RS232接口芯片双电荷泵电平转换器原理

RS232接口是一种广泛使用的串行通信标准，用于数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的连接。它由电子工业协会（EIA）在1924年成立后不久制定，并在1960年代定型为EIA-232标准，后来被称为RS-232，RS代表推荐标准（Recommended Standard）。RS232在电气特性上定义了在TxD（发送数据）和RxD（接收数据）上的信号电平，其中逻辑1的电压范围为-3V到-15V，逻辑0的电压范围为+3V到+15V。这种电平标准被称为负逻辑，即负电压表示逻辑1，正电压表示逻辑0。 在单片机系统中，通常使用的是TTL（晶体管-晶体管逻辑）或CMOS电平，高电平和低电平的范围分别为3.5V~5V和0~0.8V。为了将单片机的TTL/CMOS电平与RS232标准兼容，需要通过电平转换器将TTL/CMOS电平转换为RS232电平。一种常见的解决方案是使用MAX系列芯片，如MAX232，该系列芯片能够利用单电源（通常是+5V）产生±10V的电平，以满足RS232标准的需求。 双电荷泵电平转换器是一种常用于产生RS232所需电平的技术。它的工作原理是通过电容和开关来实现电压的提升和反相。具体的工作过程可以分为四步： 第一步，两个开关（S1、S3）闭合，电源电压（+5V）对电容C1充电，使C1两端的电压达到+5V。 第二步，另外两个开关（S2、S4）闭合，将C1中储存的电荷转移到另一个电容C3，同时C3的电压也可能升高到+5V。 第三步，C3与电源+5V相加，通过另外两个开关（S5、S7）向C2充电，使C2的电压达到+10V。 第四步，通过最后两个开关（S6、S8），C2中的电荷转移至C4，由于电荷转移的效应，C4的电压能够达到-10V。 双电荷泵电路中的每个步骤都是电荷转移的过程，电容作为储能元件用于储存和转移电荷，而振荡器则用于驱动这些开关按照特定的顺序闭合，从而实现整个电压转换的过程。 当电荷泵稳定工作时，电源电压+5V会周期性地为C1充电，并通过S1和S3闭合来完成。同时，C2和C4也会交替地进行充电和放电，形成一个稳定的电压输出。通过监测泵电容C1和C2两端的电压波形，可以判断双电荷泵及芯片内驱动振荡器的工作状态是否正常。 这种电平转换器的关键优势在于其能够使用简单的电路设计来实现复杂的电压转换，同时它也使得RS232设备能够在不依赖外部电源的情况下进行通信。这也说明了为什么RS232接口在早期计算机和通信设备中得到广泛的应用，直到今天，许多设备在进行串行通信时，依然依赖于RS232标准。