MAX3232 每次只有在上電后，再連接串口線正常——保護電阻。RS232防雷保護

本文轉載自查看原文 2018-07-17 11:20 3314 串口/ 硬件設計/ RS232

轉載：http://m.newsmth.net/article/Circuit/298517?p=1

轉載：http://www.360doc.com/content/18/0719/13/57938855_771643421.shtml

原問題：

做了塊電路板，結果發現，要先對開發板上電, 再打開串口超級終端, 串口通信才可成功。
但是另外一塊開發板卻沒有這個問題。
這一般是什么原因造成的？

自己遇到問題：

剛焊接好的板子，發現串口有問題，結果串口每次只有在斷電上電后需要在上電后重新連接串口線

才能正常通信

原因簡述：

缺少保護電阻，

解決辦法：每次斷電時拔掉串口線

下面所提到的問題，和上面鏈接中的問題(熱插拔才可通信)，其實是同一個問題，
可能的原因是
  1. 232收發器芯片產生電壓的那些小電容的數值是和數據手冊上不太一致
  2. 232收發器芯片和232插座之間缺少串聯保護電阻，或保護電阻數值太小。
  3. 原來的232收發器芯片可能部分失效了

如果1和2都已經做到了，將232收發器芯片的RXD輸入管腳和插座RXD之間的串聯保護電阻加大，比如換成1K或10K的，應該就可以了。如果還不成，就換個232芯片吧。

多說幾句原因吧(以前碰到過該問題所以就研究過)：

在不通信的時候，PC串口的TXD管腳會輸出-5V左右的電壓，於是在開發板上的232收發器芯片的RXD對應的輸入管腳(R1IN或R2IN)上維持着-5V左右的電壓。當開發板斷電時，232收發器芯片的電源管腳沒有電壓，V+/V-管腳也沒有電壓，唯獨RXD輸入管腳
(R1IN或R2IN)上維持這一個-5V左右的電平，不用多說就能明白這意味着什么。假如習慣上每次給開發板斷電后卻讓串口依舊和 PC保持連接，這意味這232收發器芯片長期承受着RXD輸入管腳-5V但同時又讓電源管腳和V+/V-為零電平，特別當PC的TXD
輸出維持這超過-5V甚至超過-6V的時候，久而久之，這顆芯片就會漸漸部分失效或全部失效，於是通信就失敗了。所以換一個芯片往往就可以解決這個問題。

每次先打開串口程序而沒有通信的時候，-5V或以下的電壓就加在TXD管腳上了，如果此時開發板斷電但是卻接着串口，就相當於初始狀態是先讓232收發器芯片處於上述異常的工作條件，然后再給開發板上電的時候，就可能出現通信不成功的狀況。

這個時候當帶電拔插一下串口，相當於讓232收發器芯片的RXD輸入管腳去掉-5V電壓，而保持其電源管腳、V+、V-管腳的電壓，這是232芯片回復到正常的工作條件。如果232收發器芯片的失效程度還不深(不會深度“抱死”)，這個時候通信就可能恢復正常。

而如果重新啟動一下串口程序，初始化過程會改變PC串口TXD的輸出電壓，讓232收發器芯片的RXD管腳有一個恢復0電平的過程，這和上面拔插串口以便在RXD管腳上臨時去掉一下-5V的電平，是一個效果。

另外，將那個RXD的串聯電阻改大，起的作用就是在232收發器芯片的電源管腳掉電的時候，從RXD輸入管腳(R1IN和R2IN)的輸入電壓被限流了，於是對芯片的損壞就不那么大，或者說進入故障異常的程度不會那么深，當開發板上電(也就是232收發器
芯片上電)的時候，就比較容易恢復正常狀態。

通過實驗的方法也可以驗證上述分析。當開發板斷電但是串口依然接着PC的時候，測量232收發器芯片對應於RXD輸出到MCU的那個管腳，會發現該管腳的電壓為顯著的-0.x伏(被MCU的管腳給限制了所以不會很低，但是往往會有個-0.3或-0.5V)。當給開發板
上電后出現了上述故障時，測量一下232收發器芯片對應RXD輸出到MCU的那個管腳的電平，你會發現該管腳一直維持為0電平，而不是期望的+3.3V/5V(取決於232收發器芯片的電源大小)，這就是RXD輸出管腳好像被“抱死”了。而一旦熱插拔或重新初始
化PC的串口后，會看到那個管腳的電平就回復到+3.3/5V，可以正常通信了。

所以，兩個建議：

1. 當開發板斷電后，應該也拔掉串口線，否則232收發器芯片就可能長期處於異常的電平條件。

2. 從串口插座輸入進來的信號，到232收發器芯片管腳之間應該串聯較大的電阻，而不是類似於TXD信號那樣接個5.1或22歐的小電阻。我比較習慣於用1K或470歐。

當然，這個串聯電阻也不能太大，也要兼顧考慮串口線上的壓降(比如線比較細或長)。

智能電表等系統已經廣泛地應用到工業和生活的領域。在電表中使用自動抄表技術通過通信端口讀取數據，而且大部分情況采用遠程讀數方式。對於電表應用來說既安全又節省了時間和金錢。實現該技術的關鍵是確保通信鏈路安全可靠。由於 RS-485 標准具有長距離傳輸(1200 米以上)，最大傳輸數率可以達到 10Mbps，且高信號噪聲印制。同時，RS-485 電路具有控制方便，成本低等優點，使多點連接成為可能。因此，RS-485 成為智能電表的標准通信接口。但 RS-485 口傳輸線通常暴露於戶外，因此極易因為雷擊等原因引入過電壓。而 RS-485 收發器工作電壓較低（5V 左右），其本身耐壓也非常低（-7V~ 12V），一旦過壓引入，就會擊穿損壞。在有強烈的浪涌能量出現時，甚至可以看到收發器爆裂，線路板焦糊的現象。因此防雷擊保護成為 RS-485 接口設計必須要考慮的。通常，如圖所畫，使用 PPTC 和 TVS 作為 RS-485 的防雷擊保護

當雷擊發生時，感應過電壓由 A/B 線引入，經過 PPTC，然后 GDT 作為初級共模防護，通常 GDT 可以承受 10KA(8x20us)浪涌沖擊。

之后殘壓已經大大降低到 1KV 以下，然后 TVS 作為二級保護進行共模/差模保護，到收發器的電壓被鉗制在 12V 以下，同時，通過 A/B 線上的上拉電壓可以保證 A/B 線上的電壓保持在高電平。

而實現對收發器的浪涌保護。通常，對於 4KV 以下過電壓，可以省去初級保護—--GDT。單用 TVS 就能實現浪涌保護的要求。當 RS-485 總線與電力線（例如 220VAC）搭接短路時。A/B 線上的 PPTC 可以提供短路保護。但這種傳統方式有問題需要考慮

1：GDT 浪涌擊穿電壓較高，這就意味着后面的電阻值比較大。這可能會影響傳輸距離減少

2：TVS 的漏電流較高，以 SMBJ6.0CA 來講大致在 800uA 左右。這樣會影響點對點通訊的可靠性

3：PPTC 的響應速度較慢，因此在電力塔接時，可能會造成 TVS 被交流擊穿電表 RS-485 接口保護。

因此綜上所述，是否有更好的 RS-485 防雷保護方案呢？這里，我們提出了自己的一種方案來滿足更高可靠性的要求。

眾所周知，TVS 是半導體保護器件，具有響應速度快，可靠性高的優點。但它是 Clamping 保護模式。其殘壓會比較高而我們的 Sidactor 作為半導體器件同樣具有響應速度快，可靠性高的優點。但它是 Crowbar 保護模式。其導通以后保持電壓低，同時還具有抗浪涌能力強，耐搭接能力強特點。請看下面圖顯示的 TVS 與 Sidactor 的工作模式。

SIDACtor簡介：雙向順態過電壓保護器。SIDACtor是一種帶負阻或正阻特性的新型浪涌吸收器，擊穿電壓為27～540V，導通電壓僅3～4V，可通過的浪涌電流為50～100A。與氣體放電管、TVS和MOV等其它類型的瞬態電壓保護器比較，SIDACtor具有導通阻抗和開通電壓低、響應速度快、電流通量大及可靠性高等特點。因此，它是一種全能的電壓保護器件。

SIDACtor工作原理：SIDAC是一種二端半導體器件，其內部結構與雙向晶閘管十分相似，但是沒有觸發門極，是電壓自觸發器件。SIDAC的工作狀態如同一個開關。當電壓低於斷態峰值電壓VDRM時，其漏電流IDRM極小(小於微安量級)，為斷開狀態。當電壓超過其擊穿電壓VBO時，產生瞬間雪崩效應。該雪崩電流一旦超過開關電流IS，即進入雪崩倍增，器件的阻抗驟然減小，電壓降為導通電壓（V<1.5V)。此時，SIDAC進入導通狀態，允許通過大的通態電流(0.7-2安培，RMS值)。當電流降到最小維持電流IH值之下時，SIDAC恢復到其斷開狀態。

它又稱為半導體放電管，俗名：固體放電管 (上海雷卯），它用於通信防雷保護的不可缺少的器件。

1、RS232口防雷電路設計參考

RS232口在通信設備上作為調試用接口、板間通信接口和監控信號接口，傳輸距離不超過15米。調試用接口使用比較頻繁，經常帶電拔插，因此接口會受到過電壓、過電流的沖擊，若不進行保護，很容易將接口芯片損壞。常用防護電路如圖所示。