RS-232到UART转换器的特点及工作原理

很多传感应用都是围绕低功耗MCU开发的，并不需要隔离式电源设计。为了节约成本，很多应用采用电容式降压电源来取代基于变压器的设计方案。这需要一个保持电压非常高的感应方案来连接主机，这个高压就需要一个隔离边界。

方案特点

本方案可实现利用接口到电源本身的残余电力的隔离式数据转换器。这样就不再需要进行跨隔离边界的成本昂贵的电力传输。通过在电表上轻松启用无处不在的 RS-232 连接，可以用各种各样的测试站硬件执行工厂配置和校准等功能。

方案实物

2.5kVRMS隔离边界可确保现场技术人员安全地连接电表，甚至在安装后执行诊断、数据检索和现场固件更新。安装的可靠接口以执行诊断、数据检索和现场固件更新，适用于远高于RS-232标准的数据率，从而确保在任何情况下，隔离都不是设计中的限制因素。主要特性如下：

- 高电压RS-232隔离

- 位速率最高可达1Mbps

- 2.5kVRMS 操作隔离边界(根据UL)

- 适用于隔离和RS-232收发器的集成式能量收集

- 使用 5V至12V RS-232驱动器进行操作

工作原理

在工业领域，采用RS-232接口的主机非常普遍，将RS-232迁移到嵌入式系统则需要一个中间级。CMOS TTL电压一般为3.3-5V范围，RS-232则在12V附近，如果在RS-232一侧增加隔离电源就会产生额外的成本。如果通过RS-232协议本身采集能量，就实现了一个完全隔离、自供电的转换器。

RS-232到UART转换器方案电路图

为了驱动隔离边界侧的数据终端和RS-232充电泵，可选择接口带隔离电源，或者从RS-232线路采集能源。后一选项的的线路电压为5-12V，足以满足本设计要求。电压通过二极管进入电容器存储起来，在超过充电泵门限后释放，由LDO将其降压到3.3V。

本方案采用电容耦合隔离，相较光隔离具有寿命优势，可保持15年以上的有效隔离周期。

芯齐齐BOM分析

芯齐齐智能BOM分析工具显示，本方案BOM元器件数量23个，所有电容器和电阻应取得安规认证。

RS-232到UART转换器方案BOM表

ISO7421是双通道、1/1、1Mbps数字隔离器，工作电压3.3V或5V，可简单插入YART信号链路，实现2.5kV隔离和4kV峰值隔离。

TPS3232是能够以充电泵的3.3V VCC电压驱动较高电压信号的RS-232线路驱动接收器，TPS76333DBVT是150mA LDO线性稳压器。

布线时要注意，高压差分信号路径应该尽可能远，所有走线应直接焊盘。

审核编辑：汤梓红