導(dǎo)語：通信接口設(shè)計分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：文章對多種協(xié)議串行通信進行了分析與討論，給合Linear公司生產(chǎn)的多協(xié)議串口芯片，針對傳統(tǒng)串口通信實現(xiàn)中的問題以及實際的廣域網(wǎng)串行通信的需求，提出了一種多協(xié)議串行接口的設(shè)計實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：多協(xié)議串口通信；通信協(xié)議；收發(fā)器；連接器；多協(xié)議串口芯片LTC1546/LTC1544

隨著通信網(wǎng)技術(shù)的進一步發(fā)展，越來越多的互連網(wǎng)設(shè)備（如路由器、開關(guān)、網(wǎng)關(guān)、存取裝置）中的串行接口在廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork）中被設(shè)計成能夠支持多種物理接口協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)。廣域網(wǎng)串行口協(xié)議包括RS－232，RS－449，EIA－530，V．35，V．36以及X．21等。圖1所示是一個簡單的串行通信接口示意圖。由圖可知，實現(xiàn)多協(xié)議串口通信的關(guān)鍵是將連接器送來的不同傳輸方式平衡、非平衡和不同電氣信號通過收發(fā)器轉(zhuǎn)換為終端能夠識別并處理的、具有TTL電平的信號。

1傳統(tǒng)多協(xié)議通信的特點和問題

1．1“子板”方式

廣域網(wǎng)串口應(yīng)用中的通用實現(xiàn)方法是為所需的每一種物理協(xié)議提供一個獨立的子板。一個支持EIA－232，EIA－449及V．35協(xié)議的系統(tǒng)，通常需要三個獨立的子板以及三個不同的連接器。這種方法由于每種協(xié)議要求配置一塊子板，因此系統(tǒng)需要對PCB子板、收發(fā)器芯片、連接器等進行管理，這樣既浪費資源，又會使管理工作復(fù)雜化。

1．2通用連接器方式

為解決“子板”方式的缺點，可使用一塊母板及通用連接器。一個母板上有多種收發(fā)器芯片，可以滿足多串口協(xié)議的要求，并可共用一些通用器件，同時可減少資源的浪費。在配置中，應(yīng)注意因連接器的管腳較少而帶來的問題，較好的辦法是根據(jù)信號而不是根據(jù)協(xié)議來分配管腳，即給每一個信號分配一個通用管腳，而不管其物理協(xié)議如何定義。如對EIA－232，EIA－449，EIA－530，V．35和V．36來說，其TxD信號可連至連接器相同的管腳。即SDa信號連接到管腳2，SDb信號連接到管腳14。然后利用這對管腳來描述所有協(xié)議的發(fā)送信號TxD。

這種方法同樣也會帶來一個問題，即所有收發(fā)器的I／O線至通用連接器的管腳必須彼此共用。例如，一個V．28驅(qū)動器芯片中的發(fā)送數(shù)據(jù)信號線的接連接器DB－25的管腳2；同時，一個V．11驅(qū)動器芯片中的發(fā)送數(shù)據(jù)信號線要接至連接器的管腳2和14；而V．35驅(qū)動器芯片中發(fā)送數(shù)據(jù)信號線也會接至連接器的管腳2和14。這樣，通用連接器的管腳2將同時接有三根信號線，管腳14接有兩根信號線。這樣，在這一配置中，所有的驅(qū)動器都必須具有三態(tài)特性，以禁止不必要的輸出。若收發(fā)器沒有三態(tài)特性，則需要使用一個多路復(fù)用器來選擇相應(yīng)的輸出端。由此帶來的另一個問題是收發(fā)器在禁止使用時會產(chǎn)生漏電電流。如果選擇了V．28協(xié)議，其輸出電壓理論值為15V。此時對于V．11協(xié)議的驅(qū)動器會被禁用，而處于三態(tài)時，其輸出漏電電壓就必須足夠低，才能使得連在同一連接器管腳的V．28協(xié)議的驅(qū)動器信號不受影響。如果在發(fā)送器與接收器之間有隔斷開關(guān)，則開關(guān)也要考慮漏電情況。

1．3串口的DTE／DCE模式切換

DTE／DCE的切換可通過選擇不同的連接器轉(zhuǎn)換電纜來實現(xiàn)，這樣，在實現(xiàn)DTE／DCE轉(zhuǎn)換時可最大程度地減小收發(fā)器的復(fù)雜性，但缺點是需要更換電纜，尤其是設(shè)備放置位置不便或DTE／DCE需要頻繁切換時這一點尤為突出。

如果保持傳輸電纜不變，則可將收發(fā)器配置為兩套以分別支持DTE、DCE方式。而將DTE收發(fā)器的驅(qū)動器輸出與DCE收發(fā)器的接收器輸入相連，而將接收器輸入端與DCE收發(fā)器的驅(qū)動器輸出相連。為了控制DTE或DCE方式，驅(qū)動器或接收器的輸出必須為三態(tài)。當(dāng)選擇為DTE方式時，DCE芯片禁止，其驅(qū)動器和接收器處于三態(tài)，反之亦然。

該方法雖然解決了對電纜的頻繁更換問題，但由于多用了一套收發(fā)器而使得設(shè)計成本大為提高，且串口板的體積也大了很多。

2多協(xié)議串口通信的實現(xiàn)原理

傳統(tǒng)設(shè)計中，針對某種協(xié)議通常應(yīng)選擇相應(yīng)的收發(fā)芯片，如對于RS－232協(xié)議，常用DS－1488／DS－1489、MAX232或SP208等收發(fā)器芯片；而對于RS－449協(xié)議，則常使用SN75179B、MAX488、MAX490等收發(fā)器芯片。當(dāng)同時使用RS－232、RS－422和V．35協(xié)議時，就需要多個收發(fā)器芯片來支持不同的協(xié)議。

現(xiàn)在，一些收發(fā)器的生產(chǎn)廠商研制出了多協(xié)議收發(fā)器芯片。Sipex是第一家生產(chǎn)出RS－232／RS－422軟件可選擇協(xié)議芯片SP301的公司。這種芯片可將RS－232和RS－422收發(fā)器的電氣特性綜合到一個芯片中實現(xiàn)。其中SP50X系列產(chǎn)品最多可支持8種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。其它生產(chǎn)廠家如Linear公司生產(chǎn)的LTC154x系列、LTC284x系列芯片也具有以上功能。用戶可根據(jù)自己的需要選擇適當(dāng)?shù)男酒?/p>

圖2為采用分立的收發(fā)器芯片與采用一片多協(xié)議收發(fā)器芯片實現(xiàn)多協(xié)議串口通信的通信卡。從圖可知，前者實現(xiàn)的復(fù)雜度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者，具體的性能比較如表1所列。

表1兩種方法實現(xiàn)串口通信的性能比較

分立器件板綜合器件板

供電電壓+5V，-5V，+12V，-12V+5V

所需收發(fā)器芯片數(shù)121

支持的物理層協(xié)議RS-232，RS-422，RS-449，EIA-530，V.35，V.36RS-232，RS-422，RS-449，RS-485，EIA-530，EIA-530A，V.35,V.36

協(xié)議選擇方式跳線或開關(guān)軟件或硬件（通過內(nèi)部譯碼）

串口板大小除了15個收發(fā)器芯片外還需其它硬件支持非常小

功耗大約1W大約100mW～250mW

除此之外，與分立收發(fā)器芯片相比，多協(xié)議收發(fā)器對驅(qū)動器使能控制和對輸出漏電電流的處理要容易得多。當(dāng)通過軟件或硬件方法選擇某一協(xié)議時，驅(qū)動器和接收器的電氣參數(shù)將調(diào)整至適當(dāng)?shù)拇笮?，電路?nèi)部將自動控制驅(qū)動器的輸出電平、接收器的輸入門限、驅(qū)動器和接收器的阻抗值以及每一物理層協(xié)議的常用模式范圍。

另外，由于外部網(wǎng)絡(luò)終端對V．35的需求，使得與V．35收發(fā)器的連接不能象其它協(xié)議那么簡單。當(dāng)使用分立收發(fā)器芯片時，常常通過采用昂貴的繼電器開關(guān)電阻在選擇其它協(xié)議接口時將V．35網(wǎng)絡(luò)終端斷開，或者要求用戶每選擇一個新的接口標(biāo)準(zhǔn)就改變一次終端模塊，這樣既浪費資源又會使接口電路變得復(fù)雜，因而不是一種理想的實現(xiàn)方法。而多協(xié)議串口芯片則自動提供適當(dāng)?shù)慕K端和片上開關(guān)來符合V．10、V．11、V．28和V．35電氣協(xié)議，從而解決了電纜終端轉(zhuǎn)換問題。

3基于LTC1546／44的多協(xié)議通信

為了說明多協(xié)議串口芯片的工作原理，現(xiàn)以Linear公司的LTC1546／1544芯片為例進行分析。

3．1LTC1546／LTC1544的性能

LTC1546芯片是一個3驅(qū)動器／3接收器的收發(fā)器，其主要特點如下：

●帶有軟件可選的收發(fā)器可支持RS232、RS449、EIA530、EIA530A、V．35、V．36和X．21協(xié)議

●可提供片上電纜終端

●與LTC1543引腳兼容

●與LTC1544配合可完成完整的DTE或DCE

●工作在5V單電源

●占位面積小。

LTC1544芯片是一個4驅(qū)動器／4接收器的收發(fā)器，其主要特點有：

●軟件可選的收發(fā)器支持RS232、RS449、EIA530、EIA530A、V．35、V．36和X．21協(xié)議

●采用LTC1344A作為軟件可選的電纜終端

●采用LTC1543、LTC1544A或LTC1546可實現(xiàn)完整的DTE或DCE端口

●與LTC1543同樣工作于5V單電源。

這兩種芯片均采用28引線SSOP表面貼封裝，圖3所示為其引腳排列。

由LTC1546／LTC1544可組成一套完整的軟件可選擇DTE或DCE接口，以應(yīng)用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、信息業(yè)務(wù)單元CSU和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)單元(DSU)或數(shù)據(jù)路由器中，它支持多種協(xié)議，電纜終端可在片上提供，因此不再需要單獨的終端設(shè)計。其中，LTC1546每個端口的一半用來產(chǎn)生和適當(dāng)終止時鐘和數(shù)據(jù)信號。LTC1544則用來產(chǎn)生控制信號及本地環(huán)路返回信號(LocalLoop－back，LL)。接口協(xié)議通過模式選擇引腳M0、M1和M2來決定，具體選擇方式見表2。

表2通信協(xié)議的模式選擇

LTC1546模式名稱M2M1M0DCE/DTED1D2D3R1R2R3

未用（缺省V.11）0000V.11V.11V.11V.11V.11

RS530A0010V.11V.11ZV.11V.11V.11

RS5300100V.11V.11ZV.11V.11V.11

X.210110V.11V.11ZV.11V.11V.11

V.351000V.35V.35ZV.35V.35V.35

RS449/V.361010V.11V.11ZV.11V.11V.11

V.28/RS2321100V.28V.28ZV.28V.28V.28

無電纜1110ZZZZZZ

未用（缺省V.11）0001V.11V.11V.11ZV.11V.11

RS530A0011V.11V.11V.11ZV.11V.11

RS5300101V.11V.11V.11ZV.11V.11

X.210111V.11V.11V.11ZV.11V.11

B.351001V.35V.35V.35ZV.35V.35

RS449/V.361011V.11V.11V.11ZV.11V.11

V.28/RS2321101V.28V.28V.28ZV.28V.28

無電纜1111ZZZZZZ

由表2可知，如果將端口設(shè)置為V．35模式，模式選擇引腳應(yīng)當(dāng)為M2＝1，M1＝0，M0＝0。此時，對于控制信號，驅(qū)動器和接收器將工作在V．28(RS232)模式；而對于時鐘和數(shù)據(jù)信號，驅(qū)動器和接收器將工作在V．35模式。

模式選擇可通過控制電路或利用跳線將模式引腳接至地或Vcc來實現(xiàn)對引腳M0、M1和M2的控制，也可通過適當(dāng)?shù)慕涌陔娎|插入到連接器上實現(xiàn)外部選擇控制。若選用后者，則當(dāng)移開電纜時，全部模式引腳均不連接，即M0＝M1＝M2＝1，此時LTC1546／LTC1544進入無電纜模式。在這種模式中，LTC1546／1544的供電電流將下降到500μA以下，并且LTC1546／LTC1544驅(qū)動器輸出將被強制進入高阻狀態(tài)。同時，LTC1546的R2和R3接收器應(yīng)當(dāng)分別用103Ω端接，而LTC1546和LTC1544上的其它接收器則應(yīng)通過30kΩ電阻接到地。

通過DCE／DTE引腳可使能LTC1546中的驅(qū)動器3／接收器1、LTC1544中的驅(qū)動器3／接收器1和驅(qū)動器4／接收器4；LTC1544中的INVERT信號對驅(qū)動器4／接收器4起使能作用?？梢酝ㄟ^下面兩種方法中的一種將LTC1546／LTC1544設(shè)置為DTE或DCE工作模式：一種是將專門配有適當(dāng)極性的連接器接至DTE或DCE端；另一種是通過專用DTE電纜或?qū)Ｓ肈CE電纜發(fā)送信號給LTC1546／LTC1544，同時使用一個連接器構(gòu)成一種既適合DTE又適合DCE的工作模式。

3．2典型應(yīng)用

圖4為一個帶有DB－25連接器端口并可被設(shè)置為DTE或DCE工作模式的多協(xié)議串口通信電路，圖中LTC1546／LTC1544芯片一邊與連接器相連，另一邊接至HDLC芯片，M0、M1、M2及DCE／DTE引腳接至EPLD硬件控制電路以實現(xiàn)對通信協(xié)議和工作模式的選擇。其中DTE或DCE工作模式需要連接對應(yīng)的電纜以保證正確的信號發(fā)送。例如，在DTE模式中，TxD信號通過LTC1546的驅(qū)動器1發(fā)送到引腳2和14。在DCE模式中，驅(qū)動器則將RxD信號發(fā)送到引腳2和14。

圖4中，LTC1546采用一個內(nèi)部容性充電泵來滿足VDD和VEE。其中，VDD為符合V．28的正電源電壓端，該端應(yīng)連接一只1F的電容到地；VEE為負(fù)電源電壓端。一個電壓倍增器在VDD上將產(chǎn)生大約8V電壓，而電壓反相器則將在VEE上產(chǎn)生大約－7．5V的電壓。四只1μF電容均為表面貼裝的鉭或陶瓷電容，VEE端的電容最小應(yīng)為3．3μF。所有電容耐壓均應(yīng)為16V，同時應(yīng)盡可能放置在LTC1546的附近以減少EMI干擾。

圖4用LTC1546/LTC1544芯片實現(xiàn)多協(xié)議串口通信（DTE/DCE可選）

在V．35模式中，LTC1546中的開關(guān)S1和S2將導(dǎo)通，同時應(yīng)連接一個T型網(wǎng)絡(luò)阻抗，以將接收器的30kΩ輸入阻抗與T網(wǎng)絡(luò)終端并聯(lián)起來，但不會顯著影響總輸入阻抗，因此對于用戶來說，這種模式下的電路設(shè)計與其它模式下完全相同。

由于LTC1546是3驅(qū)動器／3接收器的收發(fā)器，LTC1546是4驅(qū)動器／4接收器的收發(fā)器，所以如果同時采用RL、LL和TM信號，則LTC1546／LTC1544就沒有足夠的驅(qū)動器和接收器。因此，可用LTC1545來替換LTC1544。LTC1545為5驅(qū)動器／5接收器的收發(fā)器，它能夠處理多個可選的控制信號，如TM和RL。

所有LTC1546／LTC1544接收器在全部模式下都具有失效保護功能。如果接收器輸入浮置或通過一個終端電阻短接在一起，那么，接收器的輸出將永遠(yuǎn)被強制為一個邏輯高電平。

4結(jié)束語

實現(xiàn)多協(xié)議串口通信的方法很多，不同廠家提供有功能各不相同的串口芯片。設(shè)計者可根據(jù)自己的需求來選擇。當(dāng)設(shè)計一個支持各種物理層協(xié)議的復(fù)雜DTE／DCE模式時，和使用許多分立的元器件相比，選擇一個單片多協(xié)議串行收發(fā)器將會簡化配置，同時所設(shè)計的電路也會更靈活、方便和簡單。