年08月08日社群交流
關鍵字： 任意波形發生器波形發生器檢波器晶體二極體三極體電容器
本文詳細介紹rs-232序列通訊消除干擾雜訊的設計方法分析
1通訊線路的絕緣設計方法
rs-232的大雜訊（干擾）容限可使介面可靠工作，避免對由外部加到導線上的雜訊引起的資料錯誤。在乙個充滿了電子雜訊的連線環境中，絕緣可以防止雜訊在連線電路之間的耦合。絕緣通過將乙個電路分成乙個個獨立的塊來進行工作。
這些塊使用光和磁耦合來傳送能量和資料，而過濾掉大部分的雜訊。
絕緣可以隔開地線、資料連線，或者把兩者都隔開。地線絕緣使得乙個電路對電源**和在被附近電路共用的地線中的雜訊有免疫能力。在長的連線中，地線絕緣還使得連線對從一端到另一端的接地電位差異有免疫能力。
絕緣資料連線避免了雜訊在連線和它所連線到的電路之間的耦合。
大多數的電路連線使用直接的辦法，例如焊點或者諸如螺母接線端或壓接這樣的機械連線。利用電鍍絕緣，乙個電路的地線和訊號線與其他電路沒有電阻通道，或者直接的接觸。相反，電路可以使用光或者磁耦合來傳輸能量和訊號。
絕緣還使得每個電路對另乙個電路中的雜訊具有免疫能力。
實現電鍍絕緣的一般方法包括使用變壓器來絕緣電源和使用光隔離器來隔離資料。在乙個變壓器中，**圈繞組之間的磁耦合使得主線圈中的電流在次線圈中產生電流。光隔離器通過光敏電阻以及釋放和探測可見或者紅外波段中的能量的光敏二極體的方式來傳輸能量。
以類似的方式，乙個光纖——光學介面將二個電訊號轉換成在光纖中傳輸的光訊號，並且在接收器中將光訊號轉換成電訊號。
為了進行完全的絕緣，rs-232連線的每一端需要乙個rs-232介面使用的乙個絕緣的電源，以及乙個絕緣的介面，用來穿過絕緣屏障傳輸訊號。在rs-232連線中，sg是訊號地。因為rs-232接收器讀取的是訊號線和sg之間的電壓，乙個sg上的雜訊脈衝就能導致接收器誤讀乙個邏輯電平。
在數字邏輯中，+5 v是對訊號地以上5 v電壓的乙個簡單說法。當乙個電路使用不只乙個電源的時候，即使電源的接地線沒有相互絕緣，使接地通路保持獨立，減少了從乙個通路耦合到另乙個通路的雜訊。每個電源的接地線可以使用獨立的電線和電路板，只要在電源處連線到一起。
含有模擬和數位電路的電路可以為每一種電路提供獨立的接地線，只在乙個電源附近的點，連線這兩條通路。數字地線往往是有雜訊的，因為數字輸出在它們切換的時候產生了大電流，因此將它們和模擬電路分開就比較合理，這些模擬電路可能對微小的電壓變化比較敏感。
1.1安全地線
安全地線，或者保護地線，是1個大地地線連線，它通常是乙個直徑很大的部分埋在地下的銅導線或者鍍銅管。1個電源插座上的3根導線中的1根就和安全地線相連，這個插座的另兩根導線是帶有220 v交流電壓的火線和1根零線，帶有220 v交流電的返回電流，零線連線到安全地線。這意味著所有建築的電路零線通常在入口處有乙個與建築的連線。
安全地線在出現故障的情況下提供了乙個對地的低阻抗通路。例如，在很多電源中，有1個端點將安全地線和電源的底盤相連。如果底盤沒有接地並且1根鬆散的導線或者元件故障導致1個電壓源和底盤相接觸，這個底盤就可能攜帶高電壓。
如果底盤接地了，電流就會沿著這個低阻抗通路流向大地直到保險絲熔斷，電路斷開。
tia／eia—232標準中，有乙個dce可以有1個可移動的跨接來連線sg和安全地線。實際上，dce和dte上的sg線經常和乙個安全地線相連。
1.2大地地線
乙個安全地線是乙個大地地線。因為任何電氣電路可以連線到大地地線，所以它往往不是乙個安靜的、穩定的參考，相反它可以攜帶大量的各種型別的雜訊。可以產生接地雜訊的因素包括裝置開關切換、電源系統波動、電路故障、雷擊或者任何引起電流波動的事件。
雜訊可以表現為傾角，尖峰脈衝，60 hz振動，或者任何形式的磁、電場變化。
不同位置的大地地線相互之間可能有電氣連線，也可能沒有。它們是否相連，以及接地電壓變化多大，部分取決於在接地線連線之間的介質的導電性能的好壞。
1.3共用接地線的影響
如果乙個rs-232連線的兩端共享乙個共用的大地地線，並且sg線也接到安全地線，從所有源頭來的接地電流將會尋找阻抗最低的通路：大地地線或者sg線。這種情況，有多個返回通路，被稱作乙個接地迴路，顯然這不是所希望的。
如果兩台裝置處在不同的建築內部，使用不同的電源系統，sg有可能比其他通路有更小的阻抗，從其他源頭來的接地電流就可能在連線的接地線上找到它們的通路，這會導致連線中的乙個有雜訊的接地線。乙個有絕緣的接地線的連線就避免了這個問題。
2 電源地線的設計應用
乙個絕緣的介面要求為這個絕緣屏障的每一端提供乙個電源。圖2顯示了兩個絕緣的rs-232介面。每個介面使用乙個雙電源，如圖1所示。
在這個電源中乙個變壓器將220 v交流電轉變成兩個次級線圈中的低電壓。乙個線圈為計算機或者其他連線到光隔離器的裝置端的電路提供電壓。另乙個線圈為rs—232介面提供電壓。
每個電源有它自己的接地線，並且這些接地線必須和乙個大地地線、底盤或者訊號地線沒有共同的連線。這個介面可以使用兩個完全分開的電源或者輸出沒有共享乙個通用地線的電池，而不是有兩個線圈的乙個電源。如何掌握乙個直流電源是否與大地地線絕緣了呢?
在大多數用線電壓供電的直流電源中，乙個變壓器將線電壓降壓到乙個較低的數值，其他元件整流、過濾和調節這個電壓的輸出到乙個穩定的直流電壓值。在變壓器的主線圈和副線圈之間需要的唯一的連線是主線圈中有電流流動時產生的磁耦合。這樣，這個變壓器就能夠將電源輸出與線電壓導線和安全地線絕緣。
實際上，有的數位電路電源的輸出沒有連線到安全地線。在輸出端，因為電壓很低，穩壓器限制了電流，如果電路試圖產生大的電流，一根保險絲就將電路斷開。
在其他電源中，輸出的接地末端連線到乙個安全地，打破了這個絕緣。結果就是和其他還連線到安全地或者大地地線的電路的共享接地線。即使是這些電路處於不同的建築中或者相距數千英呎，它們之間也可能存在乙個連線。
有兩線電源插座的電源可能看上去沒有安全地線連線，但是零線在外置電路插入電源的時候，是連線到安全地線的。這個電源的輸出只有在它的接地線沒有和零線相連的時候才是絕緣的。
對於含有變壓器的電源而言，可以用乙個歐姆表來檢視這個輸出是否和安全地線絕緣。利用電源，量測在電源的安全地和這個直流輸出的接地線末端之間的阻抗。如果這個歐姆表顯示有連線，就表示沒有絕緣。
在電源內部、零線和安全地線應該沒有連線。也可以用歐姆表驗證這一點。
有的電源不使用變壓器，它們僅僅是直接整流，降低和過濾線電壓。在這種情況下，輸出就沒有與大地地線絕緣。即使是電源插座沒有安全地線引腳，在外置電路插入電源的時候，零線也是連線到安全地線的。
3採用光電隔離器
光隔離器穿過乙個隔離的屏障來傳輸訊號。乙個光隔離器由乙個與光敏電阻耦合的發光二極體構成。流過發光二極體的電流使得它以可見光或者紅外線的方式釋放能量。
這些能量將這個光敏電阻開啟，導致在這個電阻的發射極和集電極之間的低阻抗。這個發光二極體的基極可以留著沒有連線。從基極到發射極加入乙個電阻可以導致更快的開關速度，但是輸出電流更低。
圖2的介面使用了6n1398光隔離器，它是設計用來和lsttl邏輯直接連線的。它們的增益很高達400％，但乙個發光二極體的電流只有0.5 ma。
在ttl到rs-232電路中，在74lsl4轉換器的引腳3的乙個邏輯低電平使得電流流過這個發光二極體，這就開啟了相應的光敏電阻，使得它的集電極處於低電平。這個max233將這個訊號反向，然後傳送乙個正的rs-232電壓。
在74lsl4引腳3的邏輯高電平關閉這個發光二極體和光敏電阻。max233位於引腳2的內部上拉電阻產生乙個負的rs—232電壓。
光隔離器在另乙個方向上也是以類似的方式工作。乙個負的rs-232輸入使得max233輸出乙個邏輯高電平。這個邏輯高電平將發光二極體和光敏電阻開啟，導致在74lsl4的引腳1的邏輯低電平和引腳2的邏輯高電平。
乙個正的rs-232輸入導致max233輸出乙個邏輯低電平。這個邏輯低電平關閉這個發光二極體和光敏電阻。乙個上拉電阻將74lsl4的引腳l拉到高電平，導致在引腳2處出現邏輯低電平。
rs-232到rs-232電路顯示了怎樣通過使用乙個rs-232輸出來直接驅動乙個發光二極體來絕緣乙個現有的，未絕緣的rs-232介面。當rs-232電壓為正的時候，這個發光二極體開啟，並且這個絕緣的rs-232輸出也是正的。當這個未絕緣的輸出為負的時候，這個發光二極體關閉，並且乙個二極體將這個電壓限制在大約-0 7 v。
在另乙個方向上，電路類似於它上邊的電路，除了因為這個未絕緣rs-232已經將訊號反向，因而不需要乙個ls74系列的反向器以外。
圖2光耦合器從ttl到rs-232或從現有的rs-232到乙個絕緣的rs-232形成乙個絕緣的介面
對於最底下電路的vccl，如果沒有其他用途的話，可以在dtr或者rts使用乙個正的輸出。這個電路在vccl這一邊的電纜應該較短。光敏電阻的開關時間是幾微秒，這個時間長度不會在資料傳輸速度為 20 kb/s 或者更低的時候導致任何問題。
對於更快的波特率，應該尋找乙個開關時間為這個位寬度的1/10或者更短的發光二極體。
另乙個實現絕緣介面的方法是為介面的rs-232—端使用乙個獨立的、絕緣的+12 v電源。這也使能夠使用較便宜的1488／9驅動器和接收器。
此外，可以選用max252介面，max252是乙個在乙個單一的封裝裡的完整的、絕緣的rs-232介面。這個晶元包括乙個石英諧振器和乙個微型的變壓器，這個變壓器從晶元的5 v電源產生乙個隔離的電源。它還有兩個光隔離的驅動器／接收器對。
絕緣連線的另一種方式是使用光纖電纜來取代銅導線。光纖有很多優點，它們對接地雜訊和電磁干擾有抵抗力，並且自身不產生電磁干擾。光纖電纜往往可以在1～2.
5 mil之後才需要使用**器。
4 電湧保護設計
電湧保護是使電路免受雜訊或者破壞性電壓和電流攻擊的有效方法。理想的電湧保護應該吸收所有處在連線操作範圍之外的電壓和電流，而不在任何方面限制連線的傳輸。在實際工程應用中，可在連線中新增電容，以避免由於電壓波動而造成的不良影響，因此也限制了最大的波特率。
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