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無線電子工学および電気工学の百科事典 RS-232 インターフェース用のガルバニック絶縁ブロック。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
RS-232 インターフェースを介して接続された機器、たとえばコンピュータと周辺機器の筐体間には、かなり大きな電位差が生じることがあります。 これは、高電圧設備で作業する場合だけでなく、従来の機器が誤って接地されているか、信頼性が低い場合にも発生します。 このような場合に通信線を流れる均等化電流により、送信信号が歪み、コンピュータのマザーボード上にあるインターフェイス チップを含むインターフェイス チップが損傷することがよくあります。 後者を交換するのは安くありません。 接続された機器間を電気的に接触させることなく、必要な信号をすべて伝送する光アイソレーションユニットを提案することで、トラブルの回避に貢献します。 説明したブロックでは、RS-232 インターフェイスの信号を送受信する回路の電気的絶縁は、高速ダイオード フォトカプラとオペアンプを使用した信号調整アンプを使用して実現されます。 ユニットの相互に分離された部分には、別々のネットワーク ソースから電力が供給されます。 インターフェイスラインから直接電力を供給されるトランジスタフォトカプラを使用することは不適切であると考えられていました。 まず、これらのフォトカプラのほとんどは速度が不十分なため、9600 ボーを超える伝送速度を達成できません。 第 XNUMX に、インターフェイス チップに追加の負荷がかかるため、インターフェイス チップが故障する可能性が高くなります。 1つのインターフェース回線に対する光アイソレーションユニットの図を図に示します。 232. RS-1 の標準レベルの入力信号は、保護回路 R1VD2VD1 を介して、リピータ回路に接続されたオペアンプ DAXNUMX に供給されます。
フォトカプラ U1 の発光ダイオードはカソードによって出力 DA1 に接続され、ダイオード VD3 によって逆電圧から保護されています。 抵抗 R2 はダイオードを流れる電流を制限します。 ノードの入力電圧が負の場合（ロジック 1 の送信に相当）、電流は発光ダイオードを流れ、フォトカプラ U1 のフォトダイオードは IR 放射の影響で導通状態になります。 その結果、オペアンプ DA2 の反転入力の電圧は非反転入力よりも大きくなり、ノードの出力も入力と同様に負になります。 正の入力電圧 (log 0) では、フォトカプラ U1 の発光ダイオードが消灯し、フォトダイオードが閉じます。 したがって、ノードの出力の電圧も正になります。 抵抗 R7 を介したフィードバックのおかげで、デカップリング ノードの 1 から 0 へのスイッチングしきい値と 0 から 1 へのスイッチングしきい値は同じではなくなり、ノイズ耐性が向上します。 図に示されているオペアンプと±12 Vの電源電圧を使用した場合の出力電圧レベルは±10,5 Vであり、RS-232規格の要件に完全に準拠しています。 抵抗 R8 は、問題のノードの外側に取り付けられた LED の制限抵抗であり、送信された論理レベルを信号で知らせます。 デカップリング ユニットの入力部と出力部への電源電圧 (それぞれ +12 VI、-12 VI、および +12 VII、-12 V II) は、ペアごとに絶縁された電源から供給される必要があります。 共通回路は共通です。 私と将軍II も互いに分離されています。 デカップリングユニットのプリント基板とその上の要素の配置を図に示します。 2.
KR544UD2A オペアンプは KR140UD11、KR140UD18 などで置き換えることができますが、送信信号の一時的な歪みが必要なデータ転送速度の許容値を超えないことを確認する必要があります。 AOD130A フォトカプラの代替品は、出力パルスの立ち上がりと立ち下がりの最小期間と、問題を解決するために必要な絶縁電圧に基づいて選択する必要があります。 デカップリング ユニットのバリエーションの 293 つでは、K1LP3 マイクロ回路内に配置されたダイオード フォトカプラが使用されました。 図に示すように、利用可能な端子を使用して外部回路をフォトカプラに接続できます。 7. ピン 8 と 2 は解放されたままになります。 ピン 4 と 3 の間の故障を避けるために、K293LP1 マイクロ回路のピン XNUMX 用の穴とコンタクト パッドをプリント基板上に作成しないでください。 ピン自体は取り付け前に取り外します。
RS-232 インターフェイスを介してデバイスを通信するには、多くの場合、RXD (周辺デバイスからコンピュータへのデータ) と TXD (逆方向のデータ) の 4 つの回路だけで十分です。 このような場合のデカップリングブロックの回路図を図1に示します。 このブロックは、上で説明した２つのデカップリングノードＡ１およびＡ２から構成されており、完全に同一であるが、上記の回路には逆方向に含まれている。 XS2 ソケットは直接、または「モデム」ケーブル (相互接続なし) を使用してコンピュータの COM ポート プラグに接続され、周辺機器は、コンピュータに接続されている場合とまったく同じ方法で XP1 プラグに接続されます。絶縁。
インターフェース ケーブル コネクタのハウジングは、多くの場合、後者のシールド編組を介してコンピュータおよび周辺機器のハウジングに接続されていることに注意してください。 このため、XS1 および XP1 コネクタのハウジングは、相互に、またデカップリング ユニットのハウジング (金属の場合) から慎重に絶縁する必要があります。 XNUMX つのコネクタに同時に触れると、感電する可能性がありますのでご注意ください。 XS1 ソケットの接点間のジャンパは、要求に応じて受信した周辺信号をシミュレートすることでコンピュータを「欺く」ために必要です。 制御信号の実際の交換がまだ必要な場合は、ジャンパが削除され、インターフェイス ラインごとにもう 1 つのデカップリング ユニットがブロックに追加されます。 DCD、RI、CTS、DSR ライン (コンピュータへの入力) では、これらのノードは A2 と同様にオンになります。 RTS および DTR ライン (出力) - AXNUMX と同様。 実際には DCD および RI ラインが使用されることは比較的まれであるため、通常は XNUMX つのデカップリング ノードがあれば十分です。 デカップリング ユニット用の 1 つの電源電圧は、ダイオード ブリッジ VD1 および VD2 の整流器を使用して、変圧器 T11,5 の絶縁巻線 II および III から得られます。 それらの値は安定しておらず、13,5 ～ XNUMX V (絶対値) の範囲にある可能性があります。 電源トランス T1 には特別な注意が必要です。 巻線間の絶縁は、デカップリング ユニットに取り付けられたフォトカプラの設計電圧以上の 1500 V 以上の電圧に耐える必要があります。 巻線 II と III は相互にシールドする必要があり、また巻線 I からもシールドする必要があります。そうしないと、インパルス ノイズが寄生容量を通じて通信ラインに侵入する可能性があります。 必要な電圧は、巻線が磁気回路の異なるコア、または XNUMX つのコア上のフレームの別個のセクションに配置されている小型変圧器の絶縁によってのみ耐えることができます。 ただし、必要な巻線を備えたこの設計の既製の変圧器を購入することは可能であり、それらの間にスクリーンがあったとしても可能である可能性は低いです。 残っているのは、全体的な電力の観点から適切なものを選択し、その二次巻線を巻き戻すことだけです。 比較的自由な磁気回路ウィンドウを備えた変圧器を優先する必要があります。 これにより、強化された絶縁とシールドを備えた巻線を手間をかけずに配置できるようになります。 新しい二次巻線の計算は難しくありませんが、一次電圧が 220 V、負荷電流が少なくとも 30 mA の場合、各二次巻線は 20 V を生成する必要があります (中間からのタップ付き)。 変圧器を変更する前に二次電圧を測定し、分解中に取り外した巻線の巻数を数えることにより、新しい変圧器の必要な巻数を簡単に決定できます。 電圧に比例して変化します。 巻線の直径は 0,1 ～ 0,15 mm です。 予備があれば必要な荷重に耐えられますが、薄いものは巻くのに非常に不便です。 工場で作られたトランスにはワニスが塗られていることがほとんどですが、ある程度の技術があれば、巻線や磁気回路のプレートを傷つけることなく分解することができます。巻線を損傷しないように注意してセットしてください。 ブレードが磁気回路の中心コアの内側に収まるには、ブレードが十分に狭くなければなりません。 分離できるプレートの部分が大きいほど、分解が成功する可能性が高くなります。 次に、磁気回路を万力で (ボール紙のスペーサーを介して) 優しくしっかりとクランプし、硬化鋼製の適切なサイズの補助プレートを使用して、クランプを外してセットから分離したままにしたプレートをフレームからノックアウトします。 通常、さらに分解しても問題はありません。 それが完了したら、フレームの対応するセクションから既存の二次巻線を取り外し、新しい二次巻線を巻きます。それらの間にスクリーンを設けることを忘れないでください-銅箔のオープンターンまたは巻線の層が順番に巻かれます。 巻線または巻線とスクリーンの間の絶縁として、油を塗ったコンデンサーペーパーを何層か重ねます。 蛍光灯の安定器などに使われている大容量の紙製コンデンサを分解することで「入手」できます。 巻き戻しが終わったら磁気回路板を元の位置に戻します。 いくつかの皿が「余分」に残されても動揺しないでください。 これはトランスの品質には影響しません。 フレーム上に XNUMX つの二次巻線を配置することができない場合は、それぞれ XNUMX つの十分に絶縁された二次巻線を備えた XNUMX つの同一の変圧器を作成できます。 それらの一次巻線はネットワークに並列に接続されています。 ブロックを組み立てたら、まずコネクタ XS1 と XP1 の回路間の絶縁を確認する必要があります。 最初のコネクタの接点または本体と 1 番目のコネクタの接点または本体の間に接続された抵抗計は、無限に高い抵抗を示すはずです。 重要な場合には、適切なテスト電圧を生成するメガーを使用して絶縁をチェックします。 その端子の 1 つは XS1 ソケットの接点と本体に接続され、互いにしっかりと接続され、XNUMX 番目の端子は XPXNUMX プラグと同じ方法で接続されます。 電源ネットワークと、変圧器 TXNUMX の磁気コアおよびスクリーンの両方からインターフェイス回路の絶縁を確認する必要があります。 組み立てたユニットをコンピュータや周辺機器に接続せずに初めて電源を入れます。 対応するコネクタのピン 1 を基準とした XS2 ソケットのピン 6、8、9、1、3 と XP4 プラグのピン 7、1、5 の電圧を測定します。 +10 V を超える必要があり、反対側のコネクタの同じ番号の接点に印加されると、-5 V 未満の電圧 (このコネクタのピン 5 に対して) はマイナスの -10 V 以下に変化します。 対応する LED が同時に点灯するはずです。 当然のことながら、組み立てられた構造内にデカップリング ユニットが装備されている回路のみが検査の対象となります。 たとえば、図に示す図によるブロックでは、 4、XS2 ソケットのピン 5 と 1 の間、および XP3 プラグのピン 5 と 1 の間の電圧を確認してください。 ユニットが動作していることを確認したら、ユニットをコンピュータと周辺機器の間に接続し、(コンピュータから先に) 電源を入れ、テストまたは動作するプログラムを使用して、データが正しく転送されることを確認します。 説明されている 340 チャンネル バージョンのユニットは 2000 年半以上正常に動作しており、コンピュータと 18031 V の電位で動作する TDS-XNUMX オシロスコープ間の通信を提供しています。別の部屋に設置された XNUMX マイクロプロセッサをベースにした産業用コントローラーを搭載したコンピューター。 最大情報転送速度は 19200 ボーです。 理論的にはそのような可能性はありますが、高速で動作する必要はありませんでした。 著者：N。マラミギン、モスクワ
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