波器跡線顯示穿過電纜（A – B）后接收到的差分信號。

內(nèi)部RS232電源足以驅(qū)動兩個收發(fā)器

RS232信號在單根導(dǎo)線上以超過5V和–5V的電平相對于地驅(qū)動。LTC2870 和 LTC2871 中集成了一個 DC/DC 升壓型轉(zhuǎn)換器和容性逆變器，以產(chǎn)生用于支持這些驅(qū)動電平的正電壓和負電壓，同時采用單 3V–5.5V 電源工作。唯一需要的外部元件是一個用于升壓電壓的 10μH 電感器和一個用于電壓反轉(zhuǎn)的 220nF 電容，以及生成的 V 上的旁路電容DD和 V電子電氣鐵軌。圖 9 示出了在典型應(yīng)用中配置的 LTC2870 或 LTC2871，具有所有必需的外部組件。

圖9.圖中顯示了與外部元件的典型電源連接。

兩個 LTC2870 或 LTC2871 器件可由一個器件的內(nèi)部 DC/DC 轉(zhuǎn)換器同時供電，從而減少了外部組件的數(shù)量。圖 10 示出了兩個 LTC2870、兩個 LTC2871 或各一個共享一個內(nèi)部 RS232 電源。

圖 10.從單個共享 DC/DC 轉(zhuǎn)換器運行兩個 LTC2870 或 LTC2871。

邏輯電源引腳支持 1.7V 至 5.5V 電源

一個單獨的邏輯電源引腳 VL允許 LTC2870 和 LTC2871 與 1.7V 至 5.5V 的任何邏輯信號接口。所有邏輯 I/O 均使用 VL作為他們的高供應(yīng)。可選，VL可以綁定到 V抄送.圖 11 示出了與一個低電壓微處理器配合使用的 LTC2870 或 LTC2871。

圖 11.五世L引腳允許低電壓邏輯接口。

RS485平衡接收器和故障安全

故障安全操作是一個術(shù)語，用于描述接收器如何對各種條件做出反應(yīng)，其中大多數(shù)是故障。可預(yù)測的故障處理對于穩(wěn)健的系統(tǒng)設(shè)計非常重要。LTC2870 和 LTC2871 接收器可產(chǎn)生一種高輸出 （稱為故障安全條件），以響應(yīng)以下所有條件：

怠速巴士。總線上的所有驅(qū)動器均禁用高阻抗輸出。這種情況實際上不是故障;這是RS485中的正常操作模式。一些接收器本身無法支持這一點，但需要一個電阻網(wǎng)絡(luò)來偏置總線上的差分信號，使接收器將其檢測為高輸入。無論總線是否端接，LTC2870 和 LTC2871 都無需總線偏置網(wǎng)絡(luò)即可支持此功能。

斷開的總線。此類故障安全操作是指接收器與總線斷開連接的情況。這類似于空閑總線狀態(tài)，但確實是一種故障情況。依靠總線偏置電阻處理空閑總線條件的接收器無法正確響應(yīng)此類故障。

短路總線。在這種情況下，接收器輸入被短路在一起。一些接收器為開路但不短路的輸入提供故障安全操作。同樣，總線偏置電阻對于短路總線條件無效。

許多現(xiàn)代RS485接收器通過在差分閾值中引入負偏移來滿足故障安全要求。這樣，每當總線短路或未驅(qū)動但終止時，接收器的輸入為零，這被解釋為高電平。在這種情況下，接收器是不平衡的，因為閾值在零伏特（差分信號的平均值）附近不對稱。

不平衡接收器會為通過長電纜傳輸產(chǎn)生的微弱信號引入嚴重的信號脈寬和占空比失真。

LTC2870 和 LTC2871 使用一個具有 65mV 上升門限和一個 –65mV 下降門限的平衡接收器，用于在不到 2μs 的時間內(nèi)轉(zhuǎn)換通過該窗口的信號，如圖 12 所示。如果差分信號在此窗口內(nèi)徘徊超過2μs，則正門限降至–40mV，以支持所有故障安全工作模式，如前所述。與非平衡接收器相比，平衡接收器架構(gòu)允許通過更長的電纜進行傳輸，并且由于典型通信具有 130mV 的寬有效差分輸入信號遲滯，因此具有出色的抗噪性。

圖 12.（a） 用于快速移動信號的RS485接收器輸入閾值特性。（b） 測量的 3Mbps 信號從 4000 英尺的 CAT5e 電纜上驅(qū)動。頂部跡線：通過電纜傳輸后的接收器信號;中間軌跡：顯示前兩個信號差異的數(shù)學運算;底部跡線：接收器輸出，表現(xiàn)出出色的占空比。

圖 12 重點介紹了 LTC2871 平衡接收器的性能，其中信號以 3Mbps 的速度通過 4000 英尺的 CAT5e 電纜驅(qū)動。盡管差分信號的峰值略高于±100mV，邊沿較慢，但輸出仍保持近乎完美的信號，接收器幾乎沒有引入占空比失真。

雙工和環(huán)回控制

RS485 網(wǎng)絡(luò)可以采用 2 線半雙工配置或 4 線全雙工配置進行布線。在某些系統(tǒng)中，接口可能需要同時支持兩者。LTC2870 和 LTC2871 通過 H/F 引腳提供了動態(tài)靈活性。當H/F控制為低電平時，器件處于全雙工模式，驅(qū)動器輸出位于Y和Z引腳上，接收器輸入位于A和B引腳上。如果 H/F 引腳為高電平，RS485 收發(fā)器將進入半雙工模式，接收器從 Y 和 Z 引腳獲取輸入。這與終端控制無縫協(xié)作，對RS232操作沒有影響。圖 13 顯示了說明這種靈活性的簡化框圖。

圖 13.LTC2870 中的 RS485 全雙工和半雙工控制。

LTC2870 和 LTC2872 還具有一種邏輯環(huán)回功能，該功能可用于診斷和用作調(diào)試工具。環(huán)回模式適用于 RS232 和 RS485 收發(fā)器，并提供從驅(qū)動器輸入引腳到相應(yīng)接收器輸出引腳的邏輯路徑。驅(qū)動器和接收器未參與環(huán)路;僅使用邏輯緩沖器。這允許在不干擾總線的情況下運行診斷測試。或者，在環(huán)回期間，只需啟用相應(yīng)的驅(qū)動程序即可驅(qū)動總線。圖 14 顯示了環(huán)回操作。

圖 14.LTC2871 中的邏輯環(huán)回控制。無論是否啟用驅(qū)動程序，環(huán)回都有效。

更多應(yīng)用

LTC2870 和 LTC2871 的豐富功能集使得構(gòu)建原本難以生產(chǎn)的應(yīng)用成為可能。例如，圖15顯示了一個RS485接收器，該接收器利用半雙工和全雙工控制進行多路復(fù)用輸入。

圖 15.RS485接收器，帶多路復(fù)用輸入。

圖 16 顯示了如何將兩個 LTC2871 器件組合在一起，以構(gòu)成一個具有可選線路或邏輯接口的三通道 RS232 收發(fā)器。此應(yīng)用使用 CH2 引腳，選擇性地禁用第二個 RS232 收發(fā)器。

圖 16.RS232 三路收發(fā)器，具有可選的線路接口 （a） 和邏輯接口 （b）。

禁用時，驅(qū)動器和接收器輸出不被驅(qū)動，接收器輸入變?yōu)楦咦钁B(tài)。這允許這些引腳連接到另一個設(shè)備上的相同引腳，其CH2引腳以第一個引腳的互補狀態(tài)驅(qū)動。

結(jié)論

LTC?2870 和 LTC2871 是靈活的 3V 至 5.5V 多協(xié)議收發(fā)器，它們在共享 I/O 引腳 （LTC2870） 或單獨的 I/O 引腳 （LTC2871） 上使用 RS485 和 RS232 信號進行通信。集成的可選端接和雙工控制允許使用最少的外部組件輕松配置。

審核編輯：郭婷