多功能接口模块在产品小型化过程中的应用

时间:2018-01-17 15:33来源:ZLG致远电子

摘要:怎样在“高精尖特”的设计浪潮中快速小型化产品?今天就为大家讲一讲多功能接口模块在产品小型化过程中的应用。

科技飞速发展,工业产品“傻大笨粗”的形象将逐渐从人们视野中淡出。那么,怎样在“高精尖特”的设计浪潮中快速小型化产品?今天就为大家讲一讲多功能接口模块在产品小型化过程中的应用。

手机,从最开始板砖一样的“大哥大”,到现在厚度不到 8mm 的 iPhone,历时不到半个世纪。随着科技的发展,半导体集成电路的集成度越来越高,单颗芯片的功能越来越强大,封装体积越来越小,所有设计都在向着小型化,轻薄化的方向发展着。

但是,在工业产品领域,却依旧是一片“傻大笨粗”的大叔形象,鲜能见到长相精致的小鲜肉。这是为什么呢?为什么在 IC 制造技术已经如此发达的今天,工业产品依然很难做到小巧精致?

一个工业产品,因为其复杂的使用环境,在设计时必需要考虑到抗干扰能力、电气安全性、通信隔离、电气隔离、结构强度、产品稳定性等一系列的问题。

接触过工业产品的朋友大多都有这样的感受:产品核心控制部分往往只有几个 IC 和少量的阻容器件,看起来非常简单,但外围接口的保护电路和隔离电路却占据了大量的 PCB 面积,就像是给婴儿穿上了钢铁侠的盔甲,显得非常不协调。由此看来,想让工业产品体积缩小,接口部分的隔离和保护电路简单化、集成化和小型化就显得尤为重要。


 
图1 工业产品的核心部分往往只占电路板的很少一部分
 
目前的工业现场应用中,最常见到的两种通信方式是 RS-232 和 RS-485,并且通常都需要进行隔离。常规的处理方案,是使用一个隔离的 DC-DC 配合单独的信号隔离电路来设计,但按常规的设计方案,采用分立的隔离 DC-DC、信号隔离、收发器、保护电路等设计出的接口隔离电路,势必要占用大量的 PCB 面积,如果要同时使用多个隔离 RS-232和隔离 RS-485,那么 PCB 占用面积将会成倍的增加。

你不会天真的以为这样就完了吗?如果这个产品要使用到多个 RS-232和 RS-485接口,导致原本 MCU 的 UART 接口不够用,那么,你还要进行 UART 扩展,给本就已经很大了的电路板继续增肥。

说到这里,你是不是已经绝望了?难道工业产品真的就和“高精尖特”无缘吗?


图2 很多产品会同时使用多路 RS-232和 RS-485
 
如果现在告诉你,有这样一个神器,它集合了:隔离电源、RS-232隔离电路、RS-485隔离电路、保护电路于一体,使用时基本不需要外围器件,上电之后就能实现 RS-485或 RS-232的隔离通信,占用面积更是小到没朋友,有着体积小、扩展方便、应用灵活的诸多特点,你是不是又对工业产品小型化有了一点点的信心?

下面我们就来看看,此物为何方神圣。


 
图3 致远电子 MCMxx(A)T 隔离 RS-485/232收发器
 
广州致远电子,根据目前工业产品通信隔离需求,专门研发出 MCMxx(A)T 系列多协议隔离模块,将隔离电源、通信隔离电路、ESD 保护电路集成封装在一个模块中,将电路设计化零为整,只需要简单的电气连接,就可以实现 RS-485/232通信隔离,隔离电压高达3500VDC,满足绝大多数应用需求。

MCMxx(A)T 多协议隔离模块总结有以下四个特点:

“简”
化繁为简,使用简单。
通过将通信隔离所需的诸多电路集成在一个模块中,使用时通过简单的连接,就可以得到优异的隔离性能和稳定的隔离效果,并且采用单电源供电,内置隔离电源,让工程师轻松避开传统分立器件隔离电路元件繁多、电气连接复杂的问题,不必再为隔离电路的设计而烦恼。


 
图4  MCM12(A)T 典型应用电路
 
需要说明的是,在模块内部 A/B 线已经集成了 ESD 保护器件,因此用户一般在应用于环境良好的场合时无需再额外添加 ESD 保护器件,但如果应用在高压电力、雷击等比较恶劣的环境中时,建议用户在模块 A/B 线和 TOUT/RIN 线端外加 TVS 管、共模电感、防雷管、屏蔽双绞线或同一网络单点接大地等保护措施。

“活”
应用灵活,随遇而安。
工业产品中,最常见的是 RS-232和 RS-485两种通信接口,市面上此类通信隔离模块也是类目繁多,质量也良莠不齐,因为 RS-232和 RS-485两种通信方式不同,市面上绝大多数产品都只能单独隔离其中一种。MCMxx(A)T 系列多协议隔离模块,创新性的将两种通信方式的转换、隔离电路集成在一起,通过控制 MODE 脚的电平,在两种通信方式中随意切换,让使用更加灵活。


 
图5 工作模式真值表
 
值得一提的是,MCMxx(A)T 系列多协议隔离模块,采用得是“一个输入两种输出”的设计方案,使用一个 UART 口,通过改变 MODE 脚电平切换通信方式,在一些对通信实时性要求不高或者 UART 口资源紧张的情况下,实现 UART 口复用的功能。

“精”
小巧精致,节省空间。

虽然 MCMxx(A)T 多协议隔离模块包含 RS-232和 RS-485两种通信的转换和隔离电路,并且还包含一个隔离电源,但其体积依然小巧,采用模块化小体积封装,最大限度的减小占用 PCB 面积。引脚间距采用标准 DIP16封装尺寸,让 PCB 绘制也同样简单方便。


 
图6MCMxx(A)T多协议隔离模块外观尺寸
 
四、“优”
参数优越,性能稳定。

MCMxx(A)T 多协议隔离模块,隔离耐压高达3500VDC,满足绝大多说的使用环境,并且有极低的 EME 电磁辐射和极高的 EMS 电磁抗干扰能力,以及优秀的 EMC 特性。总线接口集成 ESD 静电保护,在一般环境下即使不用额外使用保护器件也能稳定工作。


 
图7  MCMxx(A)T 多协议隔离模块 EMC 特性表
 
以上就是 MCMxx(A)T 系列多协议隔离模块的简单介绍,目前该系列分为带485自动收发数据功能和不带485自动收发数据两种,根据供电电压又分为3.3V 和5.0V 两种,可以根据使用需求和 MCU 工作电压灵活选择。

 
图8  MCMxx(A)T 多协议隔离模块选型表
 
在科技快速发展的今天,由于工业产品诸多设计要求的限制,还很难做到像手机这种消费类产品一样精致,但工业产品的小型化发展是必然的。一个模块的使用,或许无法让工业产品彻底摆脱“傻大笨粗”的形象,但致远电子一直在工业产品小型化、模块化的道路上努力着,探索者。
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