CN111277419B - 光电隔离型的rs422串行通信接口电路 - Google Patents

光电隔离型的rs422串行通信接口电路 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种光电隔离型的RS422串行通信接口电路，该电路采用双电源供电，TTL串行通信号输入、输出信号通过光电耦合器与RS422接口电路进行隔离，转换为RS422串行通信输入、输出接口信号。该电路由两个功能和性能相同的光电耦合器和一个RS422接口电路以及配套的电阻、电容组成。该电路主要完成TTL串行信号到RS422串行通信信号的转换，并且通过光电耦合器完成信号的隔离，解决了目前电子元器件领域无光电隔离的串行通信电路。其主要优点是电路结构简单、体积小，输出信号适应电压范围宽，电路性价比高的特点，具有在恶劣工作环境下信号传输的高可靠性、高安全性的特点。

Description

光电隔离型的RS422串行通信接口电路
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种光电隔离型的RS422串行通信接口电路。
背景技术
RS422串行通信接口电路普遍应用于串行通信的数据链通信电路中。目前国内、外已有的通信电路主要有通用RS422串行通信电路或具有磁隔离的串行通信电路，光电隔离型的串行通信电路未见公开报道。国内研制的导弹和制导火箭串行通信接口电路没有特殊要求情况下一般采用通用的是非隔离型串行通信接口电路，这种电路在正常上电时序时能够正常工作，当串行通信传输信号的传输速度增加时，由于没有进行物理隔离，串行通信信号会对数字信号电路产生电磁干扰，如果处理不好就会影响数字电路电路正常工作。而国外具有磁隔离的串行通信电路，虽然能够满足使用要求，但国内没有相应的替代电路，国外磁隔离电路一旦出现停产，必将影响国内装备的生产。因此研制一种光电隔离型的RS422串行通信电路势在必行。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：
如何为导弹或制导火箭项目提供具有光电隔离的RS422串行通信接口电路，避免由于通用RS422接口电路对数字电路产生电磁干扰，主要解决：1、由于通用RS422接口电路与数字信号共地引起的电磁干扰问题；2、光点隔离型RS422串行接口电路的小型化、模块化设计；3、光点隔离型RS422串行接口电路的国产化。
(二)技术方案
为解决现有技术问题，本发明提供一种光电隔离型的RS422串行通信接口电路，所述RS422串行通信接口电路采用双电源供电，即由第一供电电源VDD1和第二供电电源VDD2构成两路供电电源，通过光电隔离部分进行隔离；所述RS422串行通信接口电路用于完成RS422输入信号到TTL输入信号、TTL输出信号到RS422输出信号的转换，且具有隔离功能。
其中，所述光电隔离型的RS422串行通信接口电路从功能上包括前级信号调理部分、中间级光电隔离部分以及后级RS422接口部分；
所述光电隔离型的RS422串行通信接口电路由两组相互隔离的电源供电。
其中，所述RS422串行通信接口电路用于RS422输入信号的输入和RS422输出信号的输出；且RS422输入信号和RS422输出信号是两个可以独立传输的信号。
其中，所述RS422输入信号和RS422输出信号为差分信号。
其中，所述RS422串行通信接口电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一光电耦合器D1A、第二光电耦合器D2A、RS422接口电路D3；
其中，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第一光电耦合器D1A、第二光电耦合器D2A构成前级信号调理部分；
所述第一光电耦合器D1A、第二光电耦合器D2A另外单独构成中间级光电隔离部分；
所述RS422接口电路D3构成后级RS422接口部分。
其中，所述前级信号调理部分中，TTL输入信号通过第一电阻R1与第一供电电源VDD1连接；同时TTL输入信号连接到第一光电耦合器D1A的驱动输出端；TTL输出信号连接第二光电耦合器D2A发光管的阴极，第二光电耦合器D2A发光管的阳极通过第二电阻R2与第一供电电源VDD1连接；
对于所述中间级光电隔离部分，用于起到TTL输入信号、TTL输出信号与RS422输入信号、RS422输出信号之间的隔离作用；
所述后级RS422接口部分中，第三电阻R3用于为RS422接口电路D3的TTL输入信号提供电平信号，第四电阻R4用于为RS422接口电路D3的TTL输出信号提供电平信号，且第二供电电源VDD2通过第三电阻R3连接第二光电耦合器D2A和RS422接口电路D3。
其中，在输入RS422输入信号时，RS422输入信号进入RS422接口电路D3，经过RS422接口电路D3转换后，RS422接口电路D3的TTL输出信号通过第四电阻R4传递至第一光电耦合器D1A，第一光电耦合器D1A的驱动输出端输出TTL输入信号，此过程中由第一供电电源VDD1进行供电。
其中，由此在输入RS422输入信号时，实现RS422输入信号与TTL输入信号之间的隔离。
其中，在输入TTL输出信号时，TTL输出信号进入第二光电耦合器D2A，第二光电耦合器D2A的输出端通过第三电阻R3连接至RS422接口电路D3，经由RS422接口电路D3转换后，输出RS422输出信号，此过程中由第二供电电源VDD2进行供电。
其中，由此在输入TTL输出信号时，实现TTL输出信号与RS422输出信号之间的隔离。
(三)有益效果
本发明提供一种光电隔离型的RS422串行通信接口电路，该电路主要完成TTL串行信号到RS422串行通信信号的转换，并且通过光电耦合器完成信号的隔离，解决了目前电子元器件领域无光电隔离的串行通信电路。其主要优点是电路结构简单、体积小，输出信号适应电压范围宽，电路性价比高的特点，具有在恶劣工作环境下信号传输的高可靠性、高安全性的特点。
本发明的有益效果体现在以下几个方面：
(1)由于本发明通过光电耦合器将TTL输入、输出信号与RS422输入、输出信号进行隔离，因此可以有效减小由于信号共地对控制电路的电磁干扰。保证控制电路的可靠性。
(2)采用该方案设计的电路模块化集成设计后，封装为：15.6×12×3，相比采用分离器件设计可以减少电路板使用的面积。
(3)该电路具有结构简单、性价比高、可靠性高的特点，非常适合于隔离型RS422通信电路设计。
附图说明
图1为本发明隔离型串行通信接口电路功能框图。
图2为本发明隔离型RS422串行通信接口电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种光电隔离型的RS422串行通信接口电路，如图1所示，摘要附图为隔离型串行通信接口电路功能框图，主要由光电隔离电路、RS422接口电路、电阻、电容和两组电源组成，电路功能框图中左侧部分输入、输出信号为TTL电平信号，功能框图中间为光电隔离电路，功能框图中右侧部分输入、输出信号为RS422电平信号，供电电源VDD1为+3.3V，供电电源VDD2为+3.3V或+5V。
具体而言，所述RS422串行通信接口电路采用双电源供电，即由第一供电电源VDD1和第二供电电源VDD2构成两路供电电源，通过光电隔离部分进行隔离；所述RS422串行通信接口电路用于完成RS422输入信号到TTL输入信号、TTL输出信号到RS422输出信号的转换，且具有隔离功能。
其中，所述光电隔离型的RS422串行通信接口电路从功能上包括前级信号调理部分、中间级光电隔离部分以及后级RS422接口部分；
所述光电隔离型的RS422串行通信接口电路由两组相互隔离的电源供电。
其中，所述RS422串行通信接口电路用于RS422输入信号的输入和RS422输出信号的输出；且RS422输入信号和RS422输出信号是两个可以独立传输的信号。
其中，所述RS422输入信号和RS422输出信号为差分信号。
其中，所述RS422串行通信接口电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第一光电耦合器D1A、第二光电耦合器D2A、RS422接口电路D3；
其中，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第一光电耦合器D1A、第二光电耦合器D2A构成前级信号调理部分；
所述第一光电耦合器D1A、第二光电耦合器D2A另外单独构成中间级光电隔离部分；
所述RS422接口电路D3构成后级RS422接口部分。
其中，所述前级信号调理部分中，TTL输入信号RX通过第一电阻R1与第一供电电源VDD1连接；同时TTL输入信号RX连接到第一光电耦合器D1A的驱动输出端；TTL输出信号TX连接第二光电耦合器D2A发光管的阴极，第二光电耦合器D2A发光管的阳极通过第二电阻R2与第一供电电源VDD1连接；
对于所述中间级光电隔离部分，用于起到TTL输入信号、TTL输出信号与RS422输入信号、RS422输出信号之间的隔离作用，该部分为高速光电耦合器，数字信号可以高速传输；
所述后级RS422接口部分中，第三电阻R3用于为RS422接口电路D3的TTL输入信号提供电平信号，第四电阻R4用于为RS422接口电路D3的TTL输出信号提供电平信号，且第二供电电源VDD2通过第三电阻R3连接第二光电耦合器D2A和RS422接口电路D3。
其中，在输入RS422输入信号时，RS422输入信号进入RS422接口电路D3，经过RS422接口电路D3转换后，RS422接口电路D3的TTL输出信号通过第四电阻R4传递至第一光电耦合器D1A，第一光电耦合器D1A的驱动输出端输出TTL输入信号RX，此过程中由第一供电电源VDD1进行供电。
其中，由此在输入RS422输入信号时，实现RS422输入信号与TTL输入信号之间的隔离。
其中，在输入TTL输出信号TX时，TTL输出信号进入第二光电耦合器D2A，第二光电耦合器D2A的输出端通过第三电阻R3连接至RS422接口电路D3，经由RS422接口电路D3转换后，输出RS422输出信号，此过程中由第二供电电源VDD2进行供电。
其中，由此在输入TTL输出信号时，实现TTL输出信号与RS422输出信号之间的隔离。
实施例1
本实施例中，图2为光电隔离型的RS422串行通信接口电路图，根据图2所示，本发明优选实施例包括TTL信号调理电路、光电隔离电路和RS422接口电路，三部分电路串联组成光电隔离型的RS422串行通信接口电路。
在前级信号调理电路，TTL输出信号TX接D2发光管的阴极，发光管的阳极通过电阻R2连接到电源VDD1，在该电路中，VDD1的电平为+3.3V，发光管导通时，正向导通电压为VZ＝1.5V～2.5V，电流为I＝5mA～15mA，为使发光管工作稳定，电路设计时，选取VZ＝2V，电流为I＝10mA，根据计算，电阻R2＝130Ω，选用标准电阻R2＝150Ω。对于TTL输入信号RX接驱动输出端，同时TTL输入信号RX接上拉电阻，上拉电阻阻值范围一般为R＝1kΩ～10kΩ，图中，上拉电阻选用R1＝5.1kΩ。
在光电隔离电路选取上，选用国内有稳定生产能力的供应商，为了使电路可靠工作，光电隔离电路选用高速光电耦合器，避免由于信号传输速度不匹配造成通信故障。
RS422输入、输出部分，选用通用接口电路为MAX490(+5V)或MAX3490(+3.3V)，并且MAX490或MAX3490在国内有替代产品，本次电路参数设计时选用的接口电路为MAX3490(+3.3V)，图1中R3、R4参数选用与R1、R2一致，选取R3＝5.1kΩ，R4＝150Ω。
本发明已完成原理电路设计，并且经过实验室多次试验、测试，表明，本发明能够代替通用RS422接口电路进行数据传输。
此外，本发明电路中，TTL输入、输出端与RS422输入、输出端供电电压均为通用电源电压，安全可靠，易于推广使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种光电隔离型的RS422串行通信接口电路，其特征在于，所述RS422串行通信接口电路采用双电源供电，即由第一供电电源VDD1和第二供电电源VDD2构成两路供电电源，通过光电隔离部分进行隔离；所述RS422串行通信接口电路用于完成RS422输入信号到TTL输入信号、TTL输出信号到RS422输出信号的转换，且具有隔离功能；
所述光电隔离型的RS422串行通信接口电路从功能上包括前级信号调理部分、中间级光电隔离部分以及后级RS422接口部分；
所述光电隔离型的RS422串行通信接口电路由两组相互隔离的电源供电；
其中，所述RS422串行通信接口电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一光电耦合器D1A、第二光电耦合器D2A、RS422接口电路D3；
其中，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第一光电耦合器D1A、第二光电耦合器D2A构成前级信号调理部分；
所述第一光电耦合器D1A、第二光电耦合器D2A另外单独构成中间级光电隔离部分；
所述RS422接口电路D3构成后级RS422接口部分；
其中，所述前级信号调理部分中，TTL输入信号通过第一电阻R1与第一供电电源VDD1连接；同时TTL输入信号连接到第一光电耦合器D1A的驱动输出端；TTL输出信号连接第二光电耦合器D2A发光管的阴极，第二光电耦合器D2A发光管的阳极通过第二电阻R2与第一供电电源VDD1连接；
对于所述中间级光电隔离部分，用于起到TTL输入信号、TTL输出信号与RS422输入信号、RS422输出信号之间的隔离作用；
所述后级RS422接口部分中，第三电阻R3用于为RS422接口电路D3的TTL输入信号提供电平信号，第四电阻R4用于为RS422接口电路D3的TTL输出信号提供电平信号，且第二供电电源VDD2通过第三电阻R3连接第二光电耦合器D2A和RS422接口电路D3。
2.如权利要求1所述的光电隔离型的RS422串行通信接口电路，其特征在于，所述RS422串行通信接口电路用于RS422输入信号的输入和RS422输出信号的输出；且RS422输入信号和RS422输出信号是两个可以独立传输的信号。
3.如权利要求2所述的光电隔离型的RS422串行通信接口电路，其特征在于，所述RS422输入信号和RS422输出信号为差分信号。
4.如权利要求1所述的光电隔离型的RS422串行通信接口电路，其特征在于，在输入RS422输入信号时，RS422输入信号进入RS422接口电路D3，经过RS422接口电路D3转换后，RS422接口电路D3的TTL输出信号通过第四电阻R4传递至第一光电耦合器D1A，第一光电耦合器D1A的驱动输出端输出TTL输入信号，此过程中由第一供电电源VDD1进行供电。
5.如权利要求4所述的光电隔离型的RS422串行通信接口电路，其特征在于，由此在输入RS422输入信号时，实现RS422输入信号与TTL输入信号之间的隔离。
6.如权利要求1所述的光电隔离型的RS422串行通信接口电路，其特征在于，在输入TTL输出信号时，TTL输出信号进入第二光电耦合器D2A，第二光电耦合器D2A的输出端通过第三电阻R3连接至RS422接口电路D3，经由RS422接口电路D3转换后，输出RS422输出信号，此过程中由第二供电电源VDD2进行供电。
7.如权利要求6所述的光电隔离型的RS422串行通信接口电路，其特征在于，由此在输入TTL输出信号时，实现TTL输出信号与RS422输出信号之间的隔离。
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