Отбор энергии у интерфейса RS232 для питания подключенных к нему устройств

ПЛК, ЧПУ, одноплатные компьютеры и т.д. / Интерфейсы / COM порт
Administrator
2 347
6-09-2015, 17:36
0

Типичные ИС приемопередатчиков интерфейса RS232, которые можно найти во многих встраиваемых системах генерируют выходные сигналы с уровнями ±6 В. В то время, как эти сигналы не предназначены для передачи мощности, в некоторых ситуациях они могут нести достаточно энергии для питания подключаемых устройств.

Дискретная версия интерфейса отбора мощности создает локальный источник положительного напряжения от сигналов управления потоком данных (рис.1) DTR и RTS. При активации, сигналы с линий RTS и DTR заряжают конденсатор C1 через диоды D1 и D2 чтобы создать напряжение V_POS.

Схема линейного стабилизатора напряжения (U1) преобразует напряжение V_POS в напряжение, необходимое для питания логических схем, V_CC, с фиксированным значением 3,3 В, чтобы питать подключенный микроконтроллер или другую интерфейсную схему.

{banner_rca-news-1-1}

Сигнал передачи данных TXD, который является отрицательным, когда данные не передаются, таким же образом, создает локальный отрицательный источник питания. Неактивный сигнал TXD заряжает конденсатор C2 через диод D3, чтобы создать V_NEG.

При передаче данных, диод D3 изолирует импульсы положительного напряжения от линии отрицательного источника питания. Выбранные диоды с барьером Шотки уменьшают прямое падение напряжения minimize между сигнальными линиями интерфейса RS232 и шинами питания.

Оставшиеся элементы схемы обеспечивают преобразование уровня и преобразование логических уровней для сигналов последовательного порта R_OUT и T_IN. Транзистор Q1, MOSFET N-типа, создает сигнал R_OUT из сигнала передачи данных TXD интерфейса RS232, используя делитель (R1 и R2) для ограничения напряжения на затворе. Резистор в цепи стока (R3) обеспечивает выходной сигнал высокого логического уровня, когда линия TXD неактивна.

{banner_rca-news-1-2}

Для преобразования ответного сигнала микроконтроллера с логическими уровнями (T_IN) в сигналы интерфейса RS232, используется неинвертирующий, буфер с тремя состояниями на выходе (U2) и подтягивающий к высокому уровню резистор, расширяющий диапазон сигнала до значений GND и V_POS. Транзистор Q2, MOSFET P-типа, инвертирует этот промежуточный сигнал и расширяет его диапазон до уровней выходного сигнала (RXD) между значениями V_NEG и V_POS.

Тестирование схемы, с использованием персонального компьютера в качестве хоста с последовательным портом, подтвердило, что схема может поддерживать обмен данными со скоростью до 115200 Бит/сек. Альтернативная разработка, для случая, когда необходима большая скорость обмена данными (до 1 Мбит/сек), использует ИС в качестве активных компонентов (рис.2).

При данном подходе изменена схема включения ИС приемопередатчика интерфейса RS232, LTC2801 от Linear Technology (U1), чтобы деактивировать внутреннюю схему повышающего преобразователя напряжения.

Замыкание выводов V_CC, CAP и SW на общую шину деактивирует повышающий преобразователь. Кроме того, это дает дополнительный выигрыш, избавляя от необходимости использования внешних конденсаторов. Вместо того чтобы создавать уровни напряжения, необходимые для нормальной работы интерфейса RS232, с помощью внутренней схемы, U1 использует напряжения V_POS и V_NEG, которые получаются из входных сигналов интерфейса RS232, как и в схеме на дискретных компонентах.

{banner_rca-news-1-3}

Положительный источник питания (V_POS) также присоединен к ИС линейного стабилизатора (U2), сконфигурированного резисторами R1 и R2 для получения выходного напряжения 2,5 В. Это стабилизированное напряжение обеспечивает питание логической части приемопередатчика. Запасенная и стабилизированная энергия служит, также, для питания подключенного микроконтроллера или другой интерфейсной схемы, в то время как U1 обеспечивает преобразование уровней сигналов R_OUT и T_IN.

В конечном счете, отбираемый от каждой сигнальной линии интерфейса RS232 ток ограничит пропускную способность канала обмена данными. При номинальном напряжении питания 6 В и с установленным спецификацией EIA-232 минимальном сопротивлении нагрузки 3 кОм, максимальный ток, который способна отдавать каждая линия составит 2 мА.

Поскольку потребляемый приемопередатчиком ток составляет всего несколько десятков микроампер, большая часть накопленной энергии доступна для питания подключаемой схемы. Большая потребляемая мощность может быть получена за счет уменьшения амплитуды сигналов интерфейса RS232.

Например, при тестировании с PDA серии HP IPAQ 5900, ток нагрузки 4 мА, на каждую линию, уменьшал амплитуду сигнала интерфейса RS232 до 4,5 В. Такого тока вполне достаточно для работы микроконтроллера с малой потребляемой мощностью и нескольких датчиков.

Источник: https://electronicdesign.com/

Обсудить на форуме