隔離式USB轉隔離式RS-485/隔離式RS-232接口

評估和設計支持

電路評估板

CN-0373電路評估板(EVAL-CN0373-EB1Z)

設計和集成文件

原理圖、布局文件、物料清單

電路功能與優勢

圖1所示電路提供使用廣泛的USB總線與RS-485或RS-232總線之間的完全隔離連接。信號和電源隔離確保USB設備與工業總線或調試埠之間實現安全接口，允許監控TIA/EIA-485/232總線流量，並且便於向未配備RS-485或RS-232埠的PC發送命令或從該PC接收命令。

本電路中的隔離能提供電氣線路浪湧保護並斷開總線和數字引腳之間的接地連接，增加系統安全性和魯棒性，進而消除系統中可能存在的接地環路。

器儀表應用中，TIA/EIA RS-485總線標準是使用最廣泛的物理層總線設計標準之一。 RS-485提供多個系統之間的差分數據傳輸，這些系統通常相距很遠。 相比RS-232標準，RS-485通信可通過差分通信方式提供額外的魯棒性。

TIA/EIA RS-232器件廣泛用於工業機器、網絡設備和科研儀器中。 在現代個人電腦中（個人電腦經常用來調試網絡問題），大部分外設接口已經採用USB代替RS-232，並且很多電腦不再配備RS-232埠。 圖1中的電路為RS-232和RS-485接口提供魯棒而緊湊的解決方案。

圖1. 隔離式USB轉FTDI隔離式RS-232/隔離式RS-485電路（原理示意圖，未顯示所有連接）

電路描述

圖1中的電路提供完全符合TIA/EIA-485/232標準、高度集成且魯棒隔離性能的收發機。ADM3252E 2.5 kV rms隔離式RS-232和ADM2587E 2.5 kV rms隔離式RS-485解決方案是業界尺寸最小的解決方案。ADuM3160提供市場領先的USB埠2.5 kV rms隔離，可輕鬆實現與低速和全速USB兼容外設的集成。 FTDI FT2232H（USB至UART轉換器）能為通過UART轉RS-485或RS-232總線埠進行傳輸提供方便。 TIA/EIA RS-232器件廣泛用於工業機器、網絡設備和科研儀器中。 RS-485的應用包括：過程控制網絡、工業自動化、遠程終端、樓宇自動化（例如，暖通空調（HVAC）、保安系統）、電機控制和運動控制。

在這些實際的系統中，雷擊和電源波動會通過產生較大瞬變電壓對通信埠造成損害。 圖1電路的隔離可針對這些電氣線路浪湧提供保護，增加系統安全性。

圖2. EVAL-CN0373-EB1Z板

圖2顯示隔離式USB轉FTDI隔離式RS-232/隔離式RS-485電路的照片。 如有需要，該電路可實現USB埠至RS-485和RS-232埠的同步發送，也可僅發送一個埠。

ADuM3160提供USB總線D+和D−輸入端數據信號到FTDI FT2232H（USB至UART轉換器）的2.5 kV rms數字隔離。 隔離式USB輸出DD−和DD+信號分別連接FTDI的DM和DP引腳。 FTDI FT2232H可通過UART轉RS-232/RS-485接口發送數據，具體取決於所選PC虛擬COM埠(VCP)。ADuM3160通過USB電纜連接提供VBUS1電源。ADuM3070提供穩壓隔離電源。ADuM3070的電源(+6 V)和接地通過J1管式插口連接器相連。ADuM3160 VBUS2引腳採用ADuM3070的3.3V隔離電源供電。ADuM3070 3.3V輸出還為ADM3252E 2.5 kV rms隔離式RS-232和ADM2587E 2.5 kV rms隔離式RS-485收發機提供主電源。

ADM2587E 2.5 kV rms隔離式RS-485收發機是業界領先的信號和電源隔離解決方案。該收發機可在3.3 V或5 V下工作。數據通過TxD引腳發送，通過RxD引腳接收。 驅動器和接收器的輸出都可使能或禁用，即通過改變DE和RE引腳上的相應邏輯電平，進入高阻抗狀態。

FTDI輸出引腳BDBUS0連接ADM2587E的TxD數據輸入引腳。 FTDI輸出引腳BCBUS0、PWREN#和BDBUS1分別連接ADM2587E的DE、RE和RxD輸入引腳。 DE和RE引腳狀態還可通過LK1和LK2跳線配置。 對每條鏈路而言，位置A連接邏輯引腳至3.3 V，位置B連接邏輯引腳至GND，位置C連接邏輯引腳至FTDI輸出引腳。

ADM2587E可通過A、B、Y和Z RS-485輸入/輸出發送和接收總線數據。 RS-485總線電纜可通過J2五路連接器連接。 斷開LK5和LK6跳線連接可將ADM2587E置於全雙工配置下，在該配置下數據可通過Y和Z引腳發送，並通過A和B引腳接收。 連接LK5和LK6跳線可將ADM2587E輸入/輸出置於半雙工配置下，在該配置下僅能發送或接收總線數據，不能同時收發。

ADM3252E是一款高速、2.5 kV、完全隔離、雙通道RS-232/V.28收發機，採用3.3 V或5 V單電源供電。 RS-232接口支持全雙工通信，通過J5五路連接器或J3連接器為CTS和RTS提供硬體握手。 J3提供RS-232電纜連接器，用來連接工業設備。

ADM3252E發射機輸入(TINx)支持從FTDI的ADBUS0和ADBUS2引腳輸出的FTDITTL/CMOS輸入電平。 TInx輸入反轉並跨越隔離柵耦合，然後作為EIA/TIA-232E總線信號通過J3或J5連接器發送。ADM3252E接收機輸入(RINx)支持來自J3或J5連接器的EIA/TIA-232E信號電平。 RInx輸入反轉並跨越隔離柵耦合至ROUTx引腳。 ROUTx引腳連接FTDI的ADBUS1和ADBUS3輸入。

使用兩個獨立的ADP190電路作為軟啟動電路，並在FTDI FT2232H完全上電後為ADM2587E和ADM3252E供電。 跳線LK7通過74AHC1G14W5-7逆變器將FTDI FT2232H PWREN#引腳連接至ADP190電路的EN引腳。ADP190 EN引腳必須為高電平才能開啟電源開關；驅動EN至低電平可關閉電源開關。 連接位置A的LK7（位置B斷開連接）表示ADP190 EN引腳始終為高電平/使能。 連接位置B的LK7（位置A斷開連接）表示ADP190 EN引腳通過PWREN#反轉信號觸發。

FTDI FT2232H數據手冊提供RS-232通信的引腳功能完整列表。 LK3和LK4跳線支持RS-232握手選項。LK3連接時，ADBUS4 (DTR#)連接到ADBUS5 (DSR#)。 LK4連接時，ADBUS4 (DTR#)連接到ADBUS6 (DCD#)。

電路評估與測試

在J1管式插口連接器上施加6 V電壓，為EVAL- CN0373-EB1Z板供電。 可在ADP7102穩壓器輸出端的VCC_REG測試點上檢查該電壓。ADP7102輸出電壓測量值應當為5 V。5 V電壓路由至ADuM3070和T2變壓器，然後為RS-485、RS-232和FTDI電路提供3.3 V電源輸出。檢查ISO_VCC測試點，該點處的測量電壓應當為3.3V。

通過將RS-232和RS-485輸出連接至ADI ezLINX™ iCoupler®

隔離接

口開發環境板，可測試完整的發送和接收路徑。 此外，還可通過Tera Term開源終端仿真程序執行USB轉RS-232/RS-485發送測試。 如有需要，該電路可實現USB埠至RS-485和RS-232埠的同步發送，也可僅發送一個埠。

使用USB電纜連接筆記本電腦/PC與J4連接器。 將示波器探針與ADM3252E收發機旁邊的ISOTxD測試點相接，如圖3所示。打開PC應用軟體，選擇COM5，然後單擊OK（確定），如圖4所示。

單擊File（文件）菜單下的Send（發送）按鈕，載入待發送的RS-232數據。 選擇用於連續測試傳輸的大數據尺寸文件並單擊Send（發送），如圖5所示。

圖3. EVAL-CN0373-EB1Z板測試設置

圖4. 用於向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-232埠進行USB傳輸的Tera Term COM5

圖5. 用於向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-232埠進行USB傳輸的Tera Term COM5數據用探針探測EVAL-CN0373-EB1Z板上的ISOTxD測試點，通過示波器觀察隔離式RS-232信號（見圖6）。

圖6. EVAL-CN0373-EB1Z板上RS-232埠的ISOTxD信號

可針對ADM2587E收發機執行類似的測試。 使用USB電纜連接筆記本電腦/PC與J4連接器。 將示波器探針與ADM2587E收發機旁邊的Y和Z測試點相接，如圖3所示。打開第二個Tera Term仿真器窗口，選擇COM6用於RS-485傳輸，如圖7所示。

圖7. 用於向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-485埠進行USB傳輸的Tera Term COM6

單擊File（文件）菜單下的Send（發送）按鈕，載入待發送的RS-485數據。 選擇用於連續測試傳輸的大數據尺寸文件並單擊Send（發送），如圖8所示。

圖8. 用於向EVAL-CN0373-EB1Z板上的RS-485埠進行USB傳輸的Tera Term COM6數據

用探針探測Y和Z測試點，通過示波器觀察隔離式RS-485信號；或者使用示波器的Y – Z數學函數觀察差分總線信號，如圖9所示。

圖9. EVAL-CN0373-EB1Z板上RS-485埠的Y – Z數學波形

了解詳情

CN-0373設計支持包： www.analog.com/CN0373-DesignSupport

ezLINX™ iCoupler®

隔離接

口開發環境、ezLINX板快速入門指南。

Marais, Hein. AN-960應用筆記：RS-485/RS-422電路實施指南。 ADI公司。

Clark, Sean和Ronn Kliger. AN-740應用筆記：

RS-232應用中的iCoupler®隔離。