摘要]將RS232接口轉(zhuǎn)換成雙端平衡傳送和差分接收方法，并對信號進行光電隔離，無需外接電源，實現(xiàn)延長RS232通訊距離和抗干擾保護接口之目的。
[關(guān)鍵詞]平衡傳送 差分接收 串口竊電 瞬態(tài)電壓抑制
一、引言
串口泵也稱為RS232隔離長線驅(qū)動器，是德陽四星電子技術(shù)開發(fā)中心研制的RS232/RS422/RS485系列產(chǎn)品之一，外形采用DB25轉(zhuǎn)接盒，外插RS232串口，即插即用，使用極為方便。獨特的串口竊電技術(shù)使得該 系列產(chǎn)品不需要外接電源，也不需靠初始化設(shè)置串口來供電，使用本系列產(chǎn)品后均不會對軟件作任何修改，確保適合一切軟件！該產(chǎn)品全部采用工業(yè)級元器件，并設(shè)有抗雷擊等瞬態(tài)電壓抑制電路。特別適用于工業(yè)現(xiàn)場，野外等惡劣環(huán)境，外形如圖1所示：
● 外形尺寸：60×50×17
● 重量：40克
● 工作溫度：-40～+85℃
● 工作濕度：0～95%
二、工作原理
采用RS232接口單端信號傳送方式，通訊距離只能達到15米，很大程度上限制了計算機的應(yīng)用范圍。影響計算機正常通訊的因素主要有電磁輻射干擾（噪聲干擾）和電源干擾（串?dāng)_）。電磁輻射干擾主要來自于工業(yè)現(xiàn)場的各種用電器，它在通訊電纜線上產(chǎn)生感應(yīng)電勢等噪聲干擾使系統(tǒng)不能正常工作。電源干擾的主要原因是設(shè)備的電源電路不夠理想，如兩臺設(shè)備所用的電源不同相；設(shè)備接地不好；或者兩臺設(shè)備處在不同的電力分布網(wǎng)，地電位不同等原因在兩臺設(shè)備之間產(chǎn)生地電位差而形成串?dāng)_。
由圖2可見：Er=Et+En+Eg,Et為十幾伏，Eg一般為幾十伏至幾百伏，En若是來自用電器一般不超過幾十伏，若是來自雷電則可達幾千伏。 RS232接口所能承受的最大電壓是25伏，由此可見，幾十伏以上的干擾信號不僅會影響正常通訊而且足可將接口燒毀。
SC-232系列光隔離長線收發(fā)器是將RS232接口數(shù)據(jù)傳送方式轉(zhuǎn)換成雙端平衡信號傳輸，并用高速光隔離器件將兩臺設(shè)備隔離開，在差分接收器接收到雙端平衡信號后再還原成RS232信號送至RS232接口。見圖3所示：
Et為發(fā)送端電壓，Er為接收端電壓，En為干擾電壓，Eg為地電位差。
Er=Et+En-En=Et
由于采用雙端平衡傳輸和差分接收，使得加在兩根導(dǎo)線上的干擾信號可以相互抵消而不影響正常信號的傳輸，因而有效克服了噪聲干擾。同時由于光隔離器的作用，使得兩臺通訊設(shè)備之間的地電位差Eg不會對信號有任何影響。從而徹底解決了通訊中的串?dāng)_和噪聲干擾。
經(jīng)實測，使用串口泵后在波特率為9600bps時通訊距離可達2公里，若降低通訊速率，則可相應(yīng)延長通訊距離。
三、工作電源的竊取
本裝置不需外接電源，其工作電源從RS232接口上竊取。如圖4所示：圖中TXD、RTS、DTR是RS232的輸出信號，每根信號線可提供約9mA的輸出電源，通訊時其電壓在+10V和-10V之間跳變，通訊停止后其電壓極性不定，但開機上電時全部為-10V。該三個信號經(jīng)D1～D6全波整流和C1、C2濾波后得到+9V和-9V直流電壓，若是開機上電狀態(tài)則只有-9Ｖ電壓。IC1和IC2分別是負電壓到正電壓轉(zhuǎn)換器和正電壓到負電壓轉(zhuǎn)換器，將輸入電壓轉(zhuǎn)換極性并升壓，這樣無論TXD、RTS、DTR是什么極性都能在DW1和DW2端得到＋９V和－９Ｖ的穩(wěn)定電壓。亦即不需靠軟件設(shè)置來得到工作電壓，確保適合所有軟件！其實只需以上任意一根信號線即可滿足要求。
圖4
四、瞬態(tài)電壓干擾接口保護
由于本裝置采用平衡差分傳輸方式，因而具有良好的抗電磁干擾能力，光電隔離電路能有效的抑制地電位差的干擾。采用屏幕電纜對抑制射頻干擾很有效，但屏蔽電纜線的電容較大，會相應(yīng)降低通訊速率。除上述常見干擾因素外，瞬態(tài)電壓干擾是威脅通訊接口安全的元兇之一。
瞬態(tài)電壓抑制器TVS是一種高效能的電路保護器件，外形及符號同普通穩(wěn)壓管，所不同的是，它是一種特制的齊納二級管，能經(jīng)受高達數(shù)千伏的脈沖電壓和數(shù)十乃至數(shù)百安培的浪涌電流，能承受的功率高達數(shù)千瓦。同時TVS具有極小的極間電容，并不會影響信號的正常傳輸。
圖５給出了本采用TVS的保護電路。在發(fā)送端和接受端各采用３個TVS單元，分別對線路之間、線路對地之間的瞬態(tài)電壓干擾進行抑制，消除了由于強電進入而產(chǎn)生通訊口被燒毀的現(xiàn)象，從而有效的保證了整個通訊系統(tǒng)的安全運行。
五、結(jié)束語
串口泵可廣泛用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)、計算機通訊系統(tǒng)等一切采用RS232通訊的設(shè)備，對延長通訊距離、抗干擾和保護接口等方面不失為一種經(jīng)濟可靠的裝置。根據(jù)以上原理，還可設(shè)計出RS232到RS422/RS485等各種通訊規(guī)程轉(zhuǎn)換器，并且不需要外接電源。