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无线电电子与电气工程百科全书 RS-232 接口的电流隔离块。 无线电电子电气工程百科全书
通过RS-232接口连接的设备（例如计算机和外围设备）之间有时存在相当大的电位差。 这种情况不仅在使用高压装置时发生，而且在传统设备接地不当或不可靠时也会发生。 在这种情况下，沿通信线路流动的均衡电流会使传输的信号失真，并且通常会禁用接口微电路，包括位于计算机主板上的接口微电路。 更换后者并不便宜。 所提出的光学隔离单元可以传输所有必要的信号，而无需连接设备的电气接触，这将有助于避免故障。 在所描述的块中，RS-232接口信号接收和发送电路的电气隔离是通过运算放大器处的高速二极管光耦合器和信号调理放大器来实现的。 该块的相互隔离的部分由单独的网络源馈送。 使用直接由接口线供电的晶体管光耦合器被认为是不合适的。 首先，大多数这些光耦合器的速度不够，无法实现超过9600波特的传输速率。 其次，由于施加在接口微电路上的额外负载而导致接口微电路发生故障的可能性增加。 一条接口线路光隔离节点示意图如图1所示。 232. RS-1标准电平的输入信号通过保护电路R1VD2VD1馈送到运算放大器DAXNUMX，按照中继器电路连接。
光耦合器U1的发射二极管通过阴极连接至输出DA1，并通过二极管VD3来防止反向电压。 电阻器 R2 限制通过二极管的电流。 如果节点输入端电压为负（对应log.1的传输），则电流流过发光二极管，光耦U1的光电二极管在IR辐射的作用下处于导通状态。 结果，运算放大器 DA2 的反相输入端的电压大于同相输入端的电压，并且在节点的输出端以及输入端，该电压均为负值。 当输入正电压（log.0）时，光耦合器U1的发光二极管熄灭，光电二极管关闭。 因此，该节点输出端的电压也是正的。 由于通过电阻R7的反馈，去耦节点从1到0和从0到1的切换阈值不相同，从而提高了抗噪能力。 使用图中所示的运算放大器且电源电压为±12V时，输出电压电平为±10,5V，完全符合RS-232标准的要求。 电阻器 R8 是安装在相关节点外部的 LED 的限流电阻，用于指示传输的逻辑电平。 去耦单元输入和输出部分的电源电压（分别为+12 VI、-12 VI 和+12 VII、-12 V II）必须由隔离电源成对提供。 他们的共同链Common。 我和共同。 II 也彼此隔离。 去耦节点的印刷电路板及其上元件的位置如图2所示。 XNUMX.
OA KR544UD2A 可以用 KR140UD11、KR140UD18 等替代，但必须确保传输信号的时间失真不超过所需数据传输速率的允许范围。 AOD130A光耦合器的替代品应根据输出脉冲上升和下降的最短持续时间以及所解决问题所需的绝缘电压来选择。 在去耦节点的选项之一中，使用了位于 K293LP1 微电路内部的二极管光耦合器。 其输出允许您将外部电路连接到光耦合器，如图 3 所示。 7. 结论 8 和 2 保留。 为避免引脚 4 和引脚 3 之间击穿，印刷电路板上的 K293LP1 芯片的引脚 XNUMX 不应打孔和接触焊盘。 输出本身在安装前被删除。
要通过 RS-232 接口与设备进行通信，通常只需两个电路就足够了：RXD（从外围设备到计算机的数据）和 TXD（相反方向的数据）。 这种情况的解耦框图如图 4 所示。 1.该块由上述两个交换节点A2和A1组成，完全相同，但以相反的方向包含在上述电路中。 XS1 插座直接或通过“调制解调器”（无交叉）电缆连接到计算机的 COM 端口插头，外围设备连接到 XPXNUMX 插头的方式与未隔离连接到计算机的方式完全相同。
请注意，接口电缆连接器的外壳通常通过后者的屏蔽编织层连接到计算机和外围设备的外壳。 因此，连接器外壳 XS1 和 XP1 必须小心地相互绝缘，并与去耦单元外壳（如果由金属制成）绝缘。 请记住，同时触摸两个连接器可能会导致触电。 XS1 插座触点之间需要使用跳线来“欺骗”计算机，模拟响应其请求而发出的外围信号。 如果仍然需要真正交换控制信号，则移除跳线，并向每条接口线的块中添加一个去耦节点。 在DCD、RI、CTS、DSR线路（输入到计算机）中，这些节点以同样的方式包括A1。 RTS 和 DTR 线路（周末）- 与 A2 类似。 由于 DCD 和 RI 线在实践中使用相对较少，因此通常有 XNUMX 个连接点就足够了。 使用二极管电桥VD1和VD1上的整流器从变压器T2的隔离绕组II和III获得用于去耦节点的四个电源电压。 它们的值不稳定，可以在 11,5 ... 13,5 V 范围内（绝对值）。 必须特别注意电源变压器T1。 其绕组之间的绝缘必须承受的电压不低于安装在去耦节点中的光耦合器的设计电压 - 1500 V 或更高。 绕组 II 和 III 必须相互屏蔽并与绕组 I 屏蔽，否则脉冲噪声会通过寄生电容进入通信线路。 所需的电压只能承受那些小型变压器的绝缘，这些小型变压器的绕组放置在磁路的不同铁芯上或放置在一个铁芯上的框架的不同部分中。 然而，这种设计的现成变压器具有必要的绕组，甚至在它们之间有屏蔽，不太可能被购买。 剩下的就是选择合适的总功率并重绕其次级绕组。 应优先选择磁路窗口相对自由的变压器。 这将使您可以轻松地放置带有增强绝缘层和屏蔽的绕组。 新次级绕组的计算并不困难，初级电压为220V，负载电流至少为30mA，每个次级绕组应提供20V（中间有一个抽头）。 通过在变压器返修前测量次级电压，以及在拆卸时计算拆下的绕组的匝数，很容易确定新绕组所需的匝数。 它将与电压成比例地变化。 绕组线取直径为0,1 ... 0,15 mm。 它将承受所需的负载并留有余量，并且较细的绕线非常不方便。 工厂制造的变压器几乎总是充满清漆，但只要有一些技巧，它仍然可以在不损坏绕组和磁路板的情况下拆卸。我就是这样做的。用一把薄刀片的刀，我将顶板与组，尽量不要损坏绕组。 为了使刀片能够安装在磁路的中心核心内，它必须足够窄。 可以分离的板材部分越多，成功拆卸的概率就越高。 然后，虽然不多，但牢固地将磁路夹在虎钳中（通过纸板垫片），并使用合适的硬化钢辅助板，敲出未夹紧并与框架分离的板。 进一步拆卸通常并不困难。 完成后，我从框架的相应部分移除现有的次级绕组并缠绕新的，不要忘记在它们之间提供一个屏蔽 - 一个开放的铜箔线圈或一层匝到匝的绕组线。 作为绕组之间或绕组与屏蔽之间的绝缘，我铺设了几层涂油的电容器纸。 它可以通过拆解大容量纸电容器来“获得”，例如用于荧光灯镇流器的纸电容器。 完成倒带后，我将磁路板放回原位。 如果有几个盘子“多余”，请不要沮丧。 这不会影响变压器的质量。 如果两个次级绕组无法放置在框架上，则可以制作两个相同的变压器，每个变压器具有一个绝缘良好的次级绕组。 它们的初级绕组并联连接到网络。 组装好设备后，首先应检查 XS1 和 XP1 连接器电路之间的绝缘情况。 连接在第一个连接器的任何引脚或外壳与第二个连接器的任何引脚或外壳之间的欧姆表应显示无穷大的电阻。 在危急情况下，用兆欧表检查绝缘情况，以产生适当的测试电压。 其输出之一连接到牢固连接在一起的触点和 XS1 插座的主体，第二个输出以相同的方式连接到 XP1 插头。 需要检查接口电路与电源、磁路和 T1 变压器屏蔽层的绝缘情况。 组装块的第一次包含是在不将其连接到计算机和外围设备的情况下进行的。 相对于相应连接器的引脚 1，在 XS2 插座的引脚 6、8、9、1、3 和 XP4 插头的引脚 7、1、5 上测量电压。 它应该超过+10V，当施加到与相对连接器相同编号的触点上时，低于-5V（相对于该连接器的引脚5）的电压将变为负-10V或更小。 同时，相应的 LED 应亮起。 当然，只有那些在组装结构中配备有去耦节点的电路才需要进行验证。 例如，在根据图4所示的方案的块中， 2、只需检查XS5插座的引脚1和3之间以及XP5插头的引脚1和XNUMX之间的电压 确保设备正常工作后，将其连接在计算机和外围设备之间，然后打开电源（首先 - 计算机），使用测试或工作程序，确保数据传输正确。 所描述的六通道版本模块已成功运行一年半以上，提供计算机和 TDS-340 示波器之间的通信，电位为 2000 V。该模块在连接时也进行了测试一台计算机连接到安装在另一个房间的基于 18031 微处理器的工业控制器。 最大信息传输速率为 19200 波特。 没有必要以更高的速度工作，尽管理论上存在这种可能性。 作者：N. Maramygin，莫斯科
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