ESD防护SP3232E真+3.0V至+5.5V RS-232收发器

特征

采用+3.0V至+5.5V电源，符合真正的EIA/TIA-232-F标准
满载时最低 120Kbps 数据速率
1μA 低功耗关断，接收器处于活动状态 （SP3222E）
可与低至 +2.7V 电源的 RS-232 互操作
增强的ESD规格：
±15kV人体模型
±15kV IEC1000-4-2 放电
±8kV IEC1000-4-2接触放电

外观和丝印

引脚定义

图5. SP3232E的引脚配置

SP3222E/3232E 系列是一款 RS-232 收发器解决方案，适用于便携式或手持式应用，例如笔记本电脑或掌上电脑。 SP3222E/3232E 系列具有高效电荷泵电源，在 3.3V 工作电压下仅需 0.1μF 电容。 该电荷泵允许SP3222E/3232E系列采用+3.3V至+5.0V的单电源供电，提供真正的RS-232性能。 SP3222E/3232E 是 2 驱动器/2 接收器器件。 该系列非常适合便携式或手持式应用，例如笔记本电脑或掌上电脑。 对于人体模型和 IEC1000-4-2 空气放电测试方法，SP3222E/3232E 器件的 ESD 耐受性均超过 ±15kV。 SP3222E器件具有低功耗关断模式，其中器件的驱动器输出和电荷泵被禁用。 在停机期间，电源电流降至小于 1μA。

型号 温度范围 封装类型

SP3232ECA … 0˚C to +70˚C … 16-Pin SSOP
SP3232ECA/TR … 0˚C to +70˚C … 16-Pin SSOP
SP3232ECP … 0˚C to +70˚C … 16-Pin PDIP
SP3232ECT … 0˚C to +70˚C … 16-Pin WSOIC
SP3232ECT/TR … 0˚C to +70˚C … 16-Pin WSOIC
SP3232ECN … 0˚C to +70˚C … 16-Pin nSOIC
SP3232ECN/TR … 0˚C to +70˚C … 16-Pin nSOIC
SP3232ECY … 0˚C to +70˚C … 16-Pin TSSOP
SP3232ECY/TR … 0˚C to +70˚C … 16-Pin TSSOP
SP3232EEA … -40˚C to +85˚C … 16-Pin SSOP
SP3232EEA/TR … -40˚C to +85˚C … 16-Pin SSOP
SP3232EEP … -40˚C to +85˚C … 16-Pin PDIP
SP3232EET … -40˚C to +85˚C … 16-Pin WSOIC
SP3232EET/TR … -40˚C to +85˚C … 16-Pin WSOIC
SP3232EEN … -40˚C to +85˚C … 16-Pin nSOIC
SP3232EEN/TR … -40˚C to +85˚C … 16-Pin nSOIC
SP3232EEY … -40˚C to +85˚C … 16-Pin TSSOP
SP3232EEY/TR … -40˚C to +85˚C … 16-Pin TSSOP

绝对最大额定值

这些仅是应力等级，并不意味着设备在这些额定值或以下规格的操作部分中指示的任何其他额定值下的功能运行。长时间暴露在绝对最大额定值条件下可能会影响可靠性并对设备造成永久性损坏。
VCC…-0.3V至+6.0V
V+ （注1）…-0.3V至+7.0V
V-（注1）…+0.3V至-7.0V
V+ + + |V-| （注1）…+13V
ICC（直流VCC或GND电流）…±100mA

输入电压
TxIN、EN … -0.3V至+6.0V
RxIN … ±15V

输出电压
TxOUT … ±15V
RxOUT … -0.3V 至 （VCC + 0.3V）

短路持续时间
TxOUT …连续的
储存温度 … -65°C 至 +150°C

每个封装的功耗

20引脚SSOP（+70°C以上降额9.25mW/oC）…750毫瓦
18引脚PDIP（+70oC以上降额15.2mW/oC）…1220毫瓦
18引脚SOIC封装（+70°C以上降额15.7mW/oC）…1260毫瓦
20引脚TSSOP （+70oC以上降额11.1mW/oC） …890毫瓦
16引脚SSOP（+70°C以上降额9.69mW/oC）…775毫瓦
16引脚PDIP（+70oC以上降额14.3mW/oC）…1150毫瓦
16引脚宽SOIC（+70oC以上降额11.2mW/oC）：900mW
16引脚TSSOP （+70oC以上降额10.5mW/oC） …850毫瓦
16引脚nSOIC封装（+70°C以上降额13.57mW/°C）…1086毫瓦

图7. SP3232E典型工作电路

描述

SP3222E/3232E 收发器符合 EIA/TIA-232 和 V.28/V.24 通信原型，可用于电池供电、便携式或手持式应用，例如笔记本电脑或掌上电脑。 SP3222E/3232E器件均采用Sipex专有的板载电荷泵电路，采用+3.0V至+5.5V单电源为RS-232电压电平产生2 x VCC。 该系列非常适合需要真正RS-232性能的+3.3V纯系统、+3.3V至+5.5V混合系统或+5.0V纯系统。 SP3222E/3232E 系列的驱动器在满载时以 235Kbps 的典型数据速率运行。

SP3222E 和 SP3232E 是 2 驱动器/2 接收器设备，非常适合便携式或手持式应用。 该SP3222E具有 1μA 关断模式，可降低功耗并延长便携式系统的电池寿命。
其接收器在关断模式下保持活动状态，允许仅使用 1μA 电源电流监控调制解调器等外部设备。

工作原理

SP3222E/3232E 系列由三个基本电路模块组成：1. 驱动器、2. 接收器和 3. Sipex 专有电荷泵。

驱动器

驱动器是反相电平发送器，可将TTL或CMOS逻辑电平转换为相对于输入逻辑电平反相的±5.0V EIA/TIA-232电平。 通常，RS-232 输出电压摆幅为 ±5.5V（无负载），满载时至少为 ±5V。 驱动器输出具有对地无限短路保护，而不会降低可靠性。 驱动器输出将满足 EIA/TIA-562 的 ±3.7V 电平，电源电压低至 2.7V。

驱动器通常可以以 235Kbps 的数据速率运行。 驱动器可以保证 120Kbps 的数据速率，满载 3KΩ 和 1000pF，确保与 PC 到 PC 通信软件的兼容性。

驱动器输出的压摆率在内部限制为最大 30V/μs，以满足 EIA 标准（EIA RS-232D 2.1.7，第 5 段）。 负载输出从高电平到低电平的转换也满足标准的单调性要求。

SP3222E/3232E 驱动器可以在满载时保持高达 235Kbps 的高数据速率。图8显示了用于测试RS-232驱动器的环回测试电路。图9显示了所有驱动器均以120Kbps速率工作，RS-232负载与1000pF电容并联的环回电路的测试结果。图10显示了测试结果，其中一个驱动器以235Kbps的速度工作，所有驱动器都加载了一个RS-232接收器和一个1000pF电容器。 稳定的 120Kbps RS-232 数据传输速率与个人计算机外设和 LAN 应用中的许多设计兼容。

当器件处于关断模式时，SP3222E驱动器的输出级关闭（三态）。当电源关闭时，SP3222E器件允许将输出驱动至±12V。 驱动器的输入没有上拉电阻。设计人员应将未使用的输入连接到 VCC 或 GND。

在关断模式下，电源电流降至小于 1μA，其中 SHDN = LOW。 当SP3222E器件关断时，器件的驱动器输出被禁用（三态），电荷泵关断，V+下拉至VCC，V-下拉至GND。 退出关断所需的时间通常为100μs。
如果未使用关机模式，请将 SHDN 连接到 VCC。 SHDN 对 RxOUT 或 RxOUTB 没有影响。当它们变为活动状态时，两个驱动器输出进入相反的 RS-232 电平，其中一个驱动器输入为高电平，另一个驱动器输入为低电平。 请注意，仅当 V- 的幅度超过大约 3V 时，驱动器才会启用。

图8. SP3222E/3232E驱动器环回测试电路

接收器

接收器将EIA/TIA-232电平转换为TTL或CMOS逻辑输出电平。 所有接收器都具有反相三态输出。 当使能控制EN = HIGH时，这些接收器输出（RxOUT）为三态。 在关断模式下，接收器可以处于活动状态，也可以处于非活动状态。 EN 对 TxOUT 没有影响。 SP3222E/3232E驱动器和接收器输出的真值表逻辑如表2所示。

由于接收器输入通常来自传输线，电缆长度较长且系统干扰会降低信号质量，因此输入的典型迟滞裕度为300mV。 这确保了接收器几乎不受嘈杂的传输线的影响。 如果输入未连接，则一个接地的5kΩ下拉电阻器会使接收器的输出进入高电平状态。

电荷泵

电荷泵是 Sipex 专利设计 （5,306,954），与效率较低的旧设计相比，采用了独特的方法。 电荷泵仍然需要四个外部电容器，但采用四相电压转换技术来实现对称的 5.5V 电源。 内部电源由一个稳压双电荷泵组成，在+3.0V至+5.5V范围内提供5.5V输出电压，而不考虑输入电压（VCC）。

在大多数情况下，使用C5处的0.1μF旁路电容可以充分实现电源去耦（参见图6和图7）。
在对电源噪声敏感的应用中，使用与电荷泵电容 C1 相同值的电容器将 VCC 解耦至地。 将旁路电容器物理连接得尽可能靠近 IC。

电荷泵利用内部振荡器在不连续模式下工作。 如果输出电压小于5.5V幅度，则电荷泵使能。 如果输出电压超过5.5V的幅度，则电荷泵被禁用。 该振荡器控制电压转换的四个相位。下面对每个阶段进行说明。

第 1 阶段

— VSS电荷存储 — 在时钟周期的这一阶段，电容器C1和C2的正极最初向VCC充电。 然后将 Cl+ 切换到 GND，并将 C1– 中的电荷转移到 C2–。 由于 C2+ 连接到 VCC，因此电容器 C2 两端的电压电位现在是 VCC 的 2 倍。

第 2 阶段

— VSS传输 — 时钟的第二相位将C2的负极端连接到VSS存储电容器，将C2的正极端子连接到GND。 这会将产生的负电压传递到 C3。 产生的电压被调节到-5.5V的最小电压。 在将电压传输到C3的同时，电容器C1的正极接通至VCC，负极接入GND。

第 3 阶段

— VDD 电荷存储 — 时钟的第三相与第一相相同 — 在 C1 中传输的电荷在 C1 的负极端子中产生 –VCC，该电荷施加到电容器 C2 的负极。 由于 C2+ 位于 VCC，因此 C2 两端的电压电位是 VCC 的 2 倍。

第 4 阶段

— VDD传输 — 时钟的第四相将C2的负极端子连接到GND，并将该产生的正电压通过C2传输到C4，即VDD存储电容器。 该电压调节至+5.5V。 在此电压下，内部振荡器被禁用。 在将电压传递到C4的同时，电容C1的正极接通VCC，负极接入GND，使电荷泵周期再次开始。 只要内部振荡器的工作条件存在，电荷泵周期就会继续。

由于 V+ 和 V– 都是从 VCC 单独生成的;在空载条件下，V+ 和 V– 将对称。 由于设计中固有的低效率，从 V+ 产生 V– 的旧电荷泵方法与 V+ 相比，V– 的幅度会降低。

电荷泵的时钟速率通常工作在250kHz。 外部电容可低至0.1μF，额定击穿电压为16V。

ESD 容限

SP3222E/3232E 系列在所有驱动器输出和接收器输入引脚上集成了坚固耐用的 ESD 单元。ESD结构比我们以前的系列有所改进，适用于对静电放电和相关瞬变敏感的更恶劣的应用和环境。 改进的ESD容限至少为±15kV，不会损坏或闩锁。

ESD测试有不同的方法：
a） MIL-STD-883，方法 3015.7
b） IEC1000-4-2 空气排放
c） IEC1000-4-2 直接联系

人体模型一直是公认的半导体ESD测试方法。 MIL-STD-883 方法 3015.7 中也规定了此方法，用于 ESD 测试。该ESD测试的前提是模拟人体存储静电能量并将其释放到集成电路的潜力。仿真是通过使用测试模型执行的，如图 17 所示。 该方法将测试 IC 在正常处理期间承受 ESD 瞬态的能力，例如在经常处理 IC 的制造区域。

IEC-1000-4-2，以前称为IEC801-2，通常用于测试设备和系统的ESD。 对于系统制造商来说，他们必须保证一定程度的ESD保护，因为系统本身暴露在外部环境和人类存在中。
IEC1000-4-2 的前提是，当 ESD 应用于人员在正常使用期间可触及的设备点和表面时，系统需要承受一定量的静电。
当ESD源施加到连接器引脚时，收发器IC接收大部分ESD电流。 IEC1000-4-2的测试电路如图18所示。 IEC1000-4-2 中有两种方法，空气放电法和接触放电法。

使用空气放电方法，通过空气向被测设备 （EUT） 施加 ESD 电压。这模拟了一个带电的人准备将电缆连接到系统后部，却在人接触后面板之前发现一个令人不快的敲击声。在他或她接触系统之前，人身上的高能量势通过弧形路径放电到系统的后面板。 这种能量，无论是直接放电还是通过空气放电，主要是放电电流的函数，而不是放电电压的函数。
空气放电的变量，例如将ESD电位带到系统的物体的接近速度和湿度，往往会改变放电电流。 例如，放电电流的上升时间随接近速度而变化。

接触放电法将ESD电流直接施加到EUT。 该方法旨在降低ESD电弧的不可预测性。 放电电流上升时间是恒定的，因为能量直接传递而没有气隙电弧。 在手持系统等情况下，ESD电荷可以从已经持有设备的人直接释放到设备中。 电流直接传输到键盘或设备的串行端口，然后通过PCB传输，最后到达IC。

图17和图18中的电路模型代表了用于所有三种方法的典型ESD测试电路。 当第一个开关 （SW1） 接通时，CS 最初使用 DC 电源充电。 现在电容器已充电，第二个开关 （SW2） 接通，而 SW1 关闭。 然后，存储在电容器中的电压通过限流电阻 RS 施加到被测设备 （DUT） 上。 在 ESD 测试中，SW2 开关是脉冲的，以便被测器件接收到持续的电压。

对于人体模型，限流电阻 （RS） 和源电容 （CS） 分别为 1.5kΩ 和 100pF。对于IEC-1000-4-2，限流电阻（RS）和源电容（CS）分别为330Ω和150pF。
IEC1000-4-2模型中较高的CS值和较低的RS值比人体模型更严格。当 SW2 接通时，较大的存储电容器会向测试点注入更高的电压。较低的限流电阻增加测试点的电流电荷。