CN218920551U

CN218920551U - 串口隔离模块

Info

Publication number: CN218920551U
Application number: CN202223003928.4U
Authority: CN
Inventors: 梅佳威
Original assignee: Shenzhen Demingli Electronics Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Hongpeihan Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2022-11-10
Filing date: 2022-11-10
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2032-11-10

Abstract

本实用新型公开了一种串口隔离模块，包括：信号转换电路，获取USB数据信号并将其转换为第一串口数据信号；信号隔离电路，接收第一串口数据信号并输出经隔离后的第二串口数据信号；电压调节电路，包括稳压器和可调电阻单元，可调电阻单元连接至稳压器的输出端，稳压器的输出端根据可调电阻单元输出可调电压信号，可调电压信号的电压与MCU芯片的串口通信电平相同；双向电平转换电路，接收第二串口数据信号和可调电压信号，并输出与第二串口数据信号对应的第三串口数据信号，第三串口数据信号具有与可调电压信号相同的电压。本实用新型的串口隔离模块可以支持多种通信电平。

Description

串口隔离模块

技术领域

本申请涉及电子电路领域，尤其涉及一种支持多种通信电平的串口隔离模块。

背景技术

各类控制芯片在与外部装置(比如主机)通信时具有一定的通信电平，不同厂家不同规格的芯片可能具有不同的通信电平，同一芯片也可能支持多种不同的通信电平。比如，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，本司产品触控芯片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TTL3.3V(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，因此，现有技术中的串口隔离模块的所支持的通信电平单一，无法满足不同通信电平规格的芯片的测试。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提出一种串口隔离模块，以解决现有技术中串口隔离模块所支持通信电平单一而无法满足不同测试需求的技术问题。

一实施例提供了一种串口隔离模块，其连接在主机与MCU芯片之间，包括：

USB接口，其连接至主机；

电压隔离电路，连接至USB接口并获取第一系统供电信号，第一系统供电信号具有第一电压，电压隔离电路输出第二系统供电信号；

信号转换电路，连接至USB接口并获取USB数据信号，以及将USB数据信号转换为第一串口数据信号并输出；

信号隔离电路，连接至信号转换电路并接收第一串口数据信号，信号隔离电路还连接至电压隔离电路以接收第二系统供电信号，第一串口数据信号经信号隔离电路隔离后输出对应的第二串口数据信号，第二串口数据信号具有与第二系统供电信号相同的电压；

电压调节电路，包括稳压器和可调电阻单元，稳压器接收第二系统供电信号，可调电阻单元连接至稳压器的输出端，稳压器的输出端根据可调电阻单元输出可调电压信号，可调电压信号的电压与MCU芯片的串口通信电平相同；以及

双向电平转换电路，连接至信号隔离电路和电压调节电路，双向电平转换电路接收第二串口数据信号和可调电压信号，并输出与第二串口数据信号对应的第三串口数据信号，第三串口数据信号具有与可调电压信号相同的电压。

可选的，第一系统供电信号由USB接口的电源引脚提供。

可选的，信号转换电路接收第一系统供电信号作为输入电源之一。

可选的，串口隔离模块进一步包括供电电路，供电电路连接至USB接口，并将第一系统供电信号转换为第一系统供电转换信号，第一系统供电转换信号具有不同于第一电压的第二电压，信号转换电路接收第一系统供电转换信号作为输入电源之一。

可选的，第二系统供电信号的电压与第一系统供电信号的电压相同。

可选的，信号隔离电路进一步连接至USB接口并接收第一系统供电信号。

可选的，稳压器包括输入引脚、输出引脚和可调引脚，可调电阻单元包括第一电阻、可选电阻阵列和开关阵列，输入引脚接收第二系统供电信号，可调引脚经第一电阻连接到接地端，可选电阻阵列包括至少两个电阻，可选电阻阵列通过开关阵列选择性的接入输出引脚与第一电阻之间。

可选的，可选电阻阵列包括4个不同阻值的电阻。

可选的，可选电阻阵列中的其中一个电阻的阻值与第一电阻的阻值相同。

可选的，4个不同阻值的电阻分别为54.9欧姆、124欧姆、205欧姆和374欧姆，第一电阻的阻值为124欧姆。

可选的，双向电平转换电路进一步连接至所述电压隔离模块并接收所述第二系统供电信号

可选的，串口隔离模块进一步包括供电指示电路，供电指示电路包括发光二极管，供电指示电路连接至USB接口并接收第一系统供电信号。

可选的，串口隔离模块进一步包括数据传输指示电路，数据传输指示电路连接至信号转换电路并接收第一串口数据信号，数据传输指示电路包括发光二极管。

可选的，串口隔离模块进一步包括芯片接口，芯片接口用于连接双向电平转换电路和MCU芯片，并将所第三串口数据信号传输到MCU芯片。

依据本实用新型实施例的串口隔离模块，其首先通过信号转换电路将从USB接口接收到的USB数据信号转换为第一串口数据信号，同时通过电压隔离模块将来自主机侧的第一系统供电信号进行电源噪声隔离后作为第二系统供电信号输出给信号隔离电路和电压调节电路，使得信号隔离电路在第二系统供电信号作为输入电源并将所接收的第一串口数据信号进行信号噪声隔离后作为第二串口数据信号输出，得到经电源和信号噪声隔离的串口数据，另外还通过电压调节电路输出可调电压信号，配合双向电平转换电路将第二串口数据信号转换为具有MCU芯片串口通信电平的第三串口数据信号，从而可以使得串口数据的电压与当前所连接的MCU芯片通信电平一致，实现数据的顺利传输，由于可调电压信号可以被调整为与多种MCU芯片通信电平一致，因此本申请的串口隔离模块除了做到隔离主机与MCU芯片之间通信的噪声之外，还可以支持主机与MCU芯片之间的多种通信电平。

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示出了本实用新型一种实施例的串口隔离模块的示意框图；

图2示出了本实用新型一种实施例的串口隔离模块的电路原理图的第一部分；

图3示出了与图2电路原理图第一部分相连的电路原理图的第二部分。

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实用新型作进一步详细说明。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，是本实用新型一种实施例的串口隔离模块20的示意框图。为便于理解，以串口隔离模块20应用在MCU芯片测试调试场景下为例，在图1中一并展示了该场景下串口隔离模块20与主机10、MCU芯片40的连接关系。串口通信隔离模块20可以用作主机10与MCU芯片40之间通信的桥梁并起到电源隔离和数据隔离作用，使得主机10、串口通信隔离模块20与MCU芯片40组成的通信系统中，主机10可以通过串口通信与MCU芯片40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。

串口隔离模块20包括USB接口201、供电电路202、供电指示电路203、信号转换电路204、数据传输指示电路205、电压隔离电路211、信号隔离电路212、电压调节电路221、双路电平转换电路222和芯片接口223。

USB接口201连接至主机10对应的USB接口(图未示)，具体的，USB接口201可以是USB公口，对应接入主机10的USB母口，通过USB接口201可以实现主机和串口隔离模块20之间的数据和电源信号的连通。

串口隔离模块20可以通过印刷电路板的形式实现，将所包含的前述多个电路功能单元集成在印刷电路板上。从USB接口总线上获取的具有第一电压的USB电源信号VIN1可以提供给供电电路202、供电指示电路203、信号转换电路204、数据传输指示电路205、电压隔离电路211和信号隔离电路212进行供电。根据信号转换电路204所选取型号或者工作电压选择的不同需求，供电电路302可以将从USB接口201获取的USB电源信号VIN1转换为信号转换电路204所需的供电电压。举例来说，从USB接口201获取的是5V的USB电源信号VIN1，供电电路202可以将5V的USB电源信号VIN1转换为3.3V的第一系统供电转换信号VIN2输出到信号转换电路204，而信号转换电路204接收5V的USB电源信号VIN1和3.3V的第一系统供电转换信号VIN2作为供电电压，其中第一系统供电转换信号VIN2具有第二电压，其与第一电压不同。当然，在一些其他实施例中，根据所选芯片规格的不同，电压隔离电路211、信号隔离电路212等电路输入的USB电源信号VIN1也可以替换为第一系统供电转换信号VIN2，而VIN2的电压也不局限于3.3V；或者也可以不需要供电电路202，信号转换电路204只需要接入USB电源信号VIN1。供电指示电路203连接到USB接口，在接收到正常的USB电源信号VIN1时输出指示信号，以提示用户当前的串口隔离模块20与主机之间的电源连接是正常状态。指示信号可以是光信号、声音信号灯，比如可以通过发光二极管来指示供电状态是否正常。

信号转换电路204可以选取串口芯片作为核心部件，配以适当的去耦、滤波等外围电路。信号转换电路204连接至USB接口201，接收USB接口201输出的USB电源信号VIN1和供电电路202输出的第一系统供电转换信号VIN2作为供电电源，信号转换电路204还接收USB接口201输出的USB数据信号USB_D，并将USB数据信号USB_D转换为第一串口数据信号DATA1。第一串口数据信号DATA1携带有与USB数据信号USB_D对应的数据，并具有与USB电源信号VIN1相同电平的第一通信电平，第一串口数据信号DATA1一方面提供给数据传输指示电路205，通过声光指示以提醒用户当前的数据传输状态，比如指示是否正在传输数据、数据的传输方向是上行还是下行等等。另一方面，第一串口数据信号DATA1经过信号隔离电路212的隔离后再传输到MCU芯片。在图1所示的通信系统中，与主机10连接的USB接口201、信号转换电路204、供电电路202、供电指示电路203、数据传输指示电路205均属于主机10一侧的第一系统范畴内，其接收和传递的USB数据信号USB_D属于第一系统范畴的信号，而MCU芯片40是与主机处于不同系统范畴的第二系统。第一串口数据信号DATA1经过信号隔离电路212的隔离后，将来自第一系统的噪声去除后输出对应于第一串口数据信号DATA1的第二串口数据信号DATA2。

电压隔离电路211可以是DC-DC电源模块，用于将来自主机10侧也就是第一系统的USB电源信号VIN1隔离降噪，以降低共模干扰对MCU芯片40一侧的影响，使得MCU芯片40一侧的电路(包括MCU芯片40)能稳定工作。在本申请中，USB电源信号VIN1又可以称作第一系统供电信号VIN1，其来源于主机10且未经隔离。在一个示例中，电压隔离电路211可以采用5V-5V的DC-DC电源芯片，通过电压隔离电路211可以输出稳定的第二系统供电信号VD提供给信号隔离电路212、电压调节电路221和双向电平转换电路222。在本例中，电压隔离电路211对输入的第一系统供电信号VIN1的电压未做转化，即第一系统供电信号VIN1和第二系统供电信号VD保持了一致的电压，均为5V，与USB接口201的电源信号保持一致，不需要在不同电压之间转换，则主机侧的这些电路的结构相对更简单。

信号隔离电路212在输入侧接收第一系统供电信号VIN1作为供电电源，并接收第一串口数据信号DATA1。信号隔离电路212在输出侧接收第二系统供电信号VD作为供电电源，并输出具有与第二系统供电信号VD电压相同的通信电平的第二串口数据信号DATA2，在本例中，第二串口数据信号DATA2具有与第一串口数据信号DATA1相同的通信电平，即第一通信电平，具体可以是5V的通信电平。因此，信号隔离电路212的作用在于将来自第一系统(主机侧)的串口数据信号隔离噪声后输出到第二系统(MCU芯片侧)。

电压调节电路221接收第二系统供电信号VD，具有第一电压的第二系统供电信号VD经过电压调节电路221的调节后输出可调电压信号VADJ，可调电压信号VADJ具有与所连接的MCU芯片40当前串口通信电平(本文中称为：MCU通信电平)相同的电压。在一个具体示例中，电压调节电路221包括稳压器和可调电阻单元，稳压器通过可调电阻单元接入不同阻值的电阻以输出可调电压信号，接入不同阻值的电阻则可以输出不同的输出电压，以对应不同的MCU通信电平。在一个示例中，可调电阻可受控于MCU芯片的通信电平。

双向电平转换电路222的输入侧接收具有第一电压的第二系统供电信号VD作为输入电源，并接收具有第一通信电平的第二串口数据信号DATA2作为输入数据；在双向电平转换电路222的输出侧，接收可调电压信号VADJ作为输入电源，在输出侧输出与第二串口数据信号DATA2数据对应并具有与可调电压信号VADJ电压相同的通信电平的第三串口数据信号DATA3。在一个示例中，可调电压信号VADJ的电压可以是3.3V，与第一电压(5V)不同，MCU芯片的通信电平也是3.3V。在一些其他的实施例中，可调电压信号VADJ的电压可以是1.8V、2.5V、5V等，从而可以根据所连接MCU芯片40的通信电平的不同来控制电压调节电路221输出的可调电压信号VADJ的电压与MCU通信电平相同，无论双向电平转换电路22从主机侧接收的第二串口数据信号DATA2具有何种通信电平，均可以经过双向电平转换电路222获得具有MCU通信电平的第三串口数据信号DATA3，从而实现与MCU芯片40的串口数据通信。

芯片接口223接收可调电压信号VADJ并将其转接至所连接的MCU芯片40，同时将具有MCU通信电平的第三串口数据信号DATA3转接至所连接的MCU芯片40。串口隔离模块20中设置的芯片接口223可以便于在测试芯片的时候便捷的将不同MCU芯片40连接到串口隔离模块20。

本申请实施例的串口隔离模块20，通过电压隔离电路211对来自主机侧的USB电源信号VIN1进行隔离后传输至MCU芯片侧，并且USB数据信号经过信号转换电路204的转换、信号隔离电路212的噪声隔离后输出至MCU芯片侧，实现主机侧与MCU芯片侧之间通信的电源信号、数据信号双隔离，并且通过电压调节电路221输出具有与MCU通信电平相同电压的可调电压信号VADJ，控制双向电平转换电路222将接收到的具有第一通信电平的串口数据信号转换为具有MCU通信电平的串口数据信号，实现对多种通信电平MCU芯片的通信支持。

请参看图2和图3，图2是本实用新型一种实施例的串口隔离模块的电路原理图的第一部分，图3是则是电路原理图的第二部分，图2和图3共同构成的串口隔离模块电路原理图是基于图1框图的方案细化，因此与图1相同功能模块采用了相似的标记。串口隔离模块包括USB接口501、供电电路502、供电指示电路503、信号转换电路504、数据传输指示电路505、电压隔离电路511、信号隔离电路512、电压调节电路521、双路电平转换电路522和芯片接口523。从USB接口501的电源引脚VCC获取的具有第一电压(5V)的USB电源信号VIN_5V可以提供给供电电路502、供电指示电路503、信号转换电路504、数据传输指示电路505、电压隔离电路511和信号隔离电路512。USB接口512输出的USB数据信号USB_D则具体包括一对差分数据USB D+和USB D-。

供电指示电路503包括串联的第十四电阻R14和第六二极管D6，其中第六二极管D6为发光二极管，第十四电阻R14和第六二极管D6串联在USB接口的电源引脚VCC与第一接地端VGND之间。当电路USB接口501连接到主机的USB接口正常取电的时候，第六二极管D6导通发光，以提示用户当前串口隔离模块50从USB接口成功获取到电源供给。

供电电路502包括串口供电芯片U9，串口供电芯片U9在一个具体示例中可以选取型号为SE8733X2-HF的芯片。串口供电芯片U9的输入引脚VIN连接到USB接口的电源引脚VCC以获得USB电源信号VIN_5V作为输入电源，其电源输出引脚VIN还通过并联的第二十二电容C22和第二十三电容C23接第一接地端VGND。串口供电芯片U9的输出引脚VOUT输出经转换后的具有第二电压(3V)的第一系统供电转换信号V_3V。输出引脚VOUT还经并联的第二十电容C20和第二十一电容C21接第一接地端VGND。信号转换电路504包括串口芯片U11，串口芯片U11在一个具体示例中可以选取型号为CH340B的芯片。串口芯片U11的电源引脚VCC连接至USB接口501的电源引脚VCC以获得USB电源信号VIN_5V作为输入电源，串口芯片U11的电源引脚VCC另外经第二十五电容C25接第一接地端VGND。另外供电电路202输出的第一系统供电转换信号V_3V连接串口芯片U11的内部电源引脚V3，内部电源引脚V3经第二十四电容C24接第一接地端VGND，此处第二十四电容C24作为退耦电容。串口芯片U11的USB数据引脚UD+和UD-用于接收或发送USB数据信号USB_D，USB数据信号USB_D包括差分数据USB D+和USBD-。以数据下行为例(主机->MCU芯片)，信号转换电路504将USB数据差分信号差分数据USBD+和USB D-转换为第一串口数据信号DATA1。第一串口数据信号DATA1携带有与USB数据信号USB_D对应的串口数据USB_txd，并具有与USB电源信号VIN_5V相同电平的第一通信电平，第一串口数据信号DATA1经串口数据发送引脚TXD提供给数据传输指示电路505。类似的，如果处于上行数据传输状态，串口数据接收引脚RXD可以从MCU芯片一侧接收串口数据。数据传输指示电路505包括两路并行的指示电路，其中一路包括串联的第十六电阻R16和第七二极管D7，第十六电阻R16和第七二极管D7连接在USB接口501的电源引脚VCC与串口数据发送引脚TXD之间，通过第七二极管D7的发光指示以提醒用户当前的数据传输状态为正在进行下行数据传输。另一路则包括串联的第二十一电阻R21和第八二极管D8，第二十一电阻R21和第八二极管D8连接在USB接口501的电源引脚VCC与串口数据接收端RXD之间，通过第八二极管D8的发光指示以提醒用户当前的数据传输状态为正在进行上行数据传输。

电压隔离电路511可以是DC-DC电源模块，用于将来自主机10侧也就是第一系统的USB电源信号隔离降噪，以降低共模干扰对MCU芯片一侧的影响，使得MCU芯片一侧的电路(包括MCU芯片40)能稳定工作。电压隔离电路511包括电压隔离芯片U8，在一个具体示例中，电压隔离芯片U8可以选取型号为B0505S-1W的5V-5V(DC-DC)电源芯片，电压隔离芯片U8的输入正引脚Vin连接至USB接口501的电源引脚VCC，接收第一系统供电信号VIN_5V，第一系统供电信号VIN_5V经USB接口接收，其来源于主机10且未经隔离，而经电压隔离芯片U8的输出正引脚Vo可以输出稳定的第二系统供电信号D_5V提供给信号隔离电路512、电压调节电路521和双向电平转换电路522。另外，电压隔离芯片U8的输入正引脚Vin经并联的第五二极管D5、第十六电容C16、第十七电容C17和第四极性电容CT4接第一接地端VGND。其中，第五二极管D5为反接的齐纳二极管。第四极性电容CT4的阳极接输入引脚Vin。电压隔离芯片U8的输入负引脚GND接第一接地端VGND。电压隔离芯片U8的输出正引脚Vo经第九电阻R9以及并联的第五极性电容CT5、第十八电容C18、第十九电容C19接第二接地端DGND。其中第五极性电容CT5的阳极接第九电阻R9，阴极接第二接地端DGND。电压隔离芯片U8的输出负引脚0V接第二接地端DGND。可以看出，电压隔离电路511输入侧的信号均属于第一系统范畴，包括第一系统供电信号VIN_5V和第一接地端VGND提供的接地信号；而电压隔离电路511输出侧的信号均属于第二系统范畴，包括第二系统供电信号D_5V和第二接地端DGND提供的接地信号，如此可以将第一系统与第二系统的电源信号进行隔离，使得其相互不干扰。

信号隔离电路512包括信号隔离芯片U12，信号隔离芯片U12在一个具体示例中可以选取型号为π121M31的芯片，在第一系统侧通过第一电源引脚VDD1接收第一系统供电信号VIN_5V作为输入电源，在第二系统侧通过第二电源引脚VDD2接收第二系统供电信号D_5V作为输入电源。第一电源引脚VDD1经第二十六电容C26接第一接地端VGND，第二电源引脚VDD2经第二十七电容C27接第二接地端DGND。信号隔离芯片U12位于第一系统侧的第一接地引脚GND1接第一接地端VGND，位于第二系统侧的第二接地引脚GND2接第二接地端DGND。信号隔离芯片U12位于第一系统侧的第一输入引脚VIA经第十七电阻R17连接至串口数据发送引脚TXD，以接收信号转换电路504输出的第一串口数据信号DATA1。第一串口数据信号DATA1经信号隔离芯片U12的隔离后经第二系统侧的第一输出引脚VOA输出对应的第二串口数据信号DATA2。第二串口数据信号DATA2具有与第二系统供电信号D_5V电压相同的通信电平，在本例中，第二串口数据信号DATA2具有与第一串口数据信号DATA1相同的通信电平，即5V的第一通信电平。第二串口数据信号DATA2所包含的信息仍然与第一串口数据信号DATA1所包含的信息一致，都是包含串口数据USB_txd，但在第二串口数据信号DATA2将第一串口数据信号DATA1中所包含的来自第一系统(也就是主机一侧)的噪声进行了隔离。另外，信号隔离芯片U12还包括位于第二系统侧的第二输入引脚VIB，用于从第二系统侧接收来自MCU芯片的串口数据，并经隔离后从第一系统侧的第二输出引脚VOB经第十九电阻R19输出到信号转换电路504。

电压调节电路521包括稳压器芯片U10和可调电阻单元550，稳压器芯片U10可以选取型号为AMS1117-ADJ的线性稳压芯片，稳压器芯片U10的输入引脚VIN接收第二系统供电信号D_5V，同时输入引脚VIN经第一极性电容CT1接第二接地端DGND，其中第一极性电容CT1的阳极连接至输入引脚VIN。可调电阻单元550包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和开关阵列SW2。其中，稳压器芯片U10的可调引脚ADJ经第一电阻R1接第二接地端DGND。第二电阻R2的一端连接稳压器芯片U10的输出引脚VOUT，另一端经开关阵列SW2连接至可调引脚ADJ与第一电阻R1之间。类似的，第三电阻R3的一端连接稳压器芯片U10的输出引脚VOUT，另一端经开关阵列SW2连接至可调引脚ADJ与第一电阻R1之间，第四电阻R4的一端连接稳压器芯片U10的输出引脚VOUT，另一端经开关阵列SW2连接至可调引脚ADJ与第一电阻R1之间，第五电阻R5的一端连接稳压器芯片U10的输出引脚VOUT，另一端经开关阵列SW2连接至可调引脚ADJ与第一电阻R1之间。开关阵列SW2包括多个开关，在本示例中包括四个开关，每个开关分别与第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5一一对应，即四个开关分别串接在第一电阻R1与第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4或第五电阻R5之间。第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5在本例中相当于构成了一个可选电阻阵列，当第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5对应的开关闭合，则相当于将可选电阻阵列中的对应电阻选择接入到输出引脚VOUT与可调引脚ADJ之间，使得所选择接入的可选电阻与第一电阻R1组成串联在输出引脚VOUT与第二接地端DGND之间的分压电路。由于输出引脚VOUT与可调引脚ADJ之间具有一参考压差VREF，比如VREF＝1.25V，输出引脚VOUT的可调电压信号D_VoltageADJ的电压大小可以根据以下公式(1)获得：

D_VoltageADJ＝VREF*(1+R₁/R₂)+Iadj*R₁ (1)

其中D_VoltageADJ表示可调电压信号D_VoltageADJ的电压大小，R₁表示下拉电阻的阻值，也就是第一电阻R1的阻值；R₂表示上拉电阻的阻值，也就可选电阻阵列中通过开关阵列SW2接入电路中的电阻的阻值；Iadj表示可调引脚ADJ到第二接地端DGND的电流，通常为数微安～数毫安。当第一电阻R1的阻值较小的情况下，公式(1)可以大约简化为公式(2)：

D_VoltageADJ≈VREF*(1+R₁/R₂) (2)

因此，通过选择接入的上拉电阻的阻值R₂不同，可以改变输出的电压D_VoltageADJ的大小。在一个示例中，第一电阻R1的阻值为124欧姆(Ω)，第二电阻R2的阻值为54.9欧姆，第三电阻R3的阻值为124欧姆，第四电阻R4的阻值为205欧姆，第五电阻R5的阻值为374欧姆。举例来说，当可选电阻阵列中只有第三电阻R3被接入作为上拉电阻时，输出引脚VOUT输出的电压D_VoltageADJ大小约等于1.25*(1+124/124)伏特，即2.5伏特(V)。类似的，当选择第二电阻R2作为上拉电阻的时候，D_VoltageADJ大小约为4伏特。另外，稳压器芯片U10的输出引脚VOUT还通过第二极性电容CT2接第二接地端DGND。

双向电平转换电路522包括电平转换芯片U13，电平转换芯片U13可以选取型号为RS0102YH8的芯片。电平转换芯片U13第一电源输入引脚VCCA连接至电压调节芯片U10的输出引脚VOUT以接收可调电压信号D_VoltageADJ，第二电源输出引脚VCCA则输入第二系统供电信号D_5V，电压调节芯片U10的第一数据接收引脚B1接收具有第一通信电平的第二串口数据信号DATA2，通过与第一数据接收引脚B1对应的第一数据输出引脚A1输出第三串口数据信号DATA3(TX)，第三串口数据信号DATA3与第二串口数据信号DATA2数据对应并具有与可调电压信号D_VoltageADJ的电压相同的通信电平，由于可调电压信号D_VoltageADJ的电压根据MCU芯片的串口通信电平调节匹配一致，所以第三串口数据信号DATA3具有与MCU芯片的串口通信电平一致的电平，而第三串口数据信号DATA3又是又USB数据信号转换而来，因此通过串口隔离模块50中包含的电路这一系列的信号转换，可以将来自主机的USB数据信号转换为MCU芯片可接收的并具有与MCU通信电平的串口数据，完成主机与MCU芯片之间的信息交互，且隔离了第一系统与第二系统之间的噪声。

在其他一些可变实施例中，可以对上述实施例进行一些变化，比如被接入作为上拉电阻的可选电阻数量不仅仅可以是第二电阻R2～第五电阻R5中的其中一个，也可以同时接入2个以上电阻，获得的效果是两个以上的电阻并联接入作为上拉电阻，则上拉电阻的阻值R₂等于两个以上可选电阻并联后等效的阻值，在此种情况下，可选电阻阵列中各个电阻的阻值可以根据需要设计，此处不再详细举例说明。可选电阻阵列中电阻的数量不限于实施例所选的4个，可以是2个、3个、5个以上等等，可选电阻阵列中的2个以上电阻通过开关阵列选择性的接入输出引脚与第一电阻之间，从而改变上拉电阻的阻值，进而影响输出电压发生变化。实施例中虽然以上拉电阻可变为例进行了说明，但也可以将下拉电阻设置为可变，比如将下拉电阻替换为可选电阻阵列，或者上拉电阻、下拉电阻可以同时可变。本申请不仅可以支持两种以上TTL通信电平，而且通过电阻值的各种组合变化，可以获得调节精度更高的可调电压，进而可以支持更为丰富的TTL通信电平，而不局限于2～3种通信电平。

还应当理解，前述实施例以数据下行为例进行了描述，然而串口隔离模块还支持数据上行，此处不再详细描述。

依据本实用新型实施例的串口隔离模块，其首先通过信号转换电路将从USB接口接收到的USB数据信号转换为第一串口数据信号，同时通过电压隔离模块将来自主机侧的第一系统供电信号进行电源噪声隔离后作为第二系统供电信号输出给信号隔离电路和电压调节电路，使得信号隔离电路在第二系统供电信号作为输入电源并将所接收的第一串口数据信号进行信号噪声隔离后作为第二串口数据信号输出，得到经电源和信号噪声隔离的串口数据，另外还通过电压调节电路输出可调电压信号，配合双向电平转换电路将第二串口数据信号转换为具有MCU芯片串口通信电平的第三串口数据信号，从而可以使得串口数据的电压与当前所连接的MCU芯片通信电平一致，实现数据的顺利传输，由于可调电压信号可以被调整为与多种MCU芯片通信电平一致，因此本申请的串口隔离模块除了做到隔离主机与MCU芯片之间通信的噪声之外，还可以支持主机与MCU芯片之间的多种TTL通信电平。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本文参照了各种示范实施例进行说明。然而，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本文范围的情况下，可以对示范性实施例做出改变和修正。例如，各种操作步骤以及用于执行操作步骤的组件，可以根据特定的应用或考虑与系统的操作相关联的任何数量的成本函数以不同的方式实现(例如一个或多个步骤可以被删除、修改或结合到其他步骤中)。

虽然在各种实施例中已经示出了本文的原理，但是许多特别适用于特定环境和操作要求的结构、布置、比例、元件、材料和部件的修改可以在不脱离本披露的原则和范围内使用。以上修改和其他改变或修正将被包含在本文的范围之内。

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，在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围应根据以下权利要求确定。

Claims

1.一种串口隔离模块，连接在主机与MCU芯片之间，其特征在于，包括：

USB接口，其连接至主机；

电压隔离电路，所述电压隔离电路连接至所述USB接口并获取第一系统供电信号，所述第一系统供电信号具有第一电压，所述电压隔离电路输出第二系统供电信号；

信号转换电路，所述信号转换电路连接至所述USB接口并获取USB数据信号，以及将所述USB数据信号转换为第一串口数据信号并输出；

信号隔离电路，所述信号隔离电路连接至所述信号转换电路并接收所述第一串口数据信号，所述信号隔离电路还连接至所述电压隔离电路以接收所述第二系统供电信号，所述第一串口数据信号经所述信号隔离电路隔离后输出对应的第二串口数据信号，所述第二串口数据信号具有与所述第二系统供电信号相同的电压；

电压调节电路，包括稳压器和可调电阻单元，所述稳压器接收所述第二系统供电信号，所述可调电阻单元连接至所述稳压器的输出端，所述稳压器的输出端根据可调电阻单元输出可调电压信号，所述可调电压信号的电压与所述MCU芯片的串口通信电平相同；以及

双向电平转换电路，连接至所述信号隔离电路和所述电压调节电路，所述双向电平转换电路接收所述第二串口数据信号和所述可调电压信号，并输出与所述第二串口数据信号对应的第三串口数据信号，所述第三串口数据信号具有与所述可调电压信号相同的电压。

2.如权利要求1所述的串口隔离模块，其特征在于，所述第一系统供电信号由所述USB接口的电源引脚提供。

3.如权利要求2所述的串口隔离模块，其特征在于，所述信号转换电路接收所述第一系统供电信号作为输入电源之一。

4.如权利要求3所述的串口隔离模块，其特征在于，所述串口隔离模块进一步包括供电电路，所述供电电路连接至所述USB接口，并将所述第一系统供电信号转换为第一系统供电转换信号，所述第一系统供电转换信号具有不同于第一电压的第二电压，所述信号转换电路接收所述第一系统供电转换信号作为输入电源之一。

5.如权利要求1所述的串口隔离模块，其特征在于，所述第二系统供电信号的电压与所述第一系统供电信号的电压相同。

6.如权利要求1所述的串口隔离模块，其特征在于，所述信号隔离电路进一步连接至所述USB接口并接收所述第一系统供电信号。

7.如权利要求1所述的串口隔离模块，其特征在于，所述稳压器包括输入引脚、输出引脚和可调引脚，所述可调电阻单元包括第一电阻、可选电阻阵列和开关阵列，所述输入引脚接收所述第二系统供电信号，所述可调引脚经所述第一电阻连接到接地端，所述可选电阻阵列包括至少两个电阻，所述可选电阻阵列通过所述开关阵列选择性的接入所述输出引脚与所述第一电阻之间。

8.如权利要求7所述的串口隔离模块，其特征在于，所述可选电阻阵列包括4个不同阻值的电阻。

9.如权利要求8所述的串口隔离模块，其特征在于，所述可选电阻阵列中的其中一个电阻的阻值与第一电阻的阻值相同。

10.如权利要求8所述的串口隔离模块，其特征在于，4个不同阻值的电阻分别为54.9欧姆、124欧姆、205欧姆和374欧姆，所述第一电阻的阻值为124欧姆。

11.如权利要求1所述的串口隔离模块，其特征在于，所述双向电平转换电路进一步连接至所述电压隔离电路并接收所述第二系统供电信号。

12.如权利要求1所述的串口隔离模块，其特征在于，所述串口隔离模块进一步包括供电指示电路，所述供电指示电路包括发光二极管，所述供电指示电路连接至所述USB接口并接收所述第一系统供电信号。

13.如权利要求1所述的串口隔离模块，其特征在于，所述串口隔离模块进一步包括数据传输指示电路，所述数据传输指示电路连接至所述信号转换电路并接收所述第一串口数据信号，所述数据传输指示电路包括发光二极管。

14.如权利要求1所述的串口隔离模块，其特征在于，所述串口隔离模块进一步包括芯片接口，所述芯片接口用于连接所述双向电平转换电路和所述MCU芯片，并将所述第三串口数据信号传输到所述MCU芯片。