CN115982076A - 一种串口通信隔离模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种串口通信隔离模块，包括USB接口、双路电平转换单元、切换单元、信号隔离单元和信号转换单元，双路电平转换单元的第一数据端口从MCU的具有第一电压的串口数据输出端接收具有第一电压的串口数据，第三数据端口输出与所述具有第一电压的串口数据对应的具有第二电压的串口数据，切换单元一端连接至信号隔离单元，另一端选择性连接到MCU具有第二电压的串口数据输出端和所述第三数据端口其中之一，MCU具有第二电压的串口数据输出端用于输出具有第二电压的串口数据，信号隔离单元通过第一切换开关接收具有第二电压的串口数据并隔离后输出至信号转换单元以将串口数据转换为USB数据。本申请的串口通信隔离模块具有较好的通用性。

Description

一种串口通信隔离模块

技术领域

本申请涉及电子电路领域，尤其涉及一种串口通信隔离模块。

背景技术

触控芯片通常支持一种以上的通信方式将所产生的数据传输到外部，比如，触控芯片TW3106支持串口UART和I2C接口，在触控芯片TW3106中，UART和I2C的通信电压使用同一个寄存器调节，能设置TTL 1.8V(低电平0V,高电平1.8V)和TTL 3.3V(低电平0V,高电平3.3V)两种不同的通信电平。在调试触控芯片时，通常需要通过含有串口芯片的串口隔离模块将触控芯片连接到调试主机，调试主机通过串口芯片采集触控芯片的日志数据。但是市面上常见的串口隔离模块，其只支持TTL 3.3V(低电平0V,高电平3.3V)电平，无法满足诸如TW3106之类的具有1.8V通信电压UART的触控芯片或支持触控功能的MCU芯片的串口通信，导致在调试的时候无法通过串口芯片采集IC的日志数据，并且目前的串口隔离模块也无法隔离掉触控芯片工作中的噪声，也就是在面对不同通信需求场景的情况下，串口隔离模块的通用性不强。

发明内容

本申请实施例的目的在于提出一种串口通信隔离模块，以解决现有技术中串口隔离模块所支持通信电压单一而通用性不强的技术问题。

一实施例提供了一种串口通信隔离模块，其包：

USB接口，USB接口包括数据线和电源线，所述数据线输出或接收USB数据信号，所述电源线用于输出USB电源信号；

双路电平转换单元，包括第一电压输入端、第二电压输入端、第一数据端口和第三数据端口，其中所述第一电压输入端输入第一稳压信号，所述第二电压输入端输入第二稳压信号，所述第一稳压信号和所述第二稳压信号分别具有第一电压和第二电压，所述第一数据端口用于从MCU芯片的具有第一电压的串口数据输出端接收具有第一电压的串口数据，所述第三数据端口输出与所述具有第一电压的串口数据对应的具有第二电压的串口数据；

切换单元，包括第一切换开关，所述第一切换开关一端连接至信号隔离单元，另一端选择性连接到MCU芯片具有第二电压的串口数据输出端和所述第三数据端口其中之一，所述MCU芯片具有第二电压的串口数据输出端用于输出具有第二电压的串口数据；

所述信号隔离单元，连接至所述第一切换开关，通过所述第一切换开关选择性的与所述MCU芯片具有第二电压的串口数据端和所述第三数据端口其中之一连接以接收所述具有第二电压的串口数据，所述信号隔离单元将所述具有第二电压的串口数据隔离并输出经隔离后的串口数据；以及

信号转换单元，包括USB数据端和串口数据接收端，所述USB数据端连接至所述USB接口的数据线，所述串口数据接收端连接至所述信号隔离单元并接收所述经隔离后的串口数据，所述信号转换单元将所述经隔离后的串口数据转换为USB数据并经所述USB数据端输出至所述USB接口。

可选的，串口通信隔离模块进一步包括供电单元，所述供电单元连接至所述USB接口的电源线并接收所述USB电源信号，所述供电单元将所述USB电源信号转换为第一电源信号，其中所述第一电源信号的电压小于所述USB电源信号，所述供电单元连接至所述信号隔离单元和所述信号转换单元并将所述第一电源信号提供给所述信号隔离单元和所述信号转换单元。

可选的，信号转换单元进一步包括串口数据发送端，所述信号转换单元从所述USB接口接收USB数据信号并将所述USB数据信号转换为串口数据经所述串口数据发送端输出至所述信号隔离单元。

可选的，串口通信隔离模块进一步包括数据传输指示单元，所述数据传输指示单元连接至所述串口数据发送端和所述串口数据接收端。

可选的，所述USB电源信号电压为5V，所述第一电压为1.8V，所述第二电压为3.3V，所述第一电源信号的电压为所述第二电压。

可选的，串口通信隔离模块进一步包括供电指示单元，所述供电指示单元包括发光二极管，所述供电指示单元连接至所述供电单元。

可选的，串口通信隔离模块进一步包电压隔离单元、第一稳压单元和第二稳压单元，所述电压隔离单元连接至所述USB接口并接收所述USB电源信号，所述USB电源信号经所述电压隔离单元转换隔离为第二电源信号，所述第一稳压单元连接至所述电压隔离单元并将所述第二电源信号转换为所述第一稳压信号，所述第二稳压单元连接至所述电压隔离单元并将所述第二电源信号转换为所述第二稳压信号。

可选的，所述第二稳压单元连接至所述信号隔离单元，所述信号隔离单元接收所述第二稳压信号作为工作电压之一。

可选的，所述双路电平转换单元还包括第二数据端口和第四数据端口，所述切换单元还包括第二切换开关，所述第二切换开关一端连接至信号隔离单元并接收从所述信号隔离单元输出的串口数据，所述信号隔离单元输出的串口数据具有第二电压并从所述USB接口输出的USB数据信号经所述信号转换单元和所述隔离单元的转换隔离获得，另一端选择性连接到MCU芯片具有第二电压的串口数据输入端和所述第四数据端口其中之一，所述第二数据端口输出与所述信号隔离单元输出的串口数据对应的具有第一电压的串口数据，所述第二数据端口连接至MCU芯片具有第一电压的串口数据输入端。

可选的，串口通信隔离模块进一步包括MCU芯片插接单元，所述MCU芯片插接单元用于将所述MCU芯片连接至所述串口通信隔离模块。

依据本发明实施例的串口通信隔离模块，其通过切换单元和双路电平转换单元的配合，可以实现MCU芯片不同通信电平输入输出端口与主机之间的数据传输和信号隔离，因此串口通信隔离模块可以支持多电压输入输出，实现与不同输入输出电压的MCU芯片的通信，提升了串口通信隔离模块的通用性，降低芯片测试的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请中的方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明一实施例的串口通信隔离模块的原理框图；

图2示出了本发明一实施例的串口通信模隔离模块的电路原理图。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

如图1所示，是本发明一实施例的串口通信隔离模块的原理框图。串口通信隔离模块30可以用作主机10与MCU芯片50之间通信的桥梁并起到电源和数据隔离作用，使得在主机10、串口通信隔离模块30与MCU芯片50组成的通信系统中，主机10可以通过串口通信与MCU芯片50实现不同电压域系统之间正常交换数据，并隔离噪声以减少串口通信的信号干扰，同时电源隔离能保护系统的电源安全。

串口通信隔离模块30包括USB接口301、供电单元302、信号转换单元303、数据传输指示单元305、电压隔离单元311、信号隔离单元312、第一稳压单元321、第二稳压单元323、双路电平转换单元325、MCU芯片插接单元328和切换单元329。

USB接口301连接至主机10对应的USB接口(图未示)，具体的，USB接口301可以是USB公口，对应接入主机10的USB母口，通过USB接口301可以实现主机和串口通信隔离模块30之间的连通，另外串口通信隔离模块30还可以通过USB接口301从主机10取电。

从USB接口总线上获取的USB电源信号一方面可以提供给信号转换单元303进行供电，另一方面USB电源信号可以经过电压隔离单元311隔离后输出给串口通信隔离模块30的其他单元进行供电。根据信号转换单元303所选取型号或者工作电压选择的不同需求，还可以在USB接口301和信号转换单元303之间加入供电单元302，以便将从USB接口301获取的USB电源信号转换为信号转换单元303所需的电压，举例来说，从USB接口301获取的是5V的USB电源信号，供电单元302可以将5V的USB电源信号转换为3.3V的第一电源信号输出到信号转换单元303。作为示例，信号转换单元303可以是支持5V和3.3V工作电压的串口芯片，其接收第一电源信号作为芯片工作电压，并在第一电源信号下正常工作。

电压隔离单元311可以是DC-DC电源模块，用于将来自主机10侧的USB电源信号隔离降噪，以降低共模干扰对MCU芯片50一侧的影响，使得MCU芯片50能稳定工作。在一个示例中，电压隔离单元311可以采用5V-5V的DC-DC电源模块，通过电压隔离单元311可以输出稳定的5V电源提供给第一稳压单元321、第二稳压单元323和MCU芯片插接单元328，为方便描述，这里将电压隔离单元311输出的5V电压称为第二电源信号。第二电源信号可以提供给所连接的MCU芯片50作为工作电源，还可以经进一步的电压转换输出给串口隔离模块30的其他功能单元和MCU芯片50作为工作电源，比如第一稳压单元321、第二稳压单元323分别可用于将第二电源信号转换为串口隔离模块30的双路电平转换单元325所需要的电源信号以及MCU芯片50所支持的工作电压，比如第一稳压单元321可以将5V的第二电源信号转换为1.8V的第一稳压信号，第二稳压单元323可以将5V的第二电源信号转换为3.3V的第二稳压信号，其中第一稳压信号和第二稳压信号可以作为双路电平转换单元325所需的两路工作电压，同时也可以提供给MCU芯片50作为其所支持的工作电压。

经过电压隔离后获得的第二电源信号、第一稳压信号、第二稳压信号可以分别输出至MCU芯片插接单元328，以便在MCU芯片50连接到MCU芯片插接单元328的时候提供MCU芯片50工作所需的电源电压。MCU芯片插接单元328还包括多个芯片输入输出插脚，分别用于连接MCU芯片50的输入输出引脚(I/O口)，MCU芯片50可以支持多种TTL电平的串口通信，比如可以支持3.3V和1.8V的UART串口通信，也就是通过MCU芯片插接单元328可以接入MCU芯片的1.8V UART接口的I/O口TR、RX，在这里分别命名为第一串口输出端口和第一串口输入端口，以及可以接入3.3V的UART接口TX、RX，分别命名为第二串口输出端口和第二串口输入端口。来自MCU芯片50的日志等数据可以通过UART接口并经串口通信隔离模块30的信号隔离转换借由USB接口302输出到主机10，或者反过来主机10的信息可以通过USB接口302并经串口通信隔离模块30的信号隔离转换借由UART接口传输到MCU芯片。二电源信号、第一稳压信号、第二稳压信号均是经过电压隔离后得到的，因此能提高芯片侧的电源安全性。

在本实施例中，双路电平转换单元325配合切换单元329可以实现多电压输入输出的串口通信。具体的，双路电平转换单元325具有双路电平转换功能，它包括第一电压输入端和第二电压输入端，分别用于接收第一稳压单元321输出的第一稳压信号和第二稳压单元323输出的第二稳压信号。双路电平转换单元325还包括第一数据端口、第二数据端口、第三数据端口和第四数据端口，其中第一数据端口和第二数据端口跟随第一电压输入端的电压即第一稳压信号，也就是第一数据端口和第二数据端口信号高电平与第一电压输入端接收到第一稳压信号保持一致，为1.8V；第三数据端口和第四数据端口跟随第二电压输入端的电压即第二稳压信号，也就是第三数据端口和第四数据端口信号高电平与第二电压输入端接收到第二稳压信号保持一致，为3.3V。第一数据端口与第三数据端口则保持相同的数据信息，比如第一数据端口输出1.8V电平的“11011”的数据信息，则表明第三数据端口对应输入的是3.3V电平的“11011”(比如自主机10向MCU芯片50传输数据的时候，也称为数据下行方向)。类似的，第二数据端口与第四数据端口保持相同的数据信息，比如自第二数据端口输入3.3V电平的“01011”的数据信息，则第四数据端口对应输出1.8V电平的“01011”(比如自MCU芯片50向主机10传输数据的时候，也称为数据上行方向)。第一数据端口和第二数据端口分别连接到MCU芯片50的具有1.8V通信电平的第一串口输入端口和第一串口输出端口，第三数据端口和第四数据端口则通过切换单元329连接到信号隔离单元312。同时，MCU芯片50的另一对具有3.3V通信电平的输入端口和输出端口，也就是第二串口输入端口和第二串口输出端口则通过切换单元329连接到信号隔离单元312。第一串口输入端口和第一串口输出端口可以统称为具有第一电压的串口数据端，第二串口输入端口和第二串口输出端口可以统称为具有第二电压的串口数据端。

切换单元329包括第一切换开关和第二切换开关，分别用于控制下行和上行两个方向的数据传输路径。在一个例子中，第一切换开关用于将来自主机10的数据或命令以二选一的方式传输到MCU芯片50具有第二通信电平(比如3.3V)的第二串口输入端口，或者接入到双路电平转换单元325的第三数据端口，当选择接入双路电平转换单元325的第三数据端口时，数据或命令通过双路电平转换单元325的电平转换后经第一数据端口进一步连接到MCU芯片50具有第一通信电平(比如1.8V，也称为第一电压)的第一串口输入端口，所以通过第一切换开关的切换选择，可以实现主机10向具有多个不同通信电平的MCU芯片50进行数据或命令的传输。类似的，第二切换开关用于将来自MCU芯片50具有第二通信电平(比如3.3V，也称为第二电压)的第二串口输出端口，或者双路电平转换单元325的第四数据端口的数据以二选一的方式传递到信号隔离单元312并最终传输到主机10，当选择双路电平转换单元325的第四数据端口接入到信号隔离单元312之时，相当于将MCU芯片50具有第一通信电平(比如1.8V)的第二串口输出端口输出的数据经双路电平转换单元325的第二数据端口输入并经电平转换后由第四数据端口往主机10传输，所以通过第二切换开关的切换选择，可以实现具有多个不同通信电平的MCU芯片50向主机10向传输数据。

信号转换单元303具有USB转串口的功能，一般可以采用各种串口芯片，其工作电压可以与MCU芯片50的输入输出端口的其中一种通信电平相同，比如3.3V。信号转换单元303可以接收供电单元302输出的第一电源信号作为工作电压，并连接到USB接口301总线中的一对USB差分信号线。信号转换单元303还包括串口数据发送端和串口数据接收端。信号转换单元303将接收到的USB差分信号转换为串口数据并通过串口数据发送端发送到信号隔离单元312；或者，信号转换单元303通过串口数据接收端接收信号隔离单元312传输过来的串口数据，并将其串口数据转换为USB差分信号，USB差分信号再通过USB接口301传输到主机10，如此可以实现USB-串口的双向转换。

信号隔离单元312位于信号转换单元303与MCU芯片50之间，用于传递串口数据并将来自主机10一侧的噪声进行隔离。信号隔离单元312包括用于连接主机侧的(也称为第一侧)的第一侧电源端、第一侧数据输入端和第一侧数据输出端，以及用于连接MCU芯片50一侧(也称为第二侧)的第二侧电源端、第二侧数据输入端和第二侧数据输出端。其中第一侧电源端接收未经隔离的第一电源信号，第二侧电源端接收经电压隔离后的第二稳压信号，这里第一电源信号和第二稳压信号电平相等。第一侧数据输入端用于接收信号转换单元303的串口数据发送端输出的串口数据，串口数据经第二侧数据输出端所连接的切换单元329的第一切换开关输出到双路电平转换单元325，第一切换开关根据当前所接入的MCU芯片50的通信电平选择串口数据的传输路径，具体的，当MCU芯片50当前的通信电平与信号转换单元303、数据隔离单元312所传输串口数据电平相等(比如都为第二通信电平)，则第一切换开关将串口数据直接送往MCU芯片50具有第二通信电平的第二串口输入端；若是MCU芯片50当前的通信电平与之不同，比如为第一通信电平，第一切换开关则将串口数据经双路电平转换单元325的第三数据端口输入并经第一数据端口输出到MCU芯片50具有第一通信电平的第一串口数据输入端，以此实现不同通信电平下主机10向MCU芯片50传递串口数据的目的，并且在不同通信电平下均具有信号隔离和电压隔离的功能，而数据传输和隔离均通过同一个串口通信隔离模块30来实现，不需要针对不同通信电平的MCU芯片50的数据采集制作两套不同的串口通信隔离模块，因此本发明的串口通信隔离模块30具有更强的通用性，在采用该串口通信隔离模块30作为测试场景下主机与MCU芯片之间的隔离模块时，可以适用多种通信电平的不同型号MCU芯片的测试，从而降低MCU芯片的测试成本。

对于上行方向的数据传输，其过程与前述下行方向的数据传输类似，不再赘述，以及在后文的具体示例中将结合更具体的电路对上行方向数据进行简要说明。

前述实施例以连接主机10与MCU芯片50的串口通信隔离模块30，应理解，串口通信隔离模块还可以用于连接主机10与触控芯片或者其他类型的芯片，本发明将其统称为处理芯片，对应的，前述实施例中用于连接MCU芯片50的MCU芯片插接单元328也可以对应替换为类似触控芯片插接单元、其他类型处理芯片的插接或连接端口，本发明将这些用作连接处理芯片的接口部件统称为芯片连接部，前述实施例中关于MCU芯片50与串口通信隔离模块30中其他电路的连接关系和信号流向均适用于本发明所称的其他处理芯片，类似的，关于MCU芯片插接单元328的描述也适用于其他芯片连接部。

串口通信隔离模块30还可以包括用于指示数据传输状态的数据传输指示单元305，数据传输指示单元305包括第一指示单元和第二指示单元，分别连接信号转换单元的串口数据发送端和串口数据接收端，第一指示单元和第二指示单元分别包括发光二极管，用于当串口数据发送和接收的时候进行视觉指示。数据传输指示单元305可由供电单元302提供所需工作电源。另外，虽然图1中并未示出，在一些实施例中该串口通信隔离模块30还可以包括供电指示单元，供电指示单元也可以是一个发光二极管，其在供电单元302输出的第一电源信号控制下发光，以提示供电单元成功从USB接口301获得供电并能正常提供第一电源信号给信号转换单元303。

请参看图2，是本发明一实施例的串口通信模隔离模块的电路原理图，其按照图1的框图对各个功能模块的具体实现方式进行了细化。请一并参考表1，是图1框图中各个功能模块与图2中电路模块和/或元件的对应关系。以供电单元302为例，表1对应关系所包含的意思是信号转换单元302包括第五芯片U5及第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12和第十三电容C13。其他功能模块的对应关系类似如表1所示，此处不再详细说明。

表1

在一些具体的实施例中，表1中各种功能的芯片比如第一芯片U1～第七芯片U7可以包括LDO芯片U1、LDO芯片U2、电压隔离芯片U3、双路电平转换芯片U4、信号隔离芯片U6、串口芯片(信号转换芯片)U7。

请结合参照图2和表1内容。USB接口USB1包括一对差分信号线即数据正端D+和数据负端D-，以及电源端(或电源线)VCC，从主机10取电经电源端VCC输出5V的USB电源信号，数据正端D+、数据负端D-作为USB接口的数据线，可以输出一对USB差分信号USB D+和USBD-作为USB数据信号，接地端GND接第一接地端VGND。第三芯片U3选用DC-DC模块电源，其具有隔离(非稳压)输出功能，其电源输入正端VIN连接USB接口USB1的电源端VCC，接收5V的USB电源信号VIN_5V作为工作电源，且第三芯片U3的电源输入正端VIN经并联的第一二极管D1、第六电容C6、第七电容C7和第三极性电容CT3接第一接地端VGND，其中第一二极管D1可选择齐纳二极管，第三极性电容CT3可以选择各种电解电容，如无特别说明，电容C1-C15均可以是非极性电容，其他的极性电容如CT1和CT2也可以选择电解电容。第三芯片U3的电源输入负端GND接第一接地端VGND，电源输出负端0V接第二接地端DGND，电源输出正端Vo经第一电阻R1输出经过隔离得到的第二电源信号D_5V到第一芯片U1的电源输入端VIN，因此后端基于第二电源信号D_5V供电的第一芯片U1、第二芯片U2、第四芯片U4、插接口J1及所连接的MCU芯片50、第六芯片U6的第二侧可以隔离来自主机一侧的电源信号干扰。

第一芯片U1选用低压差线性稳压芯片，其电源输入端VIN经并联的第一极性电容CT1、第一电容C1和第二电容C2接第二接地端DGND。第一芯片U1将第二电源信号D_5V转换为第二稳压信号D_3.3V经电源输出端VOUT输出，电源输出端VOUT经第三电容C3和第四电容C4接第二接地端DGND，接地端GND接第二接地端DGND。

第二芯片U2选用低消耗电流正电压稳压芯片，其输入端VIN经第五电容C5接第二接地端DGND，使能端CE接输入端VIN，公共端VSS接第二接地端，悬空端NC悬空，输出端VOUT经第二极性电容CT2接第二接地端DGND。第二芯片U2从输入端VIN接收第二电源信号D_5V，并将第二电源信号D_5V转换为第一稳压信号D_1.8V经输出端VOUT输出。

第四芯片U4选用电平转换芯片，支持双向转换，第四芯片U4的第一电压输入端VCCA接收第一稳压单元(即第二芯片U2及外围电路C5、CT2组成的电路)输出的第一稳压信号，第二电压输入端VCCB接收第二稳压信号，输出使能端OE连接第一芯片U1的电源输出端VOUT以接收第二稳压信号，第四芯片U4的接地端GND接第二接地端DGND。第四芯片U4的第一数据端口A1通过插接口J1的第六端口6连接至MCU芯片50的第一串口输入端口，第二数据端口A2通过插接口J1的第七端口7连接至MCU芯片50的第一串口输出端口。第三数据端口B1连接至切换单元SW1的第六引脚，第四数据端口B2连接至切换单元SW1的第一引脚。切换单元SW1的第三引脚连接插接口J1的第八端口8，并进一步连接到MCU芯片50的第二串口输出端口；第四引脚连接插接口J1的第五端口5，并进一步连接到MCU芯片50的第二串口输入端口。切换单元SW1的第一引脚～第六引脚分别标记为数字1-6。其中第一切换开关S1包括第五引脚、第四引脚和第六引脚，第二切换开关S2包括第二引脚、第一引脚和第三引脚。第一切换开关S1可受控使得第五引脚与第六引脚或第四引脚其中之一连接，第二切换开关S2可受控使得第二引脚与第一引脚或第三引脚其中之一连接，因为第一串口输入端和第一串口输出端口具有第一通信电平，第二串口输入端口和第二串口输出端口具有第二通信电平，从而通过开关的切换将MCU芯片50具有不同通信电平的串口数据经转换隔离后传输到主机10，或者将主机10传递过来的USB数据经转换隔离后传输到具有不同通信电平输入输出端口的MCU芯片50，也就是本发明实施例的串口转换隔离模块30支持多电压输入输出。

第六芯片U6选用数字隔离器，其第二侧输入端VIB通过第五电阻R5接第二切换开关S2的一端(即切换单元SW1的第二引脚)，第二侧输出端VOA经第三电阻R3连接第一切换开关S1的一端(即切换单元SW1的第五引脚)。第二侧电源端VDD2接收第二稳压信号，并经第九电容C9接第二接地端DGND。第二侧接地端GND2接第二接地端DGND。第一侧电源端VDD1接供电单元302输出的第一电源信号V_CH，并通过第八电容C8接第一接地端VGND。第一侧接地端GND1接第一接地端VGND。第一侧输入端VIA通过第二电阻R2连接至信号转换单元303的串口数据发送端TXD，第一侧输出端VOB通过第四电阻R4连接至信号转换单元303的串口数据接收端RXD。从第一侧输入端VIA输入的USB转串口数据USB txd经过芯片的隔离后，从第二侧输出端VOA输出对应的串口数据TXD，从第二侧输入端VIB输入的串口数据RXD经过芯片隔离后，从第一侧输出端VOB输出对应的串口数据USB rxd。因此，经过信号隔离单元312的隔离作用，可以在主机与MCU芯片之间进行数据传输时实现噪声的隔离，避免两侧的信号噪声相互影响。

第七芯片U7作为信号转换单元303的核心部件，可以选用USB转串口芯片，其具有前述的串口数据发送端TXD和串口数据接收端RXD，以及USB数据正端UD+和USB数据负端UD-，USB数据正端UD+和USB数据负端UD-作为第七芯片U7与USB接口之间的连接端，亦可统称为USB数据端，其用于接收对应的USB差分信号USB D+和USB D-，第七芯片可以将接收的USB差分信号转换为串口数据USB txd经串口数据发送端TXD输出到信号隔离单元312，或者将串口数据接收端RXD接收的串口数据USB rxd转换为对应的USB差分信号USB D+和USBD-。第七芯片U7的电源端VCC连接到第一电源信号V_CH，并经第十五电容C15接第一接地端VGND，第十五电容C15用于退耦。因所使用电源为3.3V的第一电源信号V_CH，第七芯片的V3引脚同样也连接到第一电源信号V_CH，并经第十四电容C14接第一接地端VGND。

第一电源信号V_CH由供电单元302提供。供电单元302包括第五芯片U5及第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13。第五芯片U5选用电压转换芯片，其输入端VIN输入USB电源信号VIN_5V，并经并联的第十二电容C12和第十三电容C13接第一接地端VGND，进转换后电压输出端VOUT输出3.3V的第一电源信号V_CH，同时电压输出端VOUT经并联的第十电容C10和第十一电容C11接第一接地端VGND。供电指示单元包括串联在第五芯片U5电压输出端VOUT与第一接地端VGND之间的第六电阻R6和第二二极管D2。另外，数据传输指示单元305包括下行传输指示单元和上行传输指示单元，其中下行传输指示单元包括串接在第五芯片U5电压输出端VOUT与第七芯片U7的串口数据发送端TXD之间的第七电阻和第三二极管D3，上行传输指示单元包括串接在第五芯片U5电压输出端VOUT与第七芯片U7的串口数据接收端RXD之间的第八电阻和第四二极管D4。第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4可选用发光二极管，比如红色、绿色等发光二极管，从而通过二极管的发光状态提示用户当前的电源供应和数据传输状态。

以上行数据传输为例，当MCU芯片50通过串口通信隔离模块30连接到主机10进行测试的时候，假设MCU芯片50当前使用的是1.8V的第一通信电平(第一电压)，通过第一串口输出端口输出日志数据(1.8V通信电平的串口数据RX 1.8V)，该日志数据经第二数据端口A2输入第四芯片U4，经电平转换为第二通信电平3.3V(第二电压)的日志数据并从第四数据端口B2输出到第二切换开关S2，通过第二切换开关将电平转换后的日志数据传递到具有信号隔离功能的第六芯片U6的第二侧输入端VIB，经过信号隔离后的日志数据经第六芯片U6第一侧输出端VOB输出至具有信号转换功能的第七芯片U7的串口数据接收端RXD，经过第七芯片U7的串口转USB功能，进而将串口日志数据转换为对应的USB差分信号USB D+和USB D-分别经USB数据正端UD+和USB数据负端UD-输出到USB接口USB1，最后经USB接口USB1的数据正端D+和数据负端D-传递到主机10，从而完成第一通信电平下日志数据的传输。

而另外一种情况下，假设MCU芯片50当前使用的是3.3V的第二通信电平，通过第二串口输出端口输出日志数据(3.3V通信电平的串口数据RX3.3V)，该日志数据经第二切换开关S2直接传递到具有信号隔离功能的第六芯片U6的第二侧输入端VIB，经过信号隔离后的日志数据经第六芯片U6第一侧输出端VOB输出至具有信号转换功能的第七芯片U7的串口数据接收端RXD，经过第七芯片U7的串口转USB功能，进而将串口日志数据转换为对应的USB差分信号USB D+和USB D-分别经USB数据正端UD+和USB数据负端UD-输出到USB接口USB1，最后经USB接口USB1的数据正端D+和数据负端D-传递到主机10，从而完成第二通信电平下日志数据的传输。

数据的下行传输请结合图1和图2及对应的实施例描述，此处不再复述。通过切换单元329与双路电平转换单元325的配合，使得串口通信隔离模块30能支持1.8V和3.3V的多电压输入输出，从而当具有1.8V或3.3V的不同通信电平的MCU芯片50连接到主机10的时候，都可以使用该串口通信隔离模块30实现信号转换以及隔离，不需要给不同规范的MCU芯片配置不同的串口通信隔离模块，提升了串口通信隔离模块的通用性，降低了芯片测试的成本。

在一些更具体的实施方式中，可以按照表2进行具体的芯片选型。当然，本领域技术人员可以理解，具有与表2同种类似功能的其他型号芯片可以用于替换表格中的各个芯片并能达到相似效果。

表2

图2中电路模块	芯片选型示例
		U1	SE8733X2-HF
U2	LN1134A182MR-G
		U3	B0505S-1W
U4	RS0102YH8
		U6	π121M31
U7	CH340B

当然本发明也不限于上述实施例的双向数据传输，如果有需求，可以仅保留与某一个方向数据传输有关的电路或者端口连接。前述具体说明已参照各种实施例进行了描述。然而，本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本披露的范围的情况下进行各种修正和改变。因此，对于本披露的考虑将是说明性的而非限制性的意义上的，并且所有这些修改都将被包含在其范围内。同样，有关于各种实施例的优点、其他优点和问题的解决方案已如上所述。然而，益处、优点、问题的解决方案以及任何能产生这些的要素，或使其变得更明确的解决方案都不应被解释为关键的、必需的或必要的。本文中所用的术语“包括”和其任何其他变体，皆属于非排他性包含，这样包括要素列表的过程、方法、文章或设备不仅包括这些要素，还包括未明确列出的或不属于该过程、方法、系统、文章或设备的其他要素。此外，本文中所使用的术语“耦合”和其任何其他变体都是指物理连接、电连接、磁连接、光连接、通信连接、功能连接和/或任何其他连接。

具有本领域技术的人将认识到，在不脱离本发明的基本原理的情况下，可以对上述实施例的细节进行许多改变。因此，本发明的范围应根据以下权利要求确定。

Claims (10)

1.一种串口通信隔离模块，其特征在于，包括：

USB接口，包括数据线和电源线，所述电源线用于输出USB电源信号；

双路电平转换单元，包括第一电压输入端、第二电压输入端、第一数据端口和第三数据端口，其中所述第一电压输入端输入第一稳压信号，所述第二电压输入端输入第二稳压信号，所述第一稳压信号和所述第二稳压信号分别具有第一电压和第二电压，所述第一数据端口用于从MCU芯片的具有第一电压的串口数据输出端接收具有第一电压的串口数据，所述第三数据端口输出与所述具有第一电压的串口数据对应的具有第二电压的串口数据；

切换单元，包括第一切换开关，所述第一切换开关一端连接至信号隔离单元，另一端选择性连接到MCU芯片具有第二电压的串口数据输出端和所述第三数据端口其中之一，所述MCU芯片具有第二电压的串口数据输出端用于输出具有第二电压的串口数据；

所述信号隔离单元，连接至所述第一切换开关，通过所述第一切换开关选择性的与所述MCU芯片具有第二电压的串口数据端和所述第三数据端口其中之一连接以接收所述具有第二电压的串口数据，所述信号隔离单元将所述具有第二电压的串口数据隔离并输出经隔离后的串口数据；以及

信号转换单元，包括USB数据端和串口数据接收端，所述USB数据端连接至所述USB接口的数据线，所述串口数据接收端连接至所述信号隔离单元并接收所述经隔离后的串口数据，所述信号转换单元将所述经隔离后的串口数据转换为USB数据并经所述USB数据端输出至所述USB接口。

2.如权利要求1所述的串口通信隔离模块，其特征在于，进一步包括供电单元，所述供电单元连接至所述USB接口的电源线并接收所述USB电源信号，所述供电单元将所述USB电源信号转换为第一电源信号，其中所述第一电源信号的电压小于所述USB电源信号，所述供电单元连接至所述信号隔离单元和所述信号转换单元并将所述第一电源信号提供给所述信号隔离单元和所述信号转换单元。

3.如权利要求2所述的串口通信隔离模块，其特征在于，所述信号转换单元进一步包括串口数据发送端，所述信号转换单元从所述USB接口接收USB数据信号并将所述USB数据信号转换为串口数据经所述串口数据发送端输出至所述信号隔离单元。

4.如权利要求3所述的串口通信隔离模块，其特征在于，进一步包括数据传输指示单元，所述数据传输指示单元连接至所述串口数据发送端和所述串口数据接收端。

5.如权利要求2所述的串口通信隔离模块，其特征在于，所述USB电源信号电压为5V，所述第一电压为1.8V，所述第二电压为3.3V，所述第一电源信号的电压为所述第二电压。

6.如权利要求2所述的串口通信隔离模块，其特征在于，进一步包括供电指示单元，所述供电指示单元包括发光二极管，所述供电指示单元连接至所述供电单元。

7.如权利要求1-6所述的串口通信隔离模块，其特征在于，进一步包电压隔离单元、第一稳压单元和第二稳压单元，所述电压隔离单元连接至所述USB接口并接收所述USB电源信号，所述USB电源信号经所述电压隔离单元转换隔离为第二电源信号，所述第一稳压单元连接至所述电压隔离单元并将所述第二电源信号转换为所述第一稳压信号，所述第二稳压单元连接至所述电压隔离单元并将所述第二电源信号转换为所述第二稳压信号。

8.如权利要求7所述的串口通信隔离模块，其特征在于，所述第二稳压单元连接至所述信号隔离单元，所述信号隔离单元接收所述第二稳压信号作为工作电压之一。

9.如权利要求1所述的串口通信隔离模块，其特征在于，所述双路电平转换单元还包括第二数据端口和第四数据端口，所述切换单元还包括第二切换开关，所述第二切换开关一端连接至信号隔离单元并接收从所述信号隔离单元输出的串口数据，所述信号隔离单元输出的串口数据具有第二电压并从所述USB接口输出的USB数据信号经所述信号转换单元和所述隔离单元的转换隔离获得，另一端选择性连接到MCU芯片具有第二电压的串口数据输入端和所述第四数据端口其中之一，所述第二数据端口输出与所述信号隔离单元输出的串口数据对应的具有第一电压的串口数据，所述第二数据端口连接至MCU芯片具有第一电压的串口数据输入端。

10.如权利要求1任意一项所述的串口通信隔离模块，其特征在于，进一步包括MCU芯片插接单元，所述MCU芯片插接单元用于将所述MCU芯片连接至所述串口通信隔离模块。

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