摘要]將RS232接口轉(zhuǎn)換成雙端平衡傳送和差分接收方法，并對信號進行光電隔離，無需外接電源，實現(xiàn)延長RS232通訊距離和抗干擾保護接口之目的。
[關(guān)鍵詞]平衡傳送 差分接收 串口竊電 瞬態(tài)電壓抑制
一、引言
串口泵也稱為RS232隔離長線驅(qū)動器，是德陽四星電子技術(shù)開發(fā)中心研制的RS232/RS422/RS485系列產(chǎn)品之一，外形采用DB25轉(zhuǎn)接盒，外插RS232串口，即插即用，使用極為方便。獨特的串口竊電技術(shù)使得該 系列產(chǎn)品不需要外接電源，也不需靠初始化設(shè)置串口來供電，使用本系列產(chǎn)品后均不會對軟件作任何修改，確保適合一切軟件！該產(chǎn)品全部采用工業(yè)級元器件，并設(shè)有抗雷擊等瞬態(tài)電壓抑制電路。特別適用于工業(yè)現(xiàn)場，野外等惡劣環(huán)境，外形如圖1所示：
● 外形尺寸：60×50×17
● 重量：40克
● 工作溫度：-40～+85℃
● 工作濕度：0～95%
二、工作原理
采用RS232接口單端信號傳送方式，通訊距離只能達到15米，很大程度上限制了計算機的應(yīng)用范圍。影響計算機正常通訊的因素主要有電磁輻射干擾（噪聲干擾）和電源干擾（串擾）。電磁輻射干擾主要來自于工業(yè)現(xiàn)場的各種用電器，它在通訊電纜線上產(chǎn)生感應(yīng)電勢等噪聲干擾使系統(tǒng)不能正常工作。電源干擾的主要原因是設(shè)備的電源電路不夠理想，如兩臺設(shè)備所用的電源不同相；設(shè)備接地不好；或者兩臺設(shè)備處在不同的電力分布網(wǎng)，地電位不同等原因在兩臺設(shè)備之間產(chǎn)生地電位差而形成串擾。
由圖2可見：Er=Et+En+Eg,Et為十幾伏，Eg一般為幾十伏至幾百伏，En若是來自用電器一般不超過幾十伏，若是來自雷電則可達幾千伏。 RS232接口所能承受的最大電壓是25伏，由此可見，幾十伏以上的干擾信號不僅會影響正常通訊而且足可將接口燒毀。
SC-232系列光隔離長線收發(fā)器是將RS232接口數(shù)據(jù)傳送方式轉(zhuǎn)換成雙端平衡信號傳輸，并用高速光隔離器件將兩臺設(shè)備隔離開，在差分接收器接收到雙端平衡信號后再還原成RS232信號送至RS232接口。見圖3所示：
Et為發(fā)送端電壓，Er為接收端電壓，En為干擾電壓，Eg為地電位差。
Er=Et+En-En=Et
由于采用雙端平衡傳輸和差分接收，使得加在兩根導線上的干擾信號可以相互抵消而不影響正常信號的傳輸，因而有效克服了噪聲干擾。同時由于光隔離器的作用，使得兩臺通訊設(shè)備之間的地電位差Eg不會對信號有任何影響。從而徹底解決了通訊中的串擾和噪聲干擾。
經(jīng)實測，使用串口泵后在波特率為9600bps時通訊距離可達2公里，若降低通訊速率，則可相應(yīng)延長通訊距離。
三、工作電源的竊取
本裝置不需外接電源，其工作電源從RS232接口上竊取。如圖4所示：圖中TXD、RTS、DTR是RS232的輸出信號，每根信號線可提供約9mA的輸出電源，通訊時其電壓在+10V和-10V之間跳變，通訊停止后其電壓極性不定，但開機上電時全部為-10V。該三個信號經(jīng)D1～D6全波整流和C1、C2濾波后得到+9V和-9V直流電壓，若是開機上電狀態(tài)則只有-9Ｖ電壓。IC1和IC2分別是負電壓到正電壓轉(zhuǎn)換器和正電壓到負電壓轉(zhuǎn)換器，將輸入電壓轉(zhuǎn)換極性并升壓，這樣無論TXD、RTS、DTR是什么極性都能在DW1和DW2端得到＋９V和－９Ｖ的穩(wěn)定電壓。亦即不需靠軟件設(shè)置來得到工作電壓，確保適合所有軟件！其實只需以上任意一根信號線即可滿足要求。
圖4
四、瞬態(tài)電壓干擾接口保護
由于本裝置采用平衡差分傳輸方式，因而具有良好的抗電磁干擾能力，光電隔離電路能有效的抑制地電位差的干擾。采用屏幕電纜對抑制射頻干擾很有效，但屏蔽電纜線的電容較大，會相應(yīng)降低通訊速率。除上述常見干擾因素外，瞬態(tài)電壓干擾是威脅通訊接口安全的元兇之一。
瞬態(tài)電壓抑制器TVS是一種高效能的電路保護器件，外形及符號同普通穩(wěn)壓管，所不同的是，它是一種特制的齊納二級管，能經(jīng)受高達數(shù)千伏的脈沖電壓和數(shù)十乃至數(shù)百安培的浪涌電流，能承受的功率高達數(shù)千瓦。同時TVS具有極小的極間電容，并不會影響信號的正常傳輸。
圖５給出了本采用TVS的保護電路。在發(fā)送端和接受端各采用３個TVS單元，分別對線路之間、線路對地之間的瞬態(tài)電壓干擾進行抑制，消除了由于強電進入而產(chǎn)生通訊口被燒毀的現(xiàn)象，從而有效的保證了整個通訊系統(tǒng)的安全運行。
五、結(jié)束語
串口泵可廣泛用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)、計算機通訊系統(tǒng)等一切采用RS232通訊的設(shè)備，對延長通訊距離、抗干擾和保護接口等方面不失為一種經(jīng)濟可靠的裝置。根據(jù)以上原理，還可設(shè)計出RS232到RS422/RS485等各種通訊規(guī)程轉(zhuǎn)換器，并且不需要外接電源。