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ADM3307E/ADM3310E/ADM3311E/ADM3312E/ADM3315E是15 kV ESD保护,2.7 V至3.6 V串联 绿色空闲端口收发器™

日期:2020-10-20标签: (来源:互联网)

特征

绿色空闲省电模式

单个2.7V至3.6V电源

使用3V逻辑操作

0.1μF至1μF电荷泵电容器

低电磁干扰

低功率关机:20 nA

完全符合RS-232

460 kb/s数据速率

一个接收器处于关闭状态(ADM3307E/ADM3311E/ADM3312E/ADM3315E

两个接收器处于关闭状态(ADM3310E

ESD-232-2操作系统>1000 kV

CMOS和RS-232 I/O上的ESD>15 kV IEC 1000-4-2ADM3307E

适合汽车应用

应用

手机/数据线

笔记本电脑和笔记本电脑

打印机

外围设备

调制解调器

PDA/手持设备/掌上电脑

功能框图

一般说明

ADM33xxE系列驱动器/接收器产品的设计完全符合EIA-232标准,同时使用单个2.7 V至3.6 V电源。该设备具有车载电荷泵dc-dc转换器,无需双电源。这个dc-dc转换器包含一个电压三倍器和一个电压逆变器,它从输入3v电源内部产生正、负电源。dcto-dc转换器在绿色空闲模式下工作,电荷泵振荡器被选通和关闭,以在不同负载条件下将输出电压保持在±7.25v。这将最大限度地降低功耗,使这些产品成为电池供电的便携式设备的理想选择。

ADM3312EADM3315ADM331E-ic/" title="ADM3315ADM3315ADM331E">ADM3315ADM3315ADM331E适用于恶劣环境下的ADM3315ADM331EADM3307E包含ESD所有I/O线路(CMOS、RS-232、EN和SD)的保护高达±15 kV。

还提供了一个关闭设施,可将功耗降低到66牛米。关闭时,一个接收器保持活动状态(两个接收器在ADM3310E中处于活动状态),从而允许监视外围设备。此功能允许关闭设备,直到外围设备开始通信。

活动接收器可以向处理器发出警报,然后处理器可以使ADM33xxE设备退出关闭模式。

ADM3307E包含五个驱动程序和三个接收器,用于移动电话数据块电缆和便携式计算应用程序。

ADM3311E包含三个驱动程序和五个接收器,用于笔记本电脑/笔记本电脑上的串行端口应用程序。

ADM331E的两个ADM331E的当前关闭模式也允许两个ADM331E处于活动状态。

ADM3312E包含三个驱动程序和三个接收器,适用于串行端口应用程序、PDA、移动电话数据块电缆和其他手持设备。

ADM的331E型驱动器的输入电阻为331E,降低了ADMe的输入电阻。它的主要应用是PDA、掌上电脑和移动电话数据包电缆。

ADM33xxE器件采用CMOS技术制造,功耗最小。所有部件都具有高水平的过压保护和闩锁抗扰度。

所有ADM33xxE设备均提供32引线5 mm×5 mmLFCSP WQ和TSSOP(28导联TSSOP中的ADM3307EADM3310EADM3311E;24导联TSSOP中的ADM3312EADM3315E)。ADM3311E也有28线的SSOP。

ADM33xxE设备是加固型RS-232线路驱动器/接收器,可从2.7 V至3.6 V的单一电源供电。升压转换器与电平转换变送器和接收器相结合,允许在单电源操作时开发RS-232电平。特点包括低功耗,绿色闲置运行,高传输速率,以及与欧盟电磁兼容指令兼容。本电磁兼容指令包括对辐射和传导干扰的防护,包括高水平的静电放电。

所有RS-232(以及适用于ADM3307E的CMOS、SD和EN)输入和输出均受到静电放电保护(高达±15 kV)。这确保符合IEC 1000-4-2要求。

这些设备非常适合在电气恶劣的环境中或RS-232电缆经常被插拔的环境中工作。他们也免疫高射频场强,无需特殊防护措施。

排放量也被控制在非常严格的范围内。CMOS技术被用来保持功耗在绝对最小,允许最大的电池寿命在便携式应用。

典型性能特性

电路描述

内部电路主要由四部分组成。其中包括以下内容:

•电荷泵电压转换器

•EIA-232变送器的3.3 V逻辑

•EIA-232至3.3 V逻辑接收器

•所有I/O线路上的瞬态保护电路

电荷泵直流-直流电压转换器

电荷泵电压转换器由250 kHz(ADM3307E为300 kHz)振荡器和开关矩阵组成。转换器从输入3.0 V电平产生±9 V电源。这是通过开关电容技术分两个阶段完成的。首先,使用电容器C4作为电荷存储元件,将3.0V输入电源增加三倍至9.0V。然后,使用C5作为存储元件,将+9.0 V电平反转为产生−9.0 V。

但是,需要注意的是,与其他电荷泵dcto dc转换器不同,ADM3307E上的电荷泵不开环运行。输出电压通过绿色空闲电路调节至±7.25 V(对于ADM3310EADM3315E为±6.5 V),实际上从未达到±9 V。这样既节省了电力,又保持了更恒定的输出电压。

三联器分两个阶段工作。在振荡器低相时,S1和S2闭合,C1向VCC快速充电。S3、S4和S5打开,S6和S7关闭。

在振荡器高相时,S1和S2断开,S3和S4闭合,因此S3的输出电压为2VCC。此电压用于给C2充电。在没有任何放电电流的情况下,C2在几个循环后充电至2VCC。在振荡器高相期间,如前所述,S6和S7闭合,因此S6的输出电压为3VCC。该电压随后用于给C3充电。电压如图25所示。

在振荡器高相期间,S10和S11打开,而S8和S9关闭。在几个周期内,C3从电压三倍频器的输出端充电到3VCC。在振荡器低相期间,S8和S9打开,而S10和S11关闭。C3跨C5连接,其正极端子接地,负极端子为V输出。在几个循环中,C5充电至−3 VCC。

如果电流要求较小,V+和V-电源也可用于为外部电路供电。参见典型性能特征部分的图12。

什么是绿色闲置?

绿色空闲是一种在空闲(无传输)条件下最小化功耗的方法,同时仍然保持数据的即时传输能力。

它是如何工作的?

RS-232线路驱动器中使用的电荷泵型dc-dc转换器通常是开环工作的,即输出电压不受任何方式的调节。在轻负载条件下,倍频器的输出电压接近电源电压的两倍,三倍频器的输出电压是电源电压的三倍,纹波非常小。随着输出电压的降低,纹波增加。

即使在空载条件下,振荡器和电荷泵也以非常高的频率工作,从而导致开关损耗和电流损耗。

绿色怠速通过监测输出电压并将其保持在7v(1)左右的恒定值来工作。当电压上升到7.25 V(2)以上时,振荡器关闭。当电压降到7 V1以下时,振荡器打开,并向储液罐电容器发送一个充电脉冲。在零负载的情况下,光泵的平均功耗几乎被关断了。

(1)、 对于ADM3310EADM3315E,更换为6.5 V。

(2)、 对于ADM3310EADM3315E,更换为6.25 V。

绿色空闲电路的框图如图26所示。对V+和V-进行监控,并将其与源于片上带隙器件的参考电压进行比较。如果V+或V-低于7 V(1),振荡器将启动,直到电压升至7.25 V(2)以上。

图27所示为各种负载条件下V+的绿色怠速操作。在轻载条件下,C1保持在充电状态,只需要一个振荡器脉冲就可以给C2充电。在这种情况下,V+实际上可能会稍微超过7.25v(2)。

在中等负载条件下,C2充电至7.25 V(2)可能需要几个循环。振荡器的平均频率更高,因为每个脉冲群中有更多的脉冲,脉冲群之间距离更近,频率更高。

在高负载条件下,如果电荷泵输出不能达到7.25 V(2),则振荡器将持续打开。

绿色怠速与停机

关机模式通过完全关闭电荷泵来最小化功耗。在这种模式下,电压三倍器中的开关配置为V+直接连接到VCC。V−为零,因为没有充油泵操作来充注C5。这意味着在V+和V-达到其正常工作电压之前,退出停机模式时会有一个延迟。绿色空闲在变送器空闲状态下保持变送器电源电压,因此不会发生这种延迟。

绿色闲置不会增加电源电压纹波吗?

开环工作的电荷泵输出电压的纹波取决于三个因素:振荡器频率、储能器电容值和负载电流。储液罐电容器的值是固定的。增加振荡器频率降低纹波电压;降低振荡器频率增加纹波电压。增加负载电流会增加纹波电压,而降低负载电流则会降低纹波电压。轻负载下的纹波电压自然低于高负载电流下的纹波电压。

使用绿怠速时,纹波电压由绿怠速电路的高低阈值决定。这些电压通常为7V(1)和7.25V(2),因此在大多数负载条件下,纹波为250 mV。在非常轻的负载条件下,可能会有一些超过7.25V(2)的超调,所以纹波会稍大一些。在高负载条件下,输出永远达不到7.25V(2),绿色闲置电路不工作,纹波电压由负载电流决定,与普通电荷泵中的情况相同。

电磁兼容性呢?

绿色怠速不能在恒定振荡器频率下工作。因此,振荡器信号的频率和频谱随负载而变化。任何辐射和传导发射也会相应变化。与其他模拟设备RS-232收发器产品一样,ADM33xxE设备具有转换速率限制和其他技术,以尽量减少辐射和传导发射。

(1)、对于ADM3310EADM3315E,替换为6.5 V。

(2)、对于ADM3310EADM3315E,更换为6.25 V。

发射机(驱动器)部分

驱动器将3.3V逻辑输入电平转换为EIA-232输出电平。当Vcc=3.0 V并驱动EIA-232负载时,输出电压摆幅通常为±6.4 V(或ADM3310EADM3315E为±5.5 V)。

未使用的输入可以保持不连接,因为内部的400kV上拉电阻将它们拉高,迫使输出进入低状态。当接地时,输入上拉电阻器的电源通常为8毫安,因此未使用的输入应连接到V或保持断开,以便将功耗降至最低。

接收段

接收器是反转电平移位器,接受RS-232输入电平并将其转换为3.3v逻辑输出电平。输入端有5 kΩ的内部下拉电阻器(ADM3310E为22 kΩ)接地,并可防止高达±30 V的过电压。未连接的输入端由内部5 kΩ(或ADM3315E为22 kΩ)下拉电阻器拉至0 V。因此,对于未连接的输入或连接到GND的输入,这将导致逻辑1输出电平。

接收机具有施密特触发输入,滞后电平为0.14V。这确保了噪声输入和慢转换时间输入的无误接收。

启用和关闭

使能功能旨在促进数据总线连接,其中需要三个状态的接收器输出。在禁用模式下,所有接收器输出都处于高阻抗状态。关机功能旨在关闭设备,从而使静态电流最小化。在停机状态下,所有变送器被禁用。关闭所有接收器,接收器R3(ADM3307EADM3312EADM3315E)、接收器R5(ADM3311E)以及接收器R4和接收器R5(ADM3310E)除外。注意,禁用的变送器在关机状态下不是三个状态,因此不允许将多个(RS-232)驱动器输出连接在一起。

关机功能在电池供电的系统中非常有用,因为它将功耗降低到66牛米。停机期间,充油泵也将停用。退出停堆后,电荷泵重新启动,大约需要100μs才能达到其稳态运行条件。

高波特率

ADM33xxE具有高转换速率,允许数据传输速率远远超过EIA/RS-232E规范。在最坏的负载条件下,RS-232电压水平保持在高达230 kbps(ADM3307E为460 kbps)的数据速率下。这允许两个终端之间的高速数据链路。

布局和供应解耦

由于ADM33xxE振荡器的工作频率很高,应特别注意印刷电路板的布局,所有的记录道都应尽可能短,C1到C3应尽可能靠近设备连接。强烈建议在设备下方和周围使用接地层。

当振荡器在绿色空闲操作期间启动时,VCC会产生大电流脉冲。因此,VCC应采用10μF钽和0.1μF陶瓷电容器的并联组合进行解耦,并尽可能靠近VCC引脚安装。

电容器C1到电容器C3的值在0.1μF和1μF之间。值越大,纹波越小。这些电容器可以是选择用于低等效串联电阻(ESR)的电解电容器,也可以是非极性电容器,但强烈建议使用陶瓷类型。如果使用极化电解电容器,必须观察极性(如C1+所示)。

ESD/EFT瞬态保护方案

ADM33xxE在所有输入和输出上使用保护性箝位结构,将电压钳制到安全水平,并耗散ESD(静电)和EFT(电快速瞬变)放电中的能量。保护结构的简化示意图如图30和图31所示(ADM3307E保护结构见图32和图33)。

每个输入和输出包含两个背靠背的高速钳位二极管。在RS-232信号电平最高的正常工作期间,二极管没有任何影响,因为根据信号的极性,一个或另一个是反向偏置的。但是,如果电压超过约±50 V,则会发生反向击穿,并且电压被钳制在该水平上。二极管是大p-n结,用来处理超过几安培的瞬时电流浪涌。

发射机输出和接收机输入具有类似的保护结构。接收器输入还可以通过内部5 kΩ(对于ADM3310E为22 kΩ)电阻器和保护二极管,耗散部分能量。

ADM3307E保护方案略有不同(见图32和图33)。接收机输入、发射机输入和发射机输出包含两个背靠背的高速钳位二极管。接收器输出(CMOS输出),SD和EN引脚,包含一个反向偏置高速箝位二极管。在最大CMOS信号电平的正常工作下,接收机输出、SD和EN保护二极管没有影响,因为它们是反向偏置的。但是,如果电压超过约15伏,则会发生反向击穿,电压会被钳制在这个水平上。如果电压达到−0.7 V,则二极管正向偏压,电压固定在该水平。接收器输入还可以通过内部5 kΩ电阻器和保护二极管耗散部分能量。

保护结构在所有RS-232 I/O线路(以及所有CMOS线路,包括ADM3307E的SD和EN)上实现高达±15 kV的ESD保护。有关测试保护方案的方法,请参阅ESD测试(IEC 1000-4-2)一节。

ESD试验(IEC 1000-4-2

IEC 1000-4-2(以前的801-2)规定了使用接触放电和气隙放电两种耦合方法进行的符合性测试。接触放电需要直接连接到被测单元。气隙放电使用更高的测试电压,但不与被测单元直接接触。在空气放电的情况下,放电枪朝被测单元移动,在气隙上形成一个电弧,因此称为空气放电。这种方法受湿度、温度、大气压、距离和放电枪关闭速度的影响。接触放电法虽然不太现实,但重复性更高,比气隙法更容易被接受。

虽然ESD脉冲中包含的能量非常少,但极高的上升时间加上高电压会导致无保护半导体发生故障。电弧或加热会立即导致灾难性破坏。即使灾难性故障不会立即发生,设备也会出现参数退化,从而导致性能下降。持续暴露的累积效应最终会导致完全失效。

I/O线路特别容易受到ESD损坏。简单地触摸或插入I/O电缆会导致静电放电,从而损坏或完全破坏连接到I/O端口的接口产品。传统的ESD测试方法,如MIL-STD-883B方法3015.7,不能完全测试产品对这种放电的敏感性。本试验旨在测试产品在搬运过程中对静电放电损伤的敏感性。

每个引脚都要相对于所有其他引脚进行测试。传统试验与IEC试验有一些重要区别。

•IEC试验在放电能量方面更为严格。注入的峰值电流超过4倍。

•在IEC试验中,电流上升时间明显更快。

•IEC试验在设备通电时进行。

ESD放电可能会导致被测器件发生闭锁。因此,该测试更能代表设备在通电情况下正常运行的真实I/O放电。然而,为了最大程度地让人安心,这两种测试都应进行,以确保在搬运期间和随后的现场服务期间都能得到最大程度的保护。

ADM33xxE设备使用上述两种测试方法进行测试。按照标准55.1对所有人体引脚进行测试。此外,所有I/O引脚均按照IEC 1000-4-2测试规范进行测试。产品在以下条件下进行测试:

•通电正常运行

•关闭电源

IEC 1000-4-2规定了四个符合性等级。ADM33xxE零件满足接触放电和气隙放电的最严格合规性水平。这意味着产品能够承受超过8千伏的接触放电和超过15千伏的气隙放电。

外形尺寸

汽车产品

ADM3307EW型号提供受控制造,以支持汽车应用的质量和可靠性要求。请注意,该车型的规格可能与商用车型有所不同;因此,设计师应仔细阅读本数据表中的规格部分。只有所示的汽车级产品可用于汽车应用。请联系您当地的模拟设备客户代表,以获取特定的产品订购信息,并获取此型号的特定汽车可靠性报告。