本文介紹了多個具有獨立和/或重疊特性的系列：通過使用內部電荷泵僅 5V 工作電壓，使用高效內部電荷泵僅 3V 工作電壓，不使用時自動關斷至 1μA 電源電流，并在接收信號時自動喚醒，±15kV ESD 保護，高效驅動器可節省 50% 的功耗，和/或可控的 DTE 或 DCE 功能，無需特殊的零調制解調器電纜。對IEC 801-2測試方法進行了處理，并提供了ESD測試注意事項的列表。

Maxim率先將電荷泵DC/DC轉換器用于RS-232接口IC，目前已提供超過54種此類產品。Maxim的首批產品工作電壓為+5V，輸出功率大于RS-5標準要求的±232V。新產品具有改進，例如 3V 工作電壓（僅使用 0 個 1.15μF 外部電容器）、±1kV ESD 保護和 <>μA 空載電源電流。

許多數字系統已轉向3V工作，以增加密度，同時降低功耗。Maxim推出了工作在232.3V和0.3V的RS-3接口IC，其中許多IC僅使用0個1.1μF電容（表<>）。

表 1.3V 和 3.3V RS-232 IC

*接收器已禁用

Maxim是唯一一家同時使用人體模型和IEC 232-15氣隙放電方法（見側欄）指定并實現±801kV ESD保護的RS-2 IC制造商。Maxim的擴展ESD保護功能消除了對TransZorb?等昂貴外部保護器件的需求，同時防止了代價高昂的現場故障。

為了進一步簡化RS-232應用，Maxim最近推出了收發器，該收發器在不使用時自動關斷，將電源電流降低至1μA，比其他器件提高了一千倍。此操作有助于延長便攜式設備（如筆記本電腦、掌上計算機和條形碼掃描儀）的電池壽命。

內部數控開關將Maxim RS-232收發器從DTE端口（數據終端設備）轉換為DCE端口（數據通信設備），也簡化了應用。

轉向 3V 操作

筆記本電腦和其他便攜式設備的標準電源電壓正在迅速變為3V。為了滿足這一市場的需求，許多5V RS-232器件已被重新定性為3V工作。雖然這些器件不會產生RS-5通信所需的±232V輸出擺幅，但它們確實滿足EIA/TIA-562對±3.7V輸出擺幅的要求。EIA/TIA-562可與RS-232互操作，但其輸出電壓不足以為鼠標供電，鼠標的微控制器在5V時通常需要5mA電流。

為了克服這些重新表征器件的局限性，Maxim開發了MAX3241系列3V收發器，具有低靜態電流、驅動鼠標的能力、部分（或全部）接收器處于活動狀態的低功耗待機模式、直通引腳排列和工作頻率高達230kbaud（支持高速調制解調器）。

獨特的輸出級功耗降低 50%

Maxim在開發3V器件方面的關鍵創新是驅動器輸出結構，從輸入到輸出的壓降非常低。低壓降很重要，因為3.3V RS-232收發器的理想DC/DC轉換器是容性倍壓器。一個完美的倍增器將為6V最小輸入產生3V的電壓，而驅動器輸出級和DC/DC轉換器本身的損耗僅剩1V。

此外，理想RS-232收發器的輸出擺幅為±5V，容差為零。至少需要 ±5V 以符合 RS-232 規范，但任何高于 5V 或低于 -5V 的擺幅都會浪費功率。因此，無論輸入電壓如何，MAX3241系列成員都可以將其內部倍壓DC/DC轉換器調節至5.4V，剛好足以在覆蓋驅動器輸出級200mV壓降后提供安全裕度。其結果是標稱 3.3V 電源軌下的功耗最小。

一個理想的（無損）容性倍壓器，非穩壓，在一個6.6V輸入時產生3.3V，在10V輸入時產生5V電壓。因此，具有內部232V倍頻器的RS-5收發器會浪費其輸出（5V）和RS-10標準規定的所需±5V之間的232V差。因此，內部3.3V倍增器僅浪費1.6V，效率更高。

類似地，理想的3.3V容性三倍頻器產生9.9V電壓。所需輸出為5V，因此總效率僅為5/9.9 （51%）。比較3.3V倍頻器與3.3V三倍頻器的另一種方法是，RS-1負載每消耗232mA電流，倍增器消耗2mA電流（來自3.3V電源），而三倍頻器必須吸收3mA電流。因此，當高速驅動長RS-3電纜的容性負載時，3.232V倍增器節省的功率甚至更大（圖1）。

圖1.MAX3241 （帶倍壓器）的功耗僅為基于三倍電壓器的競爭器件的一半。另請注意，MAX3241在數據速率的四倍時保持有效的RS-232輸出電平。

RS-232驅動器還必須提供輸出電流，以驅動與線路遠端RS-3接收器相關的輸入電阻（7kΩ至232kΩ），以及負載電容的充電和放電（RS-2標準規定的高達5.232nF）。該充電/放電電流隨頻率增加，在80k位/秒（40kHz）的數據速率下超過阻性電流。因此，高數據速率下的倍壓器可以節省更多功率。

自動關斷—理想的RS-232 IC

大多數便攜式系統中的RS-232端口僅在通電的一小部分時間內發送和接收;其余時間可能會不必要地浪費電力。因此，理想的RS-232收發器應在不發送或接收時自行關閉。

早期用于便攜式系統的RS-232 IC提供了一個關斷引腳，但結果是完全關斷（深度睡眠），芯片無法檢測傳入數據。因此，下一步是提供在關斷期間保持活動狀態的接收器。

理論上，如果操作系統在適當的延遲后沒有看到傳入的數據轉換或狀態線更改，則可以關閉RS-232端口。但是延遲周期的選擇存在一個問題——如果你碰巧在數據突發開始時斷電，你可能會錯過數據，你可能會錯過一些喚醒系統并啟動上電的數據。由于這些原因，設計人員很少通過重寫BIOS/操作系統來引入監視延遲。

Maxim工程師在設計新型RS-232收發器時有以下目標：

僅在發送和接收數據時使用電源。

在不影響性能的情況下實現目標 #1。

在不增加成本的情況下實現目標 #1。

一種顯而易見的方法是包括一個定時器，該定時器在所需的時間間隔后關斷IC。但這通過增加模具面積來阻礙目標 #3。更好的解決方案是監控所有輸入數據線的有效RS-232信號電壓水平。所有接收器輸入都將接近地電位，例如，如果RS-232端口未連接或遠端收發器關閉。無論哪種方式，缺乏有效信號電平都會導致芯片自動進入關斷模式，從而將典型的空載電源電流減小至 1μA。

Maxim最近推出了四款具有自動關斷功能的器件（表2）。大多數包括一個輸出（有效的RS-232），該輸出向系統處理器指示電纜的另一端是否連接了活動的RS-232端口。MAX3212更進一步;它包括一個轉換檢測電路，其鎖存輸出作為中斷施加，可以在任何輸入線路上發生狀態變化時喚醒系統。

表 2.具有自動關斷電路的RS-232收發器

要了解自動關斷的優勢，請將Maxim早期RS-232收發器的電源電流與自動關斷收發器的電源電流進行比較：

自動關斷器件具有強制開機//強制關斷控制（

圖 2

），可覆蓋自動電路并強制收發器進入低功耗待機狀態或正常工作狀態。當兩個控制均未置位時，IC會自動在這些狀態之間進行選擇。因此，系統無需更改現有 BIOS/操作系統即可節省電量。

圖2.MAX3223收發器系列兼具易用性（自動關斷）和靈活的超控控制功能，可強制IC關斷或正常工作。

一個 IC 中的 DTE/DCE 消除了零調制解調器

RS-232收發器還可以在兩種標準配置之間切換：DTE端口和DCE端口。最常見的示例是連接到外部調制解調器（DCE 端口）的啞終端或個人計算機（DTE 端口）。對于這種情況，連接電纜提供直通的 1 對 1 連接。同樣，打印機的串行電纜設計為插入計算機端的 DTE 端口。

但是，如果必須將兩臺計算機連接在一起，則會出現問題。兩者都是 DTE，因此標準 DTE 到 DCE 電纜不起作用。通常的解決方案是使用特殊的 LapLink? 電纜或將其中一個 DTE 端口轉換為 DCE 的“空調制解調器”。零調制解調器只不過是兩個背靠背連接器，其中各種電線轉置。最常見的零調制解調器類型完全由單芯片（MAX214）實現，其內部電路（在單個邏輯電平輸入的控制下）執行所有必要的接線轉換。

Maxim實現業界最高的ESD保護：±15kV

防護等級符合人體模型和IEC 801-2氣隙放電方法

ESD（靜電放電）在每次有人更換電纜或觸摸I / O端口時都會威脅到電子系統。伴隨這些常規事件的放電會破壞連接到端口的一個或多個接口 IC，從而使 I/O 端口無用。這些故障在保修維修和感知質量方面都可能很昂貴。

ESD可能會對制造商造成進一步的損害，因為如果設備制造商的設備未能達到IEC 801-2規定的最低ESD性能水平，則設備制造商可能很快就會被禁止向歐洲共同體銷售產品。

這兩個因素促使Maxim開發了具有±232kVESD保護的RS-15系列產品（表A）。這些接口 IC 是唯一使用人體模型和 IEC 15-801 氣隙放電方法指定并實現 ±2kV ESD 保護的接口 IC。Maxim的高ESD保護功能消除了對TransZorb等昂貴的外部保護器件的需求，同時防止了昂貴的現場故障。

表 A. 具有 ±232kV ESD 保護的 RS-15 接口 IC

較舊的 ESD 測試方法

測試集成電路的ESD敏感性通常有兩種方法。最古老的是MIL標準3015（也稱為人體模型）的7.883方法，旨在幫助制造商了解封裝和處理IC所需的預防措施。該方法針對所有其他引腳測試每個封裝引腳，并根據發生第一次故障的電壓（通常在最易受ESD影響的引腳上）對器件進行分類。施加的ESD波形來自稱為人體模型的電路（圖A）。電容（100pF）模擬人體的電容，電阻（1500Ω）模擬包括人體、IC和地的放電路徑中的典型串聯電阻。

圖A.大多數ESD標準規定了相同的測試電路，但具有不同的元件值。

另一種方法是EIAJ方法IC-121（也稱為機器模型）應用類似于IC與自動處理設備接觸時產生的波形。該方法由日本電子工業協會（EIAJ）開發，也使用圖A的設置，但R1和C1的值不同。電阻代表人拿著螺絲刀等金屬物體，電容是人體的電容。對于生成的波形，上升和下降時間比人體模型的上升和下降時間更陡峭。

這兩種方法是互補的，因此不應選擇其中一種方法。由于ESD會在制造過程中、印刷電路板組裝期間以及最終產品投入使用后影響IC，因此應基于這兩種方法進行測試，以充分保證IC對制造和插入的嚴格要求具有耐受性。

但是，這兩種方法都無法準確評估與外界連接的IC的可靠性。這兩種方法都根據任何引腳上的最低電壓故障對IC進行評級，如果器件包含I/O引腳，則這不是一個充分的測試。I/O引腳通常需要（并且通常具有）比其他引腳更高水平的ESD保護。

例如，IC的I/O引腳可能承受±15kV，而其他引腳只能承受±2kV。因此，上述兩種方法的額定電壓僅為±2kV。為了解決這個問題，制造商正在使用一種較新的測試方法 - IEC 801-2（由歐洲共同體開發的測試） - 用于對RS-232 IC和其他直接連接到“外部世界”的設備進行評級。因此，成功完成IEC 801-2可能很快成為在歐洲銷售設備的必要條件。

較新的ESD測試方法

雖然IEC 801-2最初旨在作為歐洲的設備級測試，但現在已在全球范圍內獲得認可，成為終端設備用戶可獲得的IC引腳最合適的ESD測試。與前兩種方法不同，IEC 801-2方法僅測試I / O引腳。因此，采用這種方法的器件ESD額定值完全取決于其I/O引腳提供的保護。

IEC 801-2 規定通過接觸放電或氣隙放電進行 ESD 測試。委員會更喜歡接觸放電，盡管這是一種妥協。由實際接觸引起的ESD事件更具可重復性，但不太現實。氣隙放電更真實，但幅度根據溫度、濕度、氣壓、距離和與 IC 的閉合速率而變化很大。

IEC 801-2 根據 I/O 引腳承受的最低-最大電壓定義了四個一致性級別（表 B）。這些液位同時適用于接觸式和氣隙放電。Maxim的IC滿足接觸和氣隙放電的最高等級（四級），是唯一達到這一保護水平的RS-232 IC。

表 B. IEC 801-2 合規級別

測試IC的ESD耐用性需要使用“ESD槍”。該噴槍允許使用接觸或氣隙放電進行測試。接觸放電需要在施加測試電壓之前，噴槍和IC之間的物理接觸。另一方面，氣隙放電要求噴槍在接近IC之前（從垂直方向，并盡可能快地）用測試電壓充電。第二種技術在距離測試單元的某個臨界距離處產生火花。

氣隙放電產生的ESD類似于實際的ESD事件。但是，與實際的ESD一樣，氣隙放電種類不容易復制。它取決于許多不容易控制的變量。因此，IEC 801-2 推薦使用接觸放電技術，證明了可重復性在測試中的普遍重要性。在任何一種情況下，測試程序都要求在每個測試級別至少放電十次。

ESD 測試的注意事項

做使用標準測試設備。ESD測試中的可重復性已經足夠困難了，因為它不會通過自制設置引入額外的未知因素。對于IEC 801-2測試，Maxim使用Schaffner的NSG 435 ESD噴槍。為了測試MIL-STD-883方法3015.7，Maxim使用IMCS的4000型測試儀。

做在ESD測試之前和之后，對被測器件執行一套完整的參數測試。ESD通常會導致災難性故障，但它也可能引入微妙和潛在的損壞，這些損壞后來表現為現場故障。尤其應密切監測泄漏電流，以檢測這種損壞。

做測試ESD電壓的整個范圍（不僅僅是上限）。許多ESD保護結構可以承受保證的最高ESD電壓，但在較低水平上失效。Maxim測試每個器件引腳，從200V開始，以200V為增量，直到發生故障或達到ESD測試儀的限值。

做要求性能達到所有相關標準。例如，MIL-STD-883模擬IC在組裝和分配（運輸）過程中遇到的ESD。IEC 801-2僅適用于連接在本地系統外部的引腳，可模擬終端設備中可能發生的ESD事件。

做在通電和關機的情況下執行 IEC 801-2 測試。一些競爭IC，包括雙極性和CMOS，在通電時受到ESD事件的影響時會出現SCR鎖存。SCR 閂鎖會導致破壞性電源電流。即使不是破壞性的，閂鎖通常也會阻止正常工作，直到通過關閉IC的電源將其移除。

不要誤用標準。一些標準涉及分銷和制造過程中所有引腳的存活;其他方法僅解決終端設備中可從外部訪問的引腳的生存問題。

不要相信未經證實的聲明，這些聲明不會提供有關所用測試設備或程序的信息。

不要假設雙極IC本質上優于CMOS IC，反之亦然。重要的是應用程序中的實際性能。

審核編輯：郭婷