关于在电子产品设计中的通信接口设计

qewnja

开始：
1、问题出现：
根据公司售后服务部反应，在最近的一个低成本的产品设计中频繁出现CPU烧坏的现象，测试发现都是CPU电源引脚对地呈短路状态，怀疑是CPU供电电源部分出现了异常，用示波器和万用表等设备对CPU引脚进行长时间观察未发现异常，进一步调查发现烧坏CPU一般都是在进行固件升级的时候，或者在升级之前，或者在升级之后。
2、问题分析：
从硬件工程师那边将原理图和PCB要来之后进行分析，发现这款产品由于定位为低成本，所以其中精简了不少元器件，只保留了基本功能，包括在线升级固件的电路也去掉，这样就需要在产品的外部接一个TTL转RS232的设备（以下简称“转接盒”），通过此转接盒可以连接到电脑或者链接到调试屏（如上图所示），测试工程师在进行测试的时候一般流程为：
1、将设备上电。
2、将转接盒接和调试屏链接，再与终端设备连接。
3、用调试屏查看固件版本号，如版本较低则升级为最新版本，否则进行软件功能测试。
这其中没有其他严重违规操作，与其它同类型产品的流程也一样，同样进行了电压测试未发现异常，于是将设备拿到测试工程师那边让其从头至尾做一遍，在测试过程中居然又发现了一台设备CPU烧坏，真是在眼皮下发生的，于是让测试工程师反复重复刚才的过程，终于发现了问题，如下图1所示，硬件工程师在设计升级接口时采用了如下的线序：
1、地
2、RX
3、TX
4、Power
但是问题来了，由于调试屏是从设备中取电，电压为DC 24V，当设备在上电状态时将已和调试屏连接好的转接盒插到终端接口上时会产生一个很大的电火花，然而就是这个电火花造成了CPU的RX、TX引脚直接暴露在了24V的强电下，造成了损坏，由于公司的设备都是汽车产品，所以在供电上要求一个较宽的电压范围（9V-40V）所以在调试屏中电源入口处皆有一个50V 220uF的电解电容，将转接盒接入到终端设备上时由于电容特性瞬间等同于短路状态，于是出现了一个放电火花，如果硬件工程师在设计电路的时候充分考虑到了这个问题那么通信接口按照下图2中的设计线序更改为：
1、 RX
2、TX
3、地
4、Power
则放电火花就只会产生在Power与地之间，RX TX就避免了损坏。[/COLOR]







3、问题解决：（大家以为事情到这就结束了？no，没那么简单。）
剩下的就是解决问题了，当然最简单的就是改板，将通信接口按照图2中的引脚定义重新做板即可，然而事与愿违，由于此设计缺陷的隐藏性在小批量试未发现，此接口定义已经与客户确定下来，设备已发送到各经销商处，所以改版的可能性没有了，至少在这一批产品中是没可能改版了，于是老总下命令了，一定要想办法解决这个问题（所以说，人都是逼出来的，这句话没错！），好吧，再想办法，既然产品都是在接入转接盒的时候出现电火花烧坏问题，那么只能在转接盒的电路上做手脚了，ok，电火花的产生原理是什么？在瞬间大量的电荷释放！那么如果在转接盒的电源处增加一个可自动调节电阻的电位器是不是可以解决问题呢？对了，有同学已经想到了“软启动”！！于是在转接盒的的电路中增加这样一个电路即可达到目的，如下图所示，经测试可以将转接盒以外的电路电压延迟400ms左右，至此问题解决。[/COLOR]




写在后面的话：1、关于转接盒，这款产品由于定位在低端，低成本，所以转接盒不是每一个产品都配有的，只有经销商或者售后服务部门才有。2、至于第二种线序的接线方式也不是很好，只要产生电火花就有可能涉及到RX TX两根线，具体原因大家可以查查电火花短路的相关知识。



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下面推荐几款深圳市麦诺克科技有限公司生产的优秀的总线隔离模块希望能够帮助大家。



1、CAN总线隔离模块：MRT1040DL(T)，可直接替换CTM8251、CTM1050、CTM1060 CTM1040系列模块
   文档下载地址：http://www.miractech.cn/upLoad/down/month_1204/201204242224238511.pdf

具有以下优点：
1、具有DC 1500V隔离功能；
2、真正隔离电源，不发热、高效、稳定；
3、宽压工作（2.9V-5.25V）；
4、完全符合"ISO 11898-24 V"标准；
5、速率最高达1Mbit/s；
6、在24V系统中防止电池对地的短路；
7、热保护；
8、对电磁干扰有高的抗干扰性；
9、至少可连接110个节点；
10、内部具有TVS防过压保护(MRT1040DLPT)；



2、 RS485总线隔离模块：MRT485DL(T)，可直接替换RSM3485、RSM485系列模块
    文档下载地址：http://www.miractech.cn/upLoad/down/month_1204/201204242226008594.pdf

1、具有隔离及总线保护功能于一身；
2、采用专用隔离电源芯片，真正隔离电源，不发热、高效、稳定；
3、同一个网络至少可连接 32 个节点；
4、宽电压供电+3V~+5.5V；
5、最高波特率达 1Mbps；
6、电磁辐射 EME 极低；
7、电磁抗干扰 EMI 性极高；
8、线缆：双绞线或 PROFIBUS 专用线缆；





3、 RS232总线隔离模块：MRT232SDL(T)，可直接替换RSM232系列模块
    文档下载地址：http://www.miractech.cn/upLoad/down/month_1204/20120424222910453.pdf
1、具有 DC 1500V 隔离功能；
2、满足 EIA/TIA-232-F 标准； 满载最
3、小数据速率 120Kbps； 热保护；
4、电磁辐射（EMI）低；
5、电磁敏感度（EMS）低；
5、直接使用，无需外加任何组件。
6、3.0V~5.25V 超宽工作电压范围。

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