2018年01月18日 | 多功能接口模块在产品小型化过程中的应用

科技飞速发展，工业产品“傻大笨粗”的形象将逐渐从人们视野中淡出。那么，怎样在“高精尖特”的设计浪潮中快速小型化产品？今天就为大家讲一讲多功能接口模块在产品小型化过程中的应用。

手机，从最开始板砖一样的“大哥大”，到现在厚度不到8mm的iPhone，历时不到半个世纪。随着科技的发展，半导体集成电路的集成度越来越高，单颗芯片的功能越来越强大，封装体积越来越小，所有设计都在向着小型化，轻薄化的方向发展着。

但是，在工业产品领域，却依旧是一片“傻大笨粗”的大叔形象，鲜能见到长相精致的小鲜肉。这是为什么呢？为什么在IC制造技术已经如此发达的今天，工业产品依然很难做到小巧精致？

一个工业产品，因为其复杂的使用环境，在设计时必需要考虑到抗干扰能力、电气安全性、通信隔离、电气隔离、结构强度、产品稳定性等一系列的问题。

接触过工业产品的朋友大多都有这样的感受：产品核心控制部分往往只有几个IC和少量的阻容器件，看起来非常简单，但外围接口的保护电路和隔离电路却占据了大量的PCB面积，就像是给婴儿穿上了钢铁侠的盔甲，显得非常不协调。由此看来，想让工业产品体积缩小，接口部分的隔离和保护电路简单化、集成化和小型化就显得尤为重要。

图1 工业产品的核心部分往往只占电路板的很少一部分

目前的工业现场应用中，最常见到的两种通信方式是RS-232和RS-485，并且通常都需要进行隔离。常规的处理方案，是使用一个隔离的DC-DC配合单独的信号隔离电路来设计，但按常规的设计方案，采用分立的隔离 DC-DC、信号隔离、收发器、保护电路等设计出的接口隔离电路，势必要占用大量的PCB面积，如果要同时使用多个隔离RS-232和隔离RS-485，那么PCB占用面积将会成倍的增加。

你不会天真的以为这样就完了吗？如果这个产品要使用到多个RS-232和RS-485接口，导致原本MCU的UART接口不够用，那么，你还要进行UART扩展，给本就已经很大了的电路板继续增肥。

说到这里，你是不是已经绝望了？难道工业产品真的就和“高精尖特”无缘吗？

图2 很多产品会同时使用多路RS-232和RS-485

如果现在告诉你，有这样一个神器，它集合了：隔离电源、RS-232隔离电路、RS-485隔离电路、保护电路于一体，使用时基本不需要外围器件，上电之后就能实现RS-485或RS-232的隔离通信，占用面积更是小到没朋友，有着体积小、扩展方便、应用灵活的诸多特点，你是不是又对工业产品小型化有了一点点的信心？

下面我们就来看看，此物为何方神圣。

图3 致远电子MCMxx(A)T隔离RS-485/232收发器

广州致远电子，根据目前工业产品通信隔离需求，专门研发出MCMxx(A)T系列多协议隔离模块，将隔离电源、通信隔离电路、ESD保护电路集成封装在一个模块中，将电路设计化零为整，只需要简单的电气连接，就可以实现RS-485/232通信隔离，隔离电压高达3500VDC，满足绝大多数应用需求。

MCMxx(A)T多协议隔离模块总结有以下四个特点：

一、“简”

化繁为简，使用简单。

通过将通信隔离所需的诸多电路集成在一个模块中，使用时通过简单的连接，就可以得到优异的隔离性能和稳定的隔离效果，并且采用单电源供电，内置隔离电源，让工程师轻松避开传统分立器件隔离电路元件繁多、电气连接复杂的问题，不必再为隔离电路的设计而烦恼。

图4  MCM12(A)T典型应用电路

需要说明的是，在模块内部A/B线已经集成了ESD保护器件，因此用户一般在应用于环境良好的场合时无需再额外添加ESD保护器件，但如果应用在高压电力、雷击等比较恶劣的环境中时，建议用户在模块A/B线和TOUT/RIN线端外加TVS管、共模电感、防雷管、屏蔽双绞线或同一网络单点接大地等保护措施。

二、“活”

应用灵活，随遇而安。

工业产品中，最常见的是RS-232和RS-485两种通信接口，市面上此类通信隔离模块也是类目繁多，质量也良莠不齐，因为RS-232和RS-485两种通信方式不同，市面上绝大多数产品都只能单独隔离其中一种。MCMxx(A)T系列多协议隔离模块，创新性的将两种通信方式的转换、隔离电路集成在一起，通过控制MODE脚的电平，在两种通信方式中随意切换，让使用更加灵活。

图5 工作模式真值表

值得一提的是，MCMxx(A)T系列多协议隔离模块，采用得是“一个输入两种输出”的设计方案，使用一个UART口，通过改变MODE脚电平切换通信方式，在一些对通信实时性要求不高或者UART口资源紧张的情况下，实现UART口复用的功能。

三、“精”

小巧精致，节省空间。

虽然MCMxx(A)T多协议隔离模块包含RS-232和RS-485两种通信的转换和隔离电路，并且还包含一个隔离电源，但其体积依然小巧，采用模块化小体积封装，最大限度的减小占用PCB面积。引脚间距采用标准DIP16封装尺寸，让PCB绘制也同样简单方便。

图6MCMxx(A)T多协议隔离模块外观尺寸

四、“优”

参数优越，性能稳定。

MCMxx(A)T多协议隔离模块，隔离耐压高达3500VDC，满足绝大多说的使用环境，并且有极低的EME电磁辐射和极高的EMS电磁抗干扰能力，以及优秀的EMC特性。总线接口集成ESD静电保护，在一般环境下即使不用额外使用保护器件也能稳定工作。

图7  MCMxx(A)T多协议隔离模块EMC特性表

以上就是MCMxx(A)T系列多协议隔离模块的简单介绍，目前该系列分为带485自动收发数据功能和不带485自动收发数据两种，根据供电电压又分为3.3V和5.0V两种，可以根据使用需求和MCU工作电压灵活选择。

图8  MCMxx(A)T多协议隔离模块选型表

在科技快速发展的今天，由于工业产品诸多设计要求的限制，还很难做到像手机这种消费类产品一样精致，但工业产品的小型化发展是必然的。一个模块的使用，或许无法让工业产品彻底摆脱“傻大笨粗”的形象，但致远电子一直在工业产品小型化、模块化的道路上努力着，探索者。