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合理使用數(shù)據(jù)電纜
隨著移動通信需求的增長,用數(shù)據(jù)電纜連接移動電話和其它移動產(chǎn)品將日趨普及。高數(shù)據(jù)速率移動電話標(biāo)準(zhǔn),如GPRS、WCDMA以及UMTS的出臺要求數(shù)據(jù)電纜實(shí)現(xiàn)更高級功能，以及下一代智能電話內(nèi)含的Internet連通性。遺憾的是,數(shù)據(jù)電纜還存在很多不盡人意的問題。例如,某些電纜只能傳輸TTL信號,然而當(dāng)前數(shù)據(jù)電纜最常用的接口標(biāo)準(zhǔn)是RS-232。
對移動電話與其它經(jīng)濟(jì)型消費(fèi)類設(shè)備而言,當(dāng)實(shí)際需要擴(kuò)大數(shù)據(jù)量的用戶不足10%時(shí),每個(gè)基本設(shè)備花約2美元來增添數(shù)據(jù)能力(內(nèi)部收發(fā)器)在經(jīng)濟(jì)上意義不大。因此,首要的任務(wù)是確定哪一類電平變換技術(shù)能滿足現(xiàn)有系統(tǒng)的要求,即應(yīng)支持哪一類通信。
在多種應(yīng)用中,由于商用E-mail和Web沖浪軟件已實(shí)用化,電話多用作PC的調(diào)制解調(diào)器。實(shí)現(xiàn)全調(diào)制解調(diào)器DEC(數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備)接口需5個(gè)驅(qū)動器和3個(gè)接收器。
數(shù)據(jù)電纜的兩個(gè)連接頭都易受ESD(靜電放電)的沖擊,因此,在邏輯與RS-232側(cè)都要另加元件進(jìn)行ESD保護(hù)。為了適應(yīng)移動電話ASIC低電壓的要求,電路還要增加電平變換功能。全調(diào)制解調(diào)器接口要求在電話底座上安裝10針連接器,這個(gè)要求有點(diǎn)過份,是一種昂貴的選擇。
另一種較經(jīng)濟(jì)的可選方案是實(shí)現(xiàn)硬件信息號交換鏈接,移動電話數(shù)據(jù)電纜中僅對RX、TX、CTS、RTS信號進(jìn)行電平變換。這個(gè)方案在PC側(cè)要提供軟件驅(qū)動器-更新通訊錄的專用電話同步軟件,或?qū)⑷?個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-232信號變換為2/2格式的軟件橋接器。對定制的電纜,該方案是可以接受的,也比較便宜。
多數(shù)數(shù)據(jù)集中電纜(因IC與其它元件在電纜中可見而得名)由便攜式產(chǎn)品供電。某些老式便攜式產(chǎn)品用4節(jié)NiMH或NiCd電池,而且前最常見的是用一節(jié)LiIon電池。該電池在充滿電時(shí)為4.2V,放完電后為2.4V。
一個(gè)帶外露連接器的電話放在口袋里時(shí),存在被硬幣或其它物體短路的危險(xiǎn)。為了預(yù)防這類事故的發(fā)生,電話采用限流線性穩(wěn)壓器或可重復(fù)設(shè)置的開關(guān)保險(xiǎn)絲,它在大電流下自動斷開;當(dāng)電流恢復(fù)到正常值時(shí)又能重新閉合。上述情況中的電池電壓可為2.4V～4.2v范圍的任何值。
RS-232規(guī)范要求RS-232發(fā)送器在3kΩ負(fù)載上維持±5V電壓。然而多數(shù)發(fā)送器只能保證電源輸出電平不低于3.0V。發(fā)送器輸出是由內(nèi)部電荷泵倍壓器驅(qū)動的,電荷泵的輸出阻抗高,勢必形成一個(gè)“壓降”。因此,對小于3V的輸入,芯片難以在3kΩ上維持±5.0V電壓。
另一方面,RS-232接收器的閾值電壓為高電平2.4V、低電平0.6 V。由于RS-232最初打算用作能驅(qū)動100英尺的遠(yuǎn)距離標(biāo)準(zhǔn),這樣就有2.6V的差值(5.0V供電電壓減2.4V接收門限)而數(shù)據(jù)電纜的傳輸距離不會超過5英尺或6英尺。因此面臨的問題是數(shù)據(jù)集中器必須嚴(yán)格遵循RS-232(滿足規(guī)范中每個(gè)字的要求),還是僅僅與RS-232兼容(只在數(shù)據(jù)電纜環(huán)境下工作)。
為了滿足±5.0V發(fā)送電壓的RS-232規(guī)范,使用的收發(fā)器只有在3.0V～5.5V電源電壓下才能保證正常工作。然而電荷泵工作電壓一般以2.0V開始,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于要求值。這一條件稍稍降低了發(fā)送器電壓,當(dāng)然±4V輸入電壓仍能滿足2.4V接收器閾值的要求。
如果在電源電壓小于3.0V下，還要求RS-232規(guī)范電平,那末基于升壓結(jié)構(gòu)的RS-232收發(fā)器是最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的解決方案。這些收發(fā)器工作時(shí)應(yīng)配置一個(gè)外部二極管，一個(gè)電容和一個(gè)小型廉價(jià)的表面貼裝片狀電感,這種電路通常在輸入電壓低至1.8V時(shí)還能產(chǎn)生遵循RS-232的電平。
當(dāng)輸入至RS-232的電壓降低時(shí),收發(fā)器必然力圖從電池處獲取更多的電流來維持接收負(fù)載上的±5V輸出電壓。如果在數(shù)據(jù)電纜應(yīng)用中不提供去耦措施,流過電纜分布電感與電阻的電流在Vcc處產(chǎn)生一個(gè)本地振鈴電流,形成的振鈴效應(yīng)能形成高達(dá)80mA的電流尖峰。
振鈴會產(chǎn)生不希望有的發(fā)射。為了盡量減少它的影響,必須提供良好的本地去耦,并在數(shù)據(jù)集中器處增加一段短電纜。還要考慮采用屏蔽電纜,因?yàn)樾盘柨偸且拥氐摹?o:p>
降低移動電話的芯核電源電壓(降至2.5V,甚至可能1.8V)勢必在移動電話與數(shù)據(jù)集中器間出現(xiàn)兼容性的問題。MAX3386內(nèi)置用于此目的的邏輯電平輸入引腳。對3V邏輯,典型RS-232收發(fā)器的最佳VIH電平為2.0V。這個(gè)問題通常用置于電話或數(shù)據(jù)集中器中的分立邏輯電平變換器解決。若變換器的VL引腳處外加一個(gè)電壓,那末它的內(nèi)部閾值電平達(dá)到該電壓1/3和2/3值(分別對應(yīng)于VIL和VIH)。
在電池供電的系統(tǒng)中,電池壽命是關(guān)注的重點(diǎn)。除了1mA的額定靜態(tài)電流,RS-232收發(fā)器的每個(gè)發(fā)送器也要消耗電流,在5kΩ負(fù)載上一般為5.5V,即1mA靜態(tài)電流。當(dāng)反射回輸入電源處,該電流還要翻一番(假設(shè)VIN遠(yuǎn)大于3V,且電荷泵是理想的)。更糟的是，一個(gè)完整的調(diào)制解調(diào)器接口在發(fā)送任何數(shù)據(jù)前要消耗大于12mA的靜態(tài)電流。
在無數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí),應(yīng)將收發(fā)器關(guān)閉來節(jié)省電池功率。一個(gè)方案是在電話處增設(shè)一條專用線,然而電話連接器另加一個(gè)引腳又增加額外的成本。另一種方案是采用Auto shutdown＋收發(fā)器。該器件監(jiān)測發(fā)送器與接收器的每個(gè)輸入來確定其正確的工作方式。要是IC在30秒內(nèi)未檢測到任何輸入狀態(tài)變化,它將關(guān)閉內(nèi)部電荷泵與驅(qū)動器,將電源電流降壓至1mA。此后,TTL或RS-232側(cè)的任何瞬變都將使器件重新通電,返回到正常工作方式。
數(shù)據(jù)集中器上的TTL或RS-232側(cè)的ESD(靜電放電)會損壞數(shù)據(jù)電纜。在EEC內(nèi),數(shù)據(jù)電纜應(yīng)經(jīng)得住三種測試中規(guī)定的ESD標(biāo)稱電壓。器件的輸入與輸出更需另加保護(hù)來滿足這些嚴(yán)格的要求:
±15KV,人體模型
±8KV,IEC1000-4-2,接觸放電法
±15KV,IEC1000-4-2,空氣隙放電法
ESD保護(hù)采用Transorbs、火花隙或電阻、電容與電感的組合,安裝在板的外部。由于所有輸入與輸出的16條modem接口線都要保護(hù),成本較高，不少制造商現(xiàn)在提供RS-232側(cè)的內(nèi)部ESD保護(hù),有助于節(jié)省空間并降低成本。某些新型器件還可提供TTL側(cè)的ESD保護(hù)。
板上ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)利用ESD高壓短路接地的工作原理,在高壓過后器件再返回到正常工作方式。經(jīng)過ESD事件,某些器件要求電源執(zhí)行一個(gè)通/斷/通的循環(huán)來消除閂鎖,然后恢復(fù)正常工作。由于故障電流是流向接地端的,接地連接應(yīng)盡可能地短;由于接地回路在邏輯電路一側(cè),因而電纜長度也應(yīng)盡可能地短。集中器內(nèi)良好的本地去耦在發(fā)生ESD高壓時(shí)能起到本地電源的作用。
Palm PDA在數(shù)據(jù)電纜中有新的特性-器件與PC的“熱同步”能力。當(dāng)器件安裝在機(jī)器中后,熱同步自動地更新器件與PC間的信息。器件通過RS-232連接器的振鈴指示信號產(chǎn)生一個(gè)中斷,在器件連接完畢時(shí)告知PC機(jī)的軟件。該方法的軟件工作量較不斷查詢RS-232口少,當(dāng)然它需要一個(gè)額外的發(fā)送輸出。
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