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合理使用数据电缆

　　随着移动通信需求的增长,用数据电缆连接移动电话和其它移动产品将日趋普及。高数据速率移动电话标准,如GPRS、WCDMA以及UMTS的出台要求数据电缆实现更高级功能，以及下一代智能电话内含的Internet连通性。遗憾的是,数据电缆还存在很多不尽人意的问题。例如,某些电缆只能传输TTL信号,然而当前数据电缆最常用的接口标准是RS-232。

对移动电话与其它经济型消费类设备而言,当实际需要扩大数据量的用户不足10%时,每个基本设备花约2美元来增添数据能力(内部收发器)在经济上意义不大。因此,首要的任务是确定哪一类电平变换技术能满足现有系统的要求,即应支持哪一类通信。

在多种应用中,由于商用E-mail和Web冲浪软件已实用化,电话多用作PC的调制解调器。实现全调制解调器DEC(数据电路终端设备)接口需5个驱动器和3个接收器。

数据电缆的两个连接头都易受ESD(静电放电)的冲击,因此,在逻辑与RS-232侧都要另加元件进行ESD保护。为了适应移动电话ASIC低电压的要求,电路还要增加电平变换功能。全调制解调器接口要求在电话底座上安装10针连接器,这个要求有点过份,是一种昂贵的选择。

另一种较经济的可选方案是实现硬件信息号交换链接,移动电话数据电缆中仅对RX、TX、CTS、RTS信号进行电平变换。这个方案在PC侧要提供软件驱动器-更新通讯录的专用电话同步软件,或将全部8个标准RS-232信号变换为2/2格式的软件桥接器。对定制的电缆,该方案是可以接受的,也比较便宜。

多数数据集中电缆(因IC与其它元件在电缆中可见而得名)由便携式产品供电。某些老式便携式产品用4节NiMH或NiCd电池,而且前最常见的是用一节LiIon电池。该电池在充满电时为4.2V,放完电后为2.4V。

一个带外露连接器的电话放在口袋里时,存在被硬币或其它物体短路的危险。为了预防这类事故的发生,电话采用限流线性稳压器或可重复设置的开关保险丝,它在大电流下自动断开;当电流恢复到正常值时又能重新闭合。上述情况中的电池电压可为2.4V～4.2v范围的任何值。

RS-232规范要求RS-232发送器在3kΩ负载上维持±5V电压。然而多数发送器只能保证电源输出电平不低于3.0V。发送器输出是由内部电荷泵倍压器驱动的,电荷泵的输出阻抗高,势必形成一个“压降”。因此,对小于3V的输入,芯片难以在3kΩ上维持±5.0V电压。

另一方面,RS-232接收器的阈值电压为高电平2.4V、低电平0.6 V。由于RS-232最初打算用作能驱动100英尺的远距离标准,这样就有2.6V的差值(5.0V供电电压减2.4V接收门限)而数据电缆的传输距离不会超过5英尺或6英尺。因此面临的问题是数据集中器必须严格遵循RS-232(满足规范中每个字的要求),还是仅仅与RS-232兼容(只在数据电缆环境下工作)。

为了满足±5.0V发送电压的RS-232规范,使用的收发器只有在3.0V～5.5V电源电压下才能保证正常工作。然而电荷泵工作电压一般以2.0V开始,远远低于要求值。这一条件稍稍降低了发送器电压,当然±4V输入电压仍能满足2.4V接收器阈值的要求。

如果在电源电压小于3.0V下，还要求RS-232规范电平,那末基于升压结构的RS-232收发器是最经济实用的解决方案。这些收发器工作时应配置一个外部二极管，一个电容和一个小型廉价的表面贴装片状电感,这种电路通常在输入电压低至1.8V时还能产生遵循RS-232的电平。

当输入至RS-232的电压降低时,收发器必然力图从电池处获取更多的电流来维持接收负载上的±5V输出电压。如果在数据电缆应用中不提供去耦措施,流过电缆分布电感与电阻的电流在Vcc处产生一个本地振铃电流,形成的振铃效应能形成高达80mA的电流尖峰。

振铃会产生不希望有的发射。为了尽量减少它的影响,必须提供良好的本地去耦,并在数据集中器处增加一段短电缆。还要考虑采用屏蔽电缆,因为信号总是要接地的。

降低移动电话的芯核电源电压(降至2.5V,甚至可能1.8V)势必在移动电话与数据集中器间出现兼容性的问题。MAX3386内置用于此目的的逻辑电平输入引脚。对3V逻辑,典型RS-232收发器的最佳VIH电平为2.0V。这个问题通常用置于电话或数据集中器中的分立逻辑电平变换器解决。若变换器的VL引脚处外加一个电压,那末它的内部阈值电平达到该电压1/3和2/3值(分别对应于VIL和VIH)。

在电池供电的系统中,电池寿命是关注的重点。除了1mA的额定静态电流,RS-232收发器的每个发送器也要消耗电流,在5kΩ负载上一般为5.5V,即1mA静态电流。当反射回输入电源处,该电流还要翻一番(假设VIN远大于3V,且电荷泵是理想的)。更糟的是，一个完整的调制解调器接口在发送任何数据前要消耗大于12mA的静态电流。

在无数据发送时,应将收发器关闭来节省电池功率。一个方案是在电话处增设一条专用线,然而电话连接器另加一个引脚又增加额外的成本。另一种方案是采用Auto shutdown＋收发器。该器件监测发送器与接收器的每个输入来确定其正确的工作方式。要是IC在30秒内未检测到任何输入状态变化,它将关闭内部电荷泵与驱动器,将电源电流降压至1mA。此后,TTL或RS-232侧的任何瞬变都将使器件重新通电,返回到正常工作方式。

数据集中器上的TTL或RS-232侧的ESD(静电放电)会损坏数据电缆。在EEC内,数据电缆应经得住三种测试中规定的ESD标称电压。器件的输入与输出更需另加保护来满足这些严格的要求:

±15KV,人体模型

±8KV,IEC1000-4-2,接触放电法

±15KV,IEC1000-4-2,空气隙放电法

ESD保护采用Transorbs、火花隙或电阻、电容与电感的组合,安装在板的外部。由于所有输入与输出的16条modem接口线都要保护,成本较高，不少制造商现在提供RS-232侧的内部ESD保护,有助于节省空间并降低成本。某些新型器件还可提供TTL侧的ESD保护。

板上ESD保护结构利用ESD高压短路接地的工作原理,在高压过后器件再返回到正常工作方式。经过ESD事件,某些器件要求电源执行一个通/断/通的循环来消除闩锁,然后恢复正常工作。由于故障电流是流向接地端的,接地连接应尽可能地短;由于接地回路在逻辑电路一侧,因而电缆长度也应尽可能地短。集中器内良好的本地去耦在发生ESD高压时能起到本地电源的作用。

Palm PDA在数据电缆中有新的特性-器件与PC的“热同步”能力。当器件安装在机器中后,热同步自动地更新器件与PC间的信息。器件通过RS-232连接器的振铃指示信号产生一个中断,在器件连接完毕时告知PC机的软件。该方法的软件工作量较不断查询RS-232口少,当然它需要一个额外的发送输出。

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