SNx5C3232E：3 - V至5.5 - V双通道RS - 232 1 - MBIT/S线路驱动器和接收器

一、SNx5C3232E简介

在电子系统中，串口通信是一种非常常见的通信方式，而RS - 232标准则在其中占据着重要地位。TI公司的SN65C3232E和SN75C3232E这两款器件，为异步通信控制器和串口连接器之间提供了可靠的电气接口。这两款器件集成了两个线路驱动器、两个线路接收器以及一个双电荷泵电路，并且在串口连接引脚（包括GND）之间具备±15 - kV的IEC ESD保护能力，大大提高了设备在复杂电磁环境下的可靠性。

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二、器件特点

2.1 电源和性能

• 宽电压供电：能够在3 - V至5.5 - V的$V_{CC}$电源下稳定工作，这使得它在不同电源环境下都能有出色表现。无论是使用3.3V的电源还是5V的电源，都能满足设计需求。
• 高速传输：数据信号传输速率最高可达1 Mbit/s，满足了大多数中高速串口通信的要求。同时，其驱动输出摆率在14 V/μs至150 V/μs之间，能够适应不同的信号传输需求。
• 低功耗设计：典型的电源电流仅为300 μA，在电池供电系统中能有效延长电池续航时间。
• 小电容需求：只需要4个0.1 μF的外部电容，就能配合电荷泵实现正常工作，减少了外部元件数量，降低了成本和电路板空间。
• 兼容逻辑输入：即使使用3.3 - V电源，也能接受5 - V逻辑输入，提高了系统的兼容性。

2.2 保护特性

• ESD保护：具备出色的静电放电（ESD）保护能力。RS - 232引脚符合II类ESD保护标准，其中人体模型（HBM）为±15 - kV，IEC 61000 - 4 - 2气隙放电为±15 - kV，IEC 61000 - 4 - 2接触放电为±8 - kV。这使得器件在面对静电干扰时能够保持稳定工作，减少损坏的风险。
• 闩锁性能：闩锁性能超过100 mA（Per JESD 78），进一步提高了器件的可靠性。

2.3 封装形式

提供多种封装形式可供选择，如D（SOIC）、DB（SSOP）、DW（SOIC）和PW（TSSOP），方便不同应用场景的需求。不同封装的尺寸也有所不同，例如D（SOIC）封装尺寸为9.90 mm x 3.91mm，用户可以根据实际的电路板布局和空间要求进行选择。

三、应用场景

SNx5C3232E的应用范围非常广泛，涵盖了工业、通信、计算机等多个领域，以下是一些常见的应用场景：

• 工业PC：在工业自动化系统中，工业PC需要与各种外部设备进行通信，SNx5C3232E可以提供稳定可靠的串口通信接口，确保数据的准确传输。
• 有线网络：在一些有线网络设备中，如路由器、交换机等，可能需要使用RS - 232接口进行配置和管理，SNx5C3232E可以满足这方面的需求。
• 数据中心和企业计算：数据中心和企业级服务器可能需要通过串口与一些监控设备、管理设备进行通信，该器件能够提供高速、可靠的通信保障。
• 电池供电系统：由于其低功耗的特点，非常适合应用在电池供电的系统中，如便携式设备、远程监控设备等，能够有效延长电池的使用时间。
• 其他设备：还可应用于PDA、笔记本电脑、掌上电脑、手持设备等，为这些设备提供串口通信功能。

四、技术参数

4.1 绝对最大额定值

在使用SNx5C3232E时，必须要注意其绝对最大额定值，这关系到器件的安全和可靠性。具体参数如下：

• 电源电压范围：$V{CC}$为 - 0.3至6 V，正输出电源电压范围为 - 0.3至7 V，负输出电源电压范围为0.3至 - 7 V，$V{+}$ - $V_{-}$的电源电压差最大为13 V。
• 输入输出电压范围：驱动器输入电压范围为 - 0.3至6 V，接收器输入电压范围为 - 25至25 V；驱动器输出电压范围为 - 13.2至13.2 V，接收器输出电压范围为 - 0.3至$V_{CC}$ + 0.3 V。
• 温度范围：工作虚拟结温最大为150 °C，存储温度范围为 - 65至150 °C。需要注意的是，在超出绝对最大额定值的条件下工作，可能会导致器件永久性损坏。

4.2 ESD保护

ESD保护能力是衡量器件可靠性的一个重要指标。SNx5C3232E的ESD保护参数如下：

• 人体模型（HBM，per ANSI/ESDA/JEDEC JS - 001）为±3000 V，带电设备模型（CDM，per JEDEC specification JESD22 - C101）为±1500 V。
• 在驱动器和接收器的特定引脚（DOUT 7、14和RIN 8、13）上，HBM为±15 kV，IEC 61000 - 4 - 2气隙放电为±15 kV，IEC 61000 - 4 - 2接触放电为±8 kV。需要注意的是，对于SN65C3232E的D、DB、PW封装和SN75C3232E的PW封装，为了满足指定的IEC ESD等级，需要在$V_{CC}$和GND之间连接一个最小1 - μF的电容。

4.3 推荐工作条件

为了使器件能够发挥最佳性能，推荐在以下条件下工作：

• 电源电压：当$V{cc}$ = 3.3V时，推荐范围为3至3.6 V；当$V{cc}$ = 5V时，推荐范围为4.5至5.5 V。
• 输入电压：驱动器高电平输入电压（$V{IH}$），在$V{cc}$ = 3.3V时为2 V，在$V{cc}$ = 5V时为2.4 V；驱动器低电平输入电压（$V{IL}$）最大为0.8 V；驱动器输入电压（$V_{i}$）范围为0至5.5 V；接收器输入电压范围为 - 25至25 V。
• 工作温度：SN65C3232E的工作温度范围为 - 40至85 °C，SN75C3232E的工作温度范围为0至70 °C。

4.4 电气特性

• 电源特性：在无负载、$V_{cc}$ = 3.3V或5V的情况下，电源电流典型值为0.3 mA，最大值为1 mA。
• 驱动器特性：在特定负载条件下，高电平输出电压（$V{oH}$）最小为5.5 V，低电平输出电压（$V{oL}$）最大为 - 5.4 V；高电平输入电流（$I{H}$）和低电平输入电流（$I{L}$）最大为±1 μA；短路输出电流（$I{os}$）在不同电源电压下有所不同，最大值可达±90 mA；输出电阻（$r{o}$）在特定条件下为300至10 MΩ。
• 接收器特性：高电平输出电压（$V{oH}$）在$I{oH}$ = - 1mA时为$V{cc}$ - 0.6至$V{cc}$ - 0.1 V，低电平输出电压（$V{oL}$）在$I{oL}$ = 1.6mA时最大为0.4 V；正输入阈值电压（$V{IT +}$）和负输入阈值电压（$V{IT -}$）在不同电源电压下有不同的值，输入滞后（$V_{hys}$）最小为0.3 V；输入电阻（$r$）在±3V至±25V的输入电压范围内为3至7 kΩ。

4.5 开关特性

• 驱动器开关特性：在特定负载和电源电压条件下，最大数据速率可达1000 kbit/s；脉冲偏移（$t_{sk(ip)}$）最大为300 ns；转换区域的摆率（$SR(tr)$）在14至150 V/μs之间。
• 接收器开关特性：低到高电平输出的传播延迟时间（$t{PLH}$）和高到低电平输出的传播延迟时间（$t{PHL}$）典型值均为300 ns，脉冲偏移（$t_{sk(p)}$）典型值也为300 ns。

五、详细设计与应用

5.1 功能框图与原理

SNx5C3232E由电源模块、RS - 232驱动器和RS - 232接收器三部分组成。

• 电源模块：通过电荷泵利用四个外部电容对$V{+}$和$V{-}$引脚的电压进行升压、反相和调节，为驱动器和接收器提供合适的工作电压。
• RS - 232驱动器：将标准逻辑电平转换为RS - 232电平，两个DIN输入必须为有效的高或低电平。
• RS - 232接收器：将RS - 232电平转换为标准逻辑电平，当输入开路时，ROUT输出高电平，每个RIN输入都包含一个内部标准RS - 232负载。

5.2 典型应用电路

典型的应用电路中，ROUT和DIN连接到UART或通用逻辑线路，RIN和DOUT线路连接到RS - 232连接器或电缆。在设计电路时，需要根据$V_{CC}$的电压选择合适的电容值，以达到最佳性能。具体电容值选择如下表：

$V_{cc}$	C1	C2, C3, C4
3.3V ± 0.3V	0.1 μF	0.1 μF
5V ± 0.5V	0.047 μF	0.33 μF
3V至5.5V	0.1 μF	0.47 μF

5.3 设计注意事项

• 电源供应：$V{CC}$应在3 V至5.5 V之间，根据$V{CC}$的电压选择合适的电荷泵电容，以确保器件正常工作。
• 电容布局：外部电容的走线应尽量短，特别是C1和C2节点，因为它们的上升和下降时间最快，短走线可以减少信号干扰和损耗。
• ESD防护：对于部分封装，需要在$V_{CC}$和GND之间连接一个最小1 - μF的电容，以满足IEC ESD规范。在实际使用中，还应采取其他ESD防护措施，如使用防静电袋、接地腕带等。

六、总结

SNx5C3232E是一款性能出色、功能丰富的RS - 232线路驱动器和接收器，具有宽电压供电、高速传输、低功耗、强ESD保护等优点，适用于多种应用场景。在设计过程中，只要我们严格按照推荐的工作条件和设计注意事项进行操作，就能充分发挥该器件的性能，设计出稳定可靠的串口通信系统。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。