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目录

摘要

1. 介绍

2. 什么是隔离？

2.1 电流隔离

2.2 常用的几种隔离方法

3. RS-232, RS-422, RS-485中继器/转换器应用程序

3.1 串行接口转换器

3.2 串行接口中继器

3.3 隔离型串口中继器/转换器

4. RS-232, RS-422, RS-485中继器电路设计

5. RS-232, RS-422, RS-485隔离中继器电路设计

6 总结

摘要

本应用手册为非隔离与隔离串行通信电路设计中，多协议收发器SB300的使用提供指导说明。

1. 介绍

本参考设计基于SB300芯片，为非隔离型与隔离型串行转换器及中继器提供完整解决方案。该设计可高效生成隔离与非隔离电源轨，同时搭载低功耗隔离数据接口，配备三路正向通道与三路反向通道。此设计主要面向非隔离及隔离型的RS-232、RS-422和RS-485发送器，也可适配其他需要高效电源转换与隔离数据传输的应用场景，尤其适用于限流电源供电的工况。

该设计集成了高效率直流/直流转换器、数字隔离器以及低压差稳压器（LDO）。所有元器件均以低功耗为选型标准，工作电流通常处于微安（μA）至毫安（mA）区间。同时，本设计支持多种配置模式，能够保障超高电源效率，并实现低输出纹波的优异性能。

2. 什么是隔离？

隔离是指切断不同设备或区域之间的直接电气连接。隔离的防护效果会依据隔离等级、工作电压、强化隔离、爬电距离等指标进行评估，这些指标可衡量隔离区域之间对交流或直流电压的阻隔能力。

<图 1. 隔离设备及原理示意图>

2.1 电流隔离

电流隔离是一种将两个或多个电路、系统进行电气绝缘的技术，可阻断彼此之间的直流电流流通。该技术主要用于隔绝因地电位差产生的干扰噪声与危险电流通路，保障信号或电力的安全传输。

电流隔离的核心特性

• 电气隔离：切断两个电路之间的直接电气连接，阻断电流流通，但信号与电能仍可通过其他方式传输。
• 提升可靠性：延长设备使用寿命，保障设备长期稳定运行。
• 降噪抗干扰：电流隔离能够阻隔外部噪声侵入，以此提升信号质量，减少数据传输错误。
• 安全防护：同时保障操作人员人身安全与设备运行安全。例如，对供电接入电路做隔离处理，可有效防范触电事故。
• 地电位差解决方案：杜绝不同地电位电路之间产生的地环路电流。地环路会引发噪声干扰，进而造成设备故障。

2.2 常用的几种隔离方法

常用的几种隔离方法，包括：

• 光电隔离：该技术将电信号转换为光信号，从而实现两个电气隔离电路之间的信号传输。其通常搭配发光二极管与光敏晶体管使用。由于光敏晶体管的工作状态会随发光二极管发出的光线变化而改变，因此该方式隔离信号的效果极佳，但无法实现电力传输。
• 数字隔离（DCC）：该方式利用电容阻隔直流电、传输交流信号的特性实现隔离。这是一种数字化高速隔离技术，弥补了传统模拟隔离方案的短板，例如非线性失真、噪声引发的误差等问题。相较于传统光耦隔离，数字隔离具备体积更小、隔离性能更强、功耗更低的优势，整体可靠性更为出色。
• 变压器：变压器利用磁耦合实现电气隔离。由于初级线圈与次级线圈之间不存在直接电气连接，因此能够安全隔离并传输电能与信号，即便在高压环境下也可保持稳定的隔离性能。

<图 2. 串口隔离转换器(CS-428/9AT-ISO2)>

3. RS-232, RS-422, RS-485中继器/转换器应用程序

通过搭载两款SB300多协议收发器，可打造各类RS-232、RS-422及RS-485中继器产品，基础原理框图如下图所示。

<图 3. 基于SB300的串行中继器/转换器原理框图>

3.1 串行接口转换器

按照图4所示方式配置两台SB300设备，即可搭建一套串行信号转换器。设备两端均配备“全兼容”接口（可选择RS-232、RS-422、RS-485），可通过参数设置，将其配置为RS-232转RS-422转换器或RS-232转RS-485转换器。反之，也可实现RS-422转RS-232、RS-485转RS-232的转换功能。

但如果需要专用的串行信号转换设备，选用SystemBase的SB200单芯片串行转换芯片会更加便捷实用。

<图 4. 基于SB300原理图的串行转换器设计方案>

3.2 串行接口中继器

按照图5所示方式配置两台SB300设备，即可搭建一台串行信号中继器。设备两端均配备「全部」接口选项（支持选配RS-232、RS-422、RS-485），可设置为RS-232转RS-232、RS-422转RS-422或RS-485转RS-485模式，以此完成中继器的搭建。中继器能够对串行信号进行整形再生与重新转发，将传输距离延长至标准限值之外。例如，RS-232的常规传输距离上限为15米（50英尺），而RS-422与RS-485的传输距离最远可达1.2千米（4000英尺）。当需要超出上述距离限制进行通信连接时，可通过中继器有效拓展通讯覆盖范围。

<图 5. 基于SB300的串行中继器原理框图>

3.3 隔离型串口中继器/转换器

若要制作隔离型串口转换器，可借助两颗SB300，将隔离元器件集成至串口信号转换器配置的通用异步收发传输器（UART）接口模块中。如图6所示，搭配电源隔离器与信号隔离器，可实现两组串口接口的电气隔离，以此达成隔离防护效果。

使用隔离型串口转换器具备多项优势：能够对串口通信两端进行电气隔离，杜绝地环路干扰；可抵御过电压与浪涌冲击；同时提升抗干扰能力，即便在复杂恶劣的电气环境下，也能保障数据传输与信号转换稳定运行。工厂、发电厂、户外等电气环境复杂严苛的场景，强烈建议配备隔离型串口转换器。

综上，隔离型串口信号转换器不仅可兼容各类串口通信标准，还能通过电气隔离防护设备运行、最大限度提升数据传输可靠性，是高要求电气应用场景下的关键配套方案。

常用的信号隔离元器件主要包含光耦合器与数字隔离器，而电源隔离元器件一般采用变压器或隔离式直流-直流转换器。

<图 6. 采用SB300的串行转换器/中继器原理框图>

4. RS-232, RS-422, RS-485中继器电路设计

5. RS-232, RS-422, RS-485隔离中继器电路设计