Журнал "Новости Электроники", номер 1, 2007 год.

Журнал "Новости Электроники", номер 1, 2007 год.Современные интерфейсные микросхемы компании MAXIMЕвгений Звонарев Изолированные приемопередатчики. Защита от ошибок приема/передачи, электростатического разряда, помех и короткого замыкания. Минимизация потребления энергии. Всем этим заслуженно славятся интерфейсные микросхемы компании Maxim Integrated Products. О новинках компании в этой области, представляющих особенный интерес для разработчиков электроники, рассказывает предлагаемая статья.  

Полностью защищенные интерфейсы RS-485/CAN

При подключении внешнего устройства к прибору может возникнуть электростатический разряд (ESD) или случайное замыкание выходов интерфейсной микросхемы на корпус или общую шину. Для исключения результатов таких нежелательных воздействий необходимо при подключении ограничивать возникающие помехи и ток короткого замыкания с помощью защитных диодов, многоразовых предохранителей (PolySwitch) и ограничительных резисторов. Компания MAXIM выпускает интерфейсные микросхемы RS-485 и CAN со встроенными элементами защиты (полностью защищенные интерфейсы). Примеры таких микросхем показаны на рисунке 1. Встроенная защита особенно важна, если напряжение питания подается непосредственно по линии связи.
 

 

Рис. 1. Полностью защищенные интерфейсы RS-485/CAN, не требующие внешних защитных компонентов

Микросхемы защищенных интерфейсов не выходят из строя при обрыве линии, имеют защиту, обеспечивающую пониженный ток короткого замыкания. MAX3440E и MAX3441 имеют дополнительный выход сигнала ошибки. Наличие входа Shutdown позволяет минимизировать потребление энергии от источника питания. Размещение защитных элементов внутри микросхемы позволяет существенно сократить занимаемую площадь на печатной плате и уменьшить стоимость устройства. Некоторые из защищенных интерфейсов, показанных на рисунке 1, имеют возможность горячего включения, что в некоторых случаях является необходимым условием.

Таблица 1. Параметры полностью защищенных микросхем интерфейсов RS-485/CAN компании MAXIM

Наимено-
вание Прото-
кол Uпит. (В) Uпомехи (макс.) (В) ESD (кВ) Скорость передачи (Мбит/с) Наличие вывода «Fault» Наличие вывода «Shutdown» Hot-Swap* MAX13442E/
MAX13443E
RS-485 +5 ±80/±60 ±15 0,25/10   vvMAX13444E J1708 +5 ±80 0,25   vv MAX3430 RS-485 +3 ±80 0,25     vMAX3430E/
MAX3441
RS-485 +5 ±80 0,25/10 v  vMAX13051/
MAX13052
CAN ±80 ±6 1   v  MAX3050/
MAX3053/
MAX3057
CAN ±80 ±3 2   v  *Hot-Swap - возможность «горячей» замены (подключение и отключение устройства без снятия напряжения питания. MAX3535E - изолированные приемопередатчики RS-485 с питанием 3,3 В

Для организации интерфейса RS-485 можно с успехом использовать новые приемопередатчики с емкостной изоляцией MAX3535E. Микросхемы работоспособны при напряжении питания от 3 до 5 В, допускают возможность горячей замены и имеют защиту от электростатического разряда до ±15 кВ. Емкостной барьер выдерживает напряжение между входом и выходом до 2500 В.  

Таблица 2. Параметры изолированного трансивера RS-485 MAX3535E с емкостным барьером

Наименование Vпит. (В) Скорость передачи (кб/с макс.) Напряжение изоляции (В) (VRMS) ±15кВ (ESD) Горячая замена (Hot-Swap) Защита от сбоев (Fail-Safe) MAX3535E +3...+5 1000 2500 v v  v

Структурная схема трансиверов MAX3535E показана на рисунке 2.

 

 

Рис. 2. MAX3535E - изолированный приемопередатчик RS-485 с питанием от 3 до 5 Вольт

Типовая схема включения для организации двунаправленной передачи данных приведена на рисунке 3.

 

Рис. 3. Типовая схема включения микросхемы MAX3535E для организации изолированного интерфейса RS-485

Схема включения MAX3535E требует наличия внешнего трансформатора. Компания MAXIM рекомендует импульсный трансформатор компании HALO Electronics () TGM-240NE (для монтажа в отверстия) или TGM-240NS (для поверхностного монтажа). Внутри микросхемы есть схема преобразования постоянного напряжения в переменное. С выходов ST1 и ST2 переменное напряжение подается на первичную обмотку трансформатора. На выходах вторичной обмотки напряжение выпрямляется диодами Шоттки с общим катодом, например, из сборки BAT54C. С помощью этого преобразователя формируется изолированное питание выходных цепей MAX3535E. 

MAX3421E - хост/периферийный USB-контроллер с SPI интерфейсом

В некоторых случаях бывает необходимо добавить USB интерфейс к микроконтроллеру, DSP процессору или к специализированной микросхеме. Хорошо, если микроконтроллер имеет встроенный интерфейс USB, но, к сожалению, такой случай встречается довольно редко. Эту задачу можно легко решить при помощи микросхемы MAX3421E, которая имеет интерфейс SPI. В первом приближении MAX3421E можно рассматривать в качестве преобразователя интерфейса SPI в USB 2.0. Это независимое от микроконтроллера решение с полной скоростью обмена 12 Мбит/с. Программное обеспечение совместимо с выпущенной ранее микросхемой MAX3420E. Встроенные преобразователи уровней позволяют использовать микросхему в системах с разными логическими уровнями. USB операции выполняются внутри MAX3421E и завершаются при выполнении прерывания. Благодаря этому ведущее устройство с протоколом SPI не нуждается в таймерах для обеспечения временных интервалов интерфейса USB. MAX3421E имеет восемь универсальных входов-выходов. Рабочий диапазон температур от -40 до 85°С. Структурная схема MAX3421E показана на рисунке 4. Новая микросхема MAX3421E может работать как хост, так и периферийный контроллер USB. MAX3420E имеет 4 входа и выхода при скорости обмена до 12 Мбит/с.

Таблица 3. Параметры USB-контроллеров MAX3420E и MAX3421E

Наименование Режимы работы Количество входов Количество выходов USB 2.0 Full-Speed (12Мб/с)  Корпуса
(мм x мм) MAX3420E Периферийный 4 4   24-TQFN (4x4),
32-TQFP (7x7) MAX3421E Главный/Периферийный 8 8   32-TQFN (5x5),
32-TQFP (5x5)

При необходимости можно добавить цифровой изолятор для обеспечения гальванической развязки (см. нижнюю часть рисунка 4).

 

 

Рис. 4. Главный/периферийный USB-контроллер MAX3421E с интерфейсом SPI 

Ограничители тока компании MAXIM

При необходимости подключения к прибору внешних устройств без снятия напряжения питания (горячее подключение) или при случайном контакте выходов с корпусом или общим проводом может возникнуть короткое замыкание, которое выведет незащищенные выходы из строя. Избежать этого нежелательного момента помогут ограничители тока с широким набором защит, представленные на рисунке 5.

Таблица 4. Параметры ограничителей тока в миниатюрных корпусах компании MAXIM

Наимено-
вание Ограни-
чение тока (мА) Ron (Ом) Входное напря-
жение (В) No-Load Flag Инди-
кация пере-грузки Свойства Корпуса (мм х мм) МАХ4915А/В 200 0,2 2,3...5,5   v  МАХ4915А*** 6-mDFN (2x2 МАХ4826/7 50 0,7 v МАХ4827*** 6-mDFN (1x1,5) МАХ4828/9 100 0,7 v МАХ4829*** МАХ4830/1 50 104 v МАХ4831*** МАХ4785/6 50 0,7   МАХ4786*** 4-/5-SC70 МАХ4787/8 100 0,7   МАХ4788*** 4-/5-SC70 МАХ4789/90 200 0,2   v  МАХ4790*** 4-SOT143/5-SOT23/6-TDFN МАХ4791/2 250   МАХ4792*** МАХ4793/4 300   МАХ4794*** МАХ4795/6 450 2,0...4,5   v  МАХ4796*** 5-SOT23/6-TDFN МАХ4797/8 500 0,18   МАХ4798*** 5-SOT23/6-TDFN МАХ4772/3 200/500 0,45/0,18   МАХ4773*** 6-SOT23/6-TDFN *** МАХ4915А -- наличие функции Autoretry (автоматическое восстановление после устранения перегрузки по току)

 

 

Рис. 5. Структурная схема MAX4830

Микросхемы ограничителей тока имеют выходы, информирующие микроконтроллер о превышении допустимого тока. Некоторые ограничители способны информировать микроконтроллер об отсутствии (обрыве) нагрузки. Задержка формирования сигнала перегрузки 14 мс необходима для устранения определения ложных срабатываний детектора ошибки. Встроенные защиты от перегрева и подключения с неправильной полярностью дополнительно повышают надежность работы ограничителей тока. Диапазон ограничения тока можно выбирать в пределах 50...500 мА. Максимальное входное напряжение для этих микросхем 4,5...5,5 В (см. таблицу 4 и рисунк 5). 

Сборки ограничительных диодов MAX1320хE для защиты от электростатических разрядов (ESD)

Если встроенная защита интерфейсных микросхем от электростатических разрядов недостаточна, то необходимо добавить сборки защитных диодов MAX1320xE, характеристики и параметры которых показаны на рисунке 6.

Таблица 5. Параметры сборок ограничительных диодов MAX1320xE для защиты от электростатических разрядов 

Наимено-
вание Допусти-
мое напря-
жение (В) Коли-
чество защи-щаемых входов Вход-
ная емко-сть (пФ) ESD (кВ) Ток утечки, нА Корпуса
(мм х мм) Модель Human Body Стан-
дарт
Air Gap IEC 61000-4-2 Стан-
дарт IEC 61000-4-2 MAX13202E 0,9...16 2 6 ±15 ±30 ±12 1 6-mDFN (1x1,5) MAX13204E 4 ±14 6-mDFN (2x2) MAX13206E 6 8-mDFN (2x2) MAX13208E 8 10-mDFN (2x2)

 

Рис. 6. Структурная схема диодных сборок

Обычно сборки защитных диодов подключаются к входам микросхем, чувствительных к электростатическим разрядам. При этом увеличивается емкость входов защищаемых микросхем, что необходимо учитывать при работе на высоких скоростях передачи данных. Кроме того, нельзя забывать и о токе утечки ограничительных диодов. Зависимости тока утечки от температуры и обратного напряжения на диодах приведены на графике рисунка 6. Защитные диоды серии MAX1320xE работают при диапазоне обратного напряжения от 0,9 до 16 В.

В линейке поставок MAXIM есть сборки защитных диодов с уменьшенной входной емкостью. Это серия MAX320xE, но допустимый диапазон обратного напряжения у них от 0,9 до 5,5 В. За снижение входной емкости приходится платить пониженным допустимым обратным напряжением. 

Таблица 6. Параметры сборок ограничительных диодов MAX320xE с пониженной входной емкостью

Наимено-
вание Напряжение питания (В) Количество каналов Входная емкость (пФ) ESD защита:
±15 кВ Human Body Model*
±8 кВ IEC 61000-4-2 Contact**
±15 кВ IEC 61000-4-2 Air-Gap*** Ток утечки (нА, макс) Корпус(а) МАХ3207Е +0,9...+5,5 2 2,5 v 1 6-SOT МАХ3205Е +0,9...+5,5 6 2,5 v 1 9-UCSP/16-TQFN МАХ3208Е +0,9...+5,5 4 2,6 v 1 16-TQFN/10-mMAX МАХ3202Е +0,9...+5,5 2 5 v 1 4-UCSP/6-TQFN МАХ3203Е +0,9...+5,5 3 5 v 1 6-UCSP/TQFN МАХ3204Е +0,9...+5,5 4 5 v 1 6-UCSP/TQFN МАХ3206Е +0,9...+5,5 6 5 v 1 9-UCSP/12-TQFN *    ±15 кВ Human Body Model - ±15 кВ для модели тела человека **   ±8 кВ IEC 61000-4-2 Contact - ±8 кВ для контактного метода *** ±15 кВ IEC 61000-4-2 Air-Gap - ±15 кВ для воздушного промежутка

Параметры сборок серии MAX320xE представлены на рисунке 7.

 

 

Рис. 7. Сборки защитных диодов серии MAX320xE с пониженной входной емкостью

Все сборки ограничительных диодов выполнены в миниатюрных корпусах. Серия MAX320xE работоспособна в автомобильном диапазоне температур от -40 до 125°С.

Вся информация для статьи взята с сайта компании Maxim Integrated Products:

Вернуться к содержанию номера







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.