Isolamento RS-232 con ADM3251

Dove sia necessario un isolamento galvanico della linea di comunicazione seriale RS232, tra microcontroller e unità remota, sono disponibili diverse soluzioni integrate, con una tensione di isolamento che arriva a 2.5kV.

Qui vediamo una soluzione basata sull'integrato ADM3251 di Analog Devices.

Si tratta, assieme a ADM3252, di transceiver RS-232 completamente isolatiche trasferiscono sia dati che potenza. Questi transceiver utilizzano la tecnologia isoPower e iCoupler di Analog Devices e hanno protezione isolata fino a 2,5 kV. Il modello ADM3251 ha un canale di trasmissione e uno di ricezione, mentre ADM3252 ha due canali di trasmissione e due di ricezione. Entrambi supportano velocità dati fino a 460 kbps. 
E' protetto contro ESD fino a 15kV.
Il lato digitale è compatibile TTL/CMOS da 3 a 5.5V, mentre il lato linea è conforme alle specifiche EIA/TIA-232E.

ADM3251 è disponibile in contenitore SOIC20W, mentre ADM3252 è in un contenitore CSPBGA.
Consideriamo quindi il primo, in quanto più adatto ad una realizzazione hobbistica.

Un oscillatore trasferisce energia al secondario di un trasformatore di accoppiamento, seguito da un duplicatore di tensione charge pump che alimenta il ricevitore e il trasmettitore della linea RS232.
Una coppia di codificatori/decodificatori trasferiscono i segnali della seriale sui trasformatori di isolamento.

Come si nota dall'application, sono necessari pochissimi componenti esterni: in sostanza 6 condensatori da 0.1uF.

Il circuito del prototipo è semplice e ricalca l'application:

Il connettore di ingresso è una fila di spine passo 2.54 adatta a collegarsi direttamente con la scheda di sviluppo LPCuB, mentre la connessione con la seriale è un DB9 femmina.

Il circuito è previsto per un funzionamento a 5V, quindi, allo schema dell'applicazione è stato aggiunto un DC/DC. Questa aggiunta deriva dal fatto che il trasferimento di energia al secondario avviene solo se la tensione di alimentazione è superiore a 4.5V; al di sotto di questa tensione l'oscillatore integrato si spegne. Questo vuol dire che non ci sono problemi se il microcontroller è alimentato a 5V. 
Però, se vogliamo utilizzare una tensione di 3V, occorre aggiungere un DC/DC isolato esterno.
E' stato previsto un economicissimo modello da 1W in DIP a 8 pin (si trova attorno ai 3-6 euro). Una rete LC in ingresso evita di ritrovarsi disturbi indesiderati sull'alimentazione del microcontroller, mentre un'altra rete LC in uscita riduce il rumore sull'alimentazione dell'interfaccia RS232.
Questi componenti saranno installati solamente se è richiesta una alimentazione a 3V.

I componenti per la versione a 5V:

C1.2.3.4.5.6     0.1uf 805
IC1                  ADM3251
X1                   DB25 femmina
SV1                 Molex 6 pin

Opzione per i 3V:
C7.8                0.1uF 805/1206
C9                   4.7uF tantalio a goccia
L3.4                 3.3-6.8uH
DC1                 DC/DC 3V-5V 1W DIP a 8 pin

Il circuito stampato è a faccia singola, facilmente eseguibile anche in casa. Nella realizzazione pratica è opportuno stagnare la superficie del rame per facilitare la saldatura dei componenti SMD e proteggere le piste dall'ossidazione.
Nel nostro caso è stato usato uno stagno a freddo di CIF.

I componenti SMD sono saldati sul alto rame, mentre i componenti a foro (X1, SV1, C9, L3, L4, DC1) sono installati sul lato opposto

La realizzazione pratica (senza i componenti del DC/DC installati):

Il segnale RS232 a 230 e 460 kbaud è trasmesso senza problemi su una connessione di circa 2m. Connessioni su cavo di lunghezza maggiore richiedono una riduzione del baudrate, ma 115 kbaud sono facilmente ottenibili.