SNx5C3232E：3 - V至5.5 - V雙通道RS - 232 1 - MBIT/S線路驅動器和接收器

一、SNx5C3232E簡介

在電子系統(tǒng)中，串口通信是一種非常常見的通信方式，而RS - 232標準則在其中占據著重要地位。TI公司的SN65C3232E和SN75C3232E這兩款器件，為異步通信控制器和串口連接器之間提供了可靠的電氣接口。這兩款器件集成了兩個線路驅動器、兩個線路接收器以及一個雙電荷泵電路，并且在串口連接引腳（包括GND）之間具備±15 - kV的IEC ESD保護能力，大大提高了設備在復雜電磁環(huán)境下的可靠性。

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二、器件特點

2.1 電源和性能

• 寬電壓供電：能夠在3 - V至5.5 - V的$V_{CC}$電源下穩(wěn)定工作，這使得它在不同電源環(huán)境下都能有出色表現。無論是使用3.3V的電源還是5V的電源，都能滿足設計需求。
• 高速傳輸：數據信號傳輸速率最高可達1 Mbit/s，滿足了大多數中高速串口通信的要求。同時，其驅動輸出擺率在14 V/μs至150 V/μs之間，能夠適應不同的信號傳輸需求。
• 低功耗設計：典型的電源電流僅為300 μA，在電池供電系統(tǒng)中能有效延長電池續(xù)航時間。
• 小電容需求：只需要4個0.1 μF的外部電容，就能配合電荷泵實現正常工作，減少了外部元件數量，降低了成本和電路板空間。
• 兼容邏輯輸入：即使使用3.3 - V電源，也能接受5 - V邏輯輸入，提高了系統(tǒng)的兼容性。

2.2 保護特性

• ESD保護：具備出色的靜電放電（ESD）保護能力。RS - 232引腳符合II類ESD保護標準，其中人體模型（HBM）為±15 - kV，IEC 61000 - 4 - 2氣隙放電為±15 - kV，IEC 61000 - 4 - 2接觸放電為±8 - kV。這使得器件在面對靜電干擾時能夠保持穩(wěn)定工作，減少損壞的風險。
• 閂鎖性能：閂鎖性能超過100 mA（Per JESD 78），進一步提高了器件的可靠性。

2.3 封裝形式

提供多種封裝形式可供選擇，如D（SOIC）、DB（SSOP）、DW（SOIC）和PW（TSSOP），方便不同應用場景的需求。不同封裝的尺寸也有所不同，例如D（SOIC）封裝尺寸為9.90 mm x 3.91mm，用戶可以根據實際的電路板布局和空間要求進行選擇。

三、應用場景

SNx5C3232E的應用范圍非常廣泛，涵蓋了工業(yè)、通信、計算機等多個領域，以下是一些常見的應用場景：

• 工業(yè)PC：在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，工業(yè)PC需要與各種外部設備進行通信，SNx5C3232E可以提供穩(wěn)定可靠的串口通信接口，確保數據的準確傳輸。
• 有線網絡：在一些有線網絡設備中，如路由器、交換機等，可能需要使用RS - 232接口進行配置和管理，SNx5C3232E可以滿足這方面的需求。
• 數據中心和企業(yè)計算：數據中心和企業(yè)級服務器可能需要通過串口與一些監(jiān)控設備、管理設備進行通信，該器件能夠提供高速、可靠的通信保障。
• 電池供電系統(tǒng)：由于其低功耗的特點，非常適合應用在電池供電的系統(tǒng)中，如便攜式設備、遠程監(jiān)控設備等，能夠有效延長電池的使用時間。
• 其他設備：還可應用于PDA、筆記本電腦、掌上電腦、手持設備等，為這些設備提供串口通信功能。

四、技術參數

4.1 絕對最大額定值

在使用SNx5C3232E時，必須要注意其絕對最大額定值，這關系到器件的安全和可靠性。具體參數如下：

• 電源電壓范圍：$V{CC}$為 - 0.3至6 V，正輸出電源電壓范圍為 - 0.3至7 V，負輸出電源電壓范圍為0.3至 - 7 V，$V{+}$ - $V_{-}$的電源電壓差最大為13 V。
• 輸入輸出電壓范圍：驅動器輸入電壓范圍為 - 0.3至6 V，接收器輸入電壓范圍為 - 25至25 V；驅動器輸出電壓范圍為 - 13.2至13.2 V，接收器輸出電壓范圍為 - 0.3至$V_{CC}$ + 0.3 V。
• 溫度范圍：工作虛擬結溫最大為150 °C，存儲溫度范圍為 - 65至150 °C。需要注意的是，在超出絕對最大額定值的條件下工作，可能會導致器件永久性損壞。

4.2 ESD保護

ESD保護能力是衡量器件可靠性的一個重要指標。SNx5C3232E的ESD保護參數如下：

• 人體模型（HBM，per ANSI/ESDA/JEDEC JS - 001）為±3000 V，帶電設備模型（CDM，per JEDEC specification JESD22 - C101）為±1500 V。
• 在驅動器和接收器的特定引腳（DOUT 7、14和RIN 8、13）上，HBM為±15 kV，IEC 61000 - 4 - 2氣隙放電為±15 kV，IEC 61000 - 4 - 2接觸放電為±8 kV。需要注意的是，對于SN65C3232E的D、DB、PW封裝和SN75C3232E的PW封裝，為了滿足指定的IEC ESD等級，需要在$V_{CC}$和GND之間連接一個最小1 - μF的電容。

4.3 推薦工作條件

為了使器件能夠發(fā)揮最佳性能，推薦在以下條件下工作：

• 電源電壓：當$V{cc}$ = 3.3V時，推薦范圍為3至3.6 V；當$V{cc}$ = 5V時，推薦范圍為4.5至5.5 V。
• 輸入電壓：驅動器高電平輸入電壓（$V{IH}$），在$V{cc}$ = 3.3V時為2 V，在$V{cc}$ = 5V時為2.4 V；驅動器低電平輸入電壓（$V{IL}$）最大為0.8 V；驅動器輸入電壓（$V_{i}$）范圍為0至5.5 V；接收器輸入電壓范圍為 - 25至25 V。
• 工作溫度：SN65C3232E的工作溫度范圍為 - 40至85 °C，SN75C3232E的工作溫度范圍為0至70 °C。

4.4 電氣特性

• 電源特性：在無負載、$V_{cc}$ = 3.3V或5V的情況下，電源電流典型值為0.3 mA，最大值為1 mA。
• 驅動器特性：在特定負載條件下，高電平輸出電壓（$V{oH}$）最小為5.5 V，低電平輸出電壓（$V{oL}$）最大為 - 5.4 V；高電平輸入電流（$I{H}$）和低電平輸入電流（$I{L}$）最大為±1 μA；短路輸出電流（$I{os}$）在不同電源電壓下有所不同，最大值可達±90 mA；輸出電阻（$r{o}$）在特定條件下為300至10 MΩ。
• 接收器特性：高電平輸出電壓（$V{oH}$）在$I{oH}$ = - 1mA時為$V{cc}$ - 0.6至$V{cc}$ - 0.1 V，低電平輸出電壓（$V{oL}$）在$I{oL}$ = 1.6mA時最大為0.4 V；正輸入閾值電壓（$V{IT +}$）和負輸入閾值電壓（$V{IT -}$）在不同電源電壓下有不同的值，輸入滯后（$V_{hys}$）最小為0.3 V；輸入電阻（$r$）在±3V至±25V的輸入電壓范圍內為3至7 kΩ。

4.5 開關特性

• 驅動器開關特性：在特定負載和電源電壓條件下，最大數據速率可達1000 kbit/s；脈沖偏移（$t_{sk(ip)}$）最大為300 ns；轉換區(qū)域的擺率（$SR(tr)$）在14至150 V/μs之間。
• 接收器開關特性：低到高電平輸出的傳播延遲時間（$t{PLH}$）和高到低電平輸出的傳播延遲時間（$t{PHL}$）典型值均為300 ns，脈沖偏移（$t_{sk(p)}$）典型值也為300 ns。

五、詳細設計與應用

5.1 功能框圖與原理

SNx5C3232E由電源模塊、RS - 232驅動器和RS - 232接收器三部分組成。

• 電源模塊：通過電荷泵利用四個外部電容對$V{+}$和$V{-}$引腳的電壓進行升壓、反相和調節(jié)，為驅動器和接收器提供合適的工作電壓。
• RS - 232驅動器：將標準邏輯電平轉換為RS - 232電平，兩個DIN輸入必須為有效的高或低電平。
• RS - 232接收器：將RS - 232電平轉換為標準邏輯電平，當輸入開路時，ROUT輸出高電平，每個RIN輸入都包含一個內部標準RS - 232負載。

5.2 典型應用電路

典型的應用電路中，ROUT和DIN連接到UART或通用邏輯線路，RIN和DOUT線路連接到RS - 232連接器或電纜。在設計電路時，需要根據$V_{CC}$的電壓選擇合適的電容值，以達到最佳性能。具體電容值選擇如下表：

5.3 設計注意事項

• 電源供應：$V{CC}$應在3 V至5.5 V之間，根據$V{CC}$的電壓選擇合適的電荷泵電容，以確保器件正常工作。
• 電容布局：外部電容的走線應盡量短，特別是C1和C2節(jié)點，因為它們的上升和下降時間最快，短走線可以減少信號干擾和損耗。
• ESD防護：對于部分封裝，需要在$V_{CC}$和GND之間連接一個最小1 - μF的電容，以滿足IEC ESD規(guī)范。在實際使用中，還應采取其他ESD防護措施，如使用防靜電袋、接地腕帶等。

六、總結

SNx5C3232E是一款性能出色、功能豐富的RS - 232線路驅動器和接收器，具有寬電壓供電、高速傳輸、低功耗、強ESD保護等優(yōu)點，適用于多種應用場景。在設計過程中，只要我們嚴格按照推薦的工作條件和設計注意事項進行操作，就能充分發(fā)揮該器件的性能，設計出穩(wěn)定可靠的串口通信系統(tǒng)。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。