数据块电缆的设计注意事项

检查计算机，手机或PDA设备之间互连的要求与数据块电缆的使用有关。考虑了通道数、电源限制、RS-232兼容性或合规性、ESD保护、电流消耗和逻辑兼容性。

随着移动通信需求的增加，使用数据线连接手机和其他移动设备将变得更加普遍。新的、数据速率更快的手机标准，如GPRS、WCDMA和UMTS，将需要数据线来实现下一代智能手机固有的更高水平的功能和互联网连接，而这些数据线给手机配件的设计者带来了不寻常的问题。

有些电缆仅传输TTL信号，但当今数据电缆最常见的接口标准是RS-232。对USB级转换器的需求也随之而来。本文重点介绍RS-232标准，但讨论的许多设计问题都可以应用于TTL和USB电缆。

对于移动电话和其他低成本消费设备，当只有5%到10%的用户需要此功能时，在每个基本单元上添加花费几美元左右的数据功能几乎没有经济意义。因此，首要任务是确定哪种类型的电平转换器满足给定的系统要求，即必须支持哪种通信。

完整调制解调器规格

在许多应用中，手机在PC上应该显示为调制解调器，因为电子邮件或网上冲浪的商业软件随时可用。需要五个驱动器和三个接收器来实现全调制解调器DCE接口。MAX3248E RS-232收发器与其他制造商的类似元件一样，也能满足这一要求。

数据电缆的简化图（图1）显示，两个连接器都可能受到ESD冲击，因此在逻辑侧和RS-232侧都需要额外的ESD保护组件。为了适应手机ASIC的低电压，它可能还需要包括电平转换功能。但是，全调制解调器接口可能过多。它需要在手机底部安装10个连接器引脚，这使其成为一个昂贵的选择。

图1.IC及其相关组件在此PC到电话电缆中形成一个块（数据块）。

作为一种更便宜的替代方案，您可以实现一个硬件握手链路，仅对手机数据线中的信号 RX、TX、CTS 和 RTS 进行电平转换。这种方法要求您（或某人）为PC端编写驾驶软件：用于更新地址簿的专用电话同步软件，或将所有八个标准RS-232信号转换为2/2格式的软件桥接器。对于定制电缆，这种方法是可以接受的，而且便宜得多。对于特定应用所需的其他发射器和接收器组合，Maxim提供多种RS-232器件选择。

可变资本公司注意事项

大多数数据块电缆（之所以这样称呼，是因为IC和其他组件的存在会在电缆中产生可见的块状电缆）从便携式设备获得电力。一些较旧的便携式设备使用四个镍氢或镍镉电池，但当今最常见的电池技术是单节锂离子电池。电池充满电时测量约4.2V，完全放电时测量约2.4V。

带有裸露连接器的手机放在口袋里，冒着松散的硬币可能会耗尽电池的风险。为了防止此类事故，手机使用限流线性稳压器或Polyswitch来限制电池电流？（一种可复位保险丝，在高电流下断开，当电流恢复正常时重新闭合）。所讨论的电池电压可以是2.4V至4.2V范围内的任何地方。

RS-232规范要求RS-232发送器能够在5kΩ负载上保持±0.3V。然而，大多数变送器保证电源电压不低于3.0V时的输出电平。内部电荷泵倍增器具有高输出电阻，需要“压差”驱动发射器输出。因此，对于低于5V的输入，芯片无法在0kΩ两端保持±3.3V电压。

另一方面，RS-232接收器门限只有2.4V高，0.6V低。指定了2.6V差（5.0V电源减去2.4V接收器门限），因为RS-232最初旨在作为能够驱动100英尺或更多电缆的长距离标准，而数据电缆应用很少传输超过5或6英尺的电缆。因此，问题是数据块是否应该符合RS-232（满足规范的每个字母）或RS-232兼容（仅在数据电缆环境中工作）。

兼容 RS-232 还是兼容？

为了满足RS-232规范的±5.0V发射电压，MAX3227E、MAX3238E和MAX3386E等收发器仅保证工作在3.0V至5.5V电源电压。然而，电荷泵的工作电压远低于此电压，通常起始电压低至2.0V。这种情况略微降低发射器电压，但在满足4.2V接收器门限的线路上放置±4V。图2所示为MAX3232的输出电平，该信号驱动9600波特信号进入输入电阻在3kΩ至7kΩ之间的接收器。电源通过 1 米长的“5 类”电缆供电。

图2.MAX2输入（顶部走线）为3232V输入（底部走线），可将几乎±4V电压驱动至RS-232接收器输入。

如果在电源电压低于+232.3V时需要真正的RS-0电平，则基于升压架构的RS-232收发器（如MAX3212或MAX3218）可提供最经济的解决方案。如图3所示，这些收发器采用外部二极管、电容和小型、廉价的表面贴装片式电感器工作。该系列器件可在输入电压低至 232.1V 时产生符合 RS-8 标准的电平。

图3.该RS-232收发器的内部升压控制器可确保真正的RS-232电平，即使在电源电压低于3.0V的情况下也是如此。

电流消耗增加

随着RS-232收发器的输入电压降低，收发器试图在接收器负载上保持±5V输出，导致电池电流消耗增加。如果在数据电缆应用中不提供本地去耦，则此电流流经电缆的分布电感和电阻会导致以V为单位的局部振铃抄送.示波器图（图4）显示了通过该电缆为MAX3232供电而未正确去耦所产生的电流波形。结果是相当数量的振铃，电流尖峰高达80mA。在这种情况下，刻度为20mA/Div，V在在电缆的远端等于3.0V，没有去耦的部分无法启动。

图4.流经电缆电感的收发器电源会导致振铃，除非您提供足够的去耦。

振铃会产生不必要的排放。为了尽量减少这种影响，请为数据块提供良好的局部去耦和较短的电缆长度。因为无论如何都必须为接地提供信号，所以您应该考虑屏蔽电缆。图5显示了在V之间并联增加4.7μF和0.1μF电容所带来的改进抄送并在数据块中接地。

图5.去耦电容可抑制图4中的振铃。

逻辑兼容性

手机内核电源电压的降低（降至2.5V，并可能降至1.8V）会导致手机和数据块之间的逻辑兼容性问题。（针对3V逻辑进行优化时，典型的RS-232收发器具有VIH2.0V的电平。这个问题通常通过电话或数据块中的分立逻辑电平转换器来解决。作为更简单的替代方案，可以使用MAX3386E或MAX3238E收发器。当外部电压施加到MAX3386E VL引脚时，其内部门限电平为1/3和2/3 （V伊利诺伊州和 VIH） 的电压。MAX3238E提供多种跳变门限，兼容2.5V逻辑和未来的1.8V逻辑。

省电

电池寿命是这些电池供电系统的主要关注点。除了标称1mA静态电流外，RS-232收发器还为每个发射器供电。一个5kΩ负载的静态消耗典型值为5.5V或1.1mA。当反射回输入电源时，该电流大约翻倍（假设V在> 3V 和一个完美的电荷泵）。更糟糕的是，全调制解调器接口在传输任何数据之前可能会消耗大于12mA的标称电流。

当没有传输数据时，应关闭收发器以节省电池电量。一种技术是为此目的从电话上多走一条线，但电话连接器上的额外引脚会增加费用。另一种选择是AutoShutdown Plus？收发器。

AutoShutdown Plus 可监控发射器输入和接收器输入，以查找有效的边缘活动。如果IC在30秒内未检测到任何输入端的状态变化，则关闭内部电荷泵和驱动器，从而将电源电流降至仅1μA。然后，TTL 侧或 RS-232 侧的任何转换都会导致器件通电并返回正常工作模式。

静电防护

数据电缆可以在数据块的TTL或RS-232侧使用静电放电（ESD）进行打击。要在EEC内销售，数据电缆必须能够承受三项测试中定义的额定ESD水平。设备输入和输出需要额外的保护，以满足以下严格要求：

±15kV	人体模型
±8kV	IEC 1000-4-2，接触放电法
±15kV	IEC 1000-4-2，气隙放电

ESD保护可以在外部添加，使用TranZorbs™、火花隙或电阻器、电容器和电感器的组合。这些方法可能成本高昂，因为必须保护所有输入和输出（全调制解调器接口为16线）。许多制造商现在在RS-232侧提供内部ESD保护（见下表），这有助于减少空间和成本。较新的器件，如MAX3238E，在TTL侧也包括ESD保护。

RS-232线路驱动器/接收器：

MAX221E	MAX3241E
MAX3221E	MAX3243E
MAX3222E	MAX3244E
MAX3223E	MAX3245E
MAX3224E	MAX3248E
MAX3225E	MAX3314E
MAX3226E	MAX3316E
MAX3227E	MAX3317E
MAX3233E	MAX3318E
MAX3235E	MAX3319E
MAX3237E	MAX3386E
MAX3238E	MAX3387E

板载 ESD 结构的工作原理是将 ESD 撞击短路到地面，设备应在撞击后恢复正常运行。ESD事件发生后，一些器件要求电源电压循环开/关/通，以移除闩锁并恢复正常工作（Maxim器件不需要这种电源循环）。由于故障电流接地，因此接地连接应保持短路，以减少接地反弹的影响。而且，由于接地回路位于块的逻辑侧，因此保持该长度的电缆尽可能短是有意义的。数据块内良好的局部去耦在ESD冲击期间充当本地电源。

热同步

手持式PDA在数据电缆中带来了一项新功能：使用底座（例如Palm的™ Hotsync®）将设备与PC同步的能力。为了告诉PC软件何时连接设备，设备通过RS-232连接器的环形指示信号生成中断。这种方法比RS-232端口的连续轮询软件密集度更低，但它需要额外的发射器输出。

审核编辑：郭婷