MAX3232 每次只有在上电后，再连接串口线正常——保护电阻。RS232防雷保护

转载：http://m.newsmth.net/article/Circuit/298517?p=1

转载：http://www.360doc.com/content/18/0719/13/57938855_771643421.shtml

原问题：

做了块电路板，结果发现，要先对开发板上电, 再打开串口超级终端, 串口通信才可成功。
但是另外一块开发板却没有这个问题。
这一般是什么原因造成的？

自己遇到问题：

刚焊接好的板子，发现串口有问题，结果串口每次只有在断电上电后需要在上电后重新连接串口线

才能正常通信

原因简述：

缺少保护电阻，

解决办法：每次断电时拔掉串口线

下面所提到的问题，和上面链接中的问题(热插拔才可通信)，其实是同一个问题，
可能的原因是
  1. 232收发器芯片产生电压的那些小电容的数值是和数据手册上不太一致
  2. 232收发器芯片和232插座之间缺少串联保护电阻，或保护电阻数值太小。
  3. 原来的232收发器芯片可能部分失效了

如果1和2都已经做到了，将232收发器芯片的RXD输入管脚和插座RXD之间的串联保护电阻加大，比如换成1K或10K的，应该就可以了。如果还不成，就换个232芯片吧。

多说几句原因吧(以前碰到过该问题所以就研究过)：

在不通信的时候，PC串口的TXD管脚会输出-5V左右的电压，于是在开发板上的232收发器芯片的RXD对应的输入管脚(R1IN或R2IN)上维持着-5V左右的电压。当开发板断电时，232收发器芯片的电源管脚没有电压，V+/V-管脚也没有电压，唯独RXD输入管脚
(R1IN或R2IN)上维持这一个-5V左右的电平，不用多说就能明白这意味着什么。假如习惯上每次给开发板断电后却让串口依旧和 PC保持连接，这意味这232收发器芯片长期承受着RXD输入管脚-5V但同时又让电源管脚和V+/V-为零电平，特别当PC的TXD
输出维持这超过-5V甚至超过-6V的时候，久而久之，这颗芯片就会渐渐部分失效或全部失效，于是通信就失败了。所以换一个芯片往往就可以解决这个问题。

每次先打开串口程序而没有通信的时候，-5V或以下的电压就加在TXD管脚上了，如果此时开发板断电但是却接着串口，就相当于初始状态是先让232收发器芯片处于上述异常的工作条件，然后再给开发板上电的时候，就可能出现通信不成功的状况。

这个时候当带电拔插一下串口，相当于让232收发器芯片的RXD输入管脚去掉-5V电压，而保持其电源管脚、V+、V-管脚的电压，这是232芯片回复到正常的工作条件。如果232收发器芯片的失效程度还不深(不会深度“抱死”)，这个时候通信就可能恢复正常。

而如果重新启动一下串口程序，初始化过程会改变PC串口TXD的输出电压，让232收发器芯片的RXD管脚有一个恢复0电平的过程，这和上面拔插串口以便在RXD管脚上临时去掉一下-5V的电平，是一个效果。

另外，将那个RXD的串联电阻改大，起的作用就是在232收发器芯片的电源管脚掉电的时候，从RXD输入管脚(R1IN和R2IN)的输入电压被限流了，于是对芯片的损坏就不那么大，或者说进入故障异常的程度不会那么深，当开发板上电(也就是232收发器
芯片上电)的时候，就比较容易恢复正常状态。

通过实验的方法也可以验证上述分析。当开发板断电但是串口依然接着PC的时候，测量232收发器芯片对应于RXD输出到MCU的那个管脚，会发现该管脚的电压为显著的-0.x伏(被MCU的管脚给限制了所以不会很低，但是往往会有个-0.3或-0.5V)。当给开发板
上电后出现了上述故障时，测量一下232收发器芯片对应RXD输出到MCU的那个管脚的电平，你会发现该管脚一直维持为0电平，而不是期望的+3.3V/5V(取决于232收发器芯片的电源大小)，这就是RXD输出管脚好像被“抱死”了。而一旦热插拔或重新初始
化PC的串口后，会看到那个管脚的电平就回复到+3.3/5V，可以正常通信了。

所以，两个建议：

1. 当开发板断电后，应该也拔掉串口线，否则232收发器芯片就可能长期处于异常的电平条件。

2. 从串口插座输入进来的信号，到232收发器芯片管脚之间应该串联较大的电阻，而不是类似于TXD信号那样接个5.1或22欧的小电阻。我比较习惯于用1K或470欧。

当然，这个串联电阻也不能太大，也要兼顾考虑串口线上的压降(比如线比较细或长)。

智能电表等系统已经广泛地应用到工业和生活的领域。在电表中使用自动抄表技术通过通信端口读取数据，而且大部分情况采用远程读数方式。对于电表应用来说既安全又节省了时间和金钱。实现该技术的关键是确保通信链路安全可靠。由于 RS-485 标准具有长距离传输(1200 米以上)，最大传输数率可以达到 10Mbps，且高信号噪声印制。同时，RS-485 电路具有控制方便，成本低等优点，使多点连接成为可能。因此，RS-485 成为智能电表的标准通信接口。但 RS-485 口传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而 RS-485 收发器工作电压较低（5V 左右），其本身耐压也非常低（-7V~ 12V），一旦过压引入，就会击穿损坏。在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。因此防雷击保护成为 RS-485 接口设计必须要考虑的。通常，如图所画，使用 PPTC 和 TVS 作为 RS-485 的防雷击保护

MAX3232 每次只有在上电后，再连接串口线正常——保护电阻。RS232防雷保护

当雷击发生时，感应过电压由 A/B 线引入，经过 PPTC，然后 GDT 作为初级共模防护，通常 GDT 可以承受 10KA(8x20us)浪涌冲击。

之后残压已经大大降低到 1KV 以下，然后 TVS 作为二级保护进行共模/差模保护，到收发器的电压被钳制在 12V 以下，同时，通过 A/B 线上的上拉电压可以保证 A/B 线上的电压保持在高电平。

而实现对收发器的浪涌保护。通常，对于 4KV 以下过电压，可以省去初级保护—--GDT。单用 TVS 就能实现浪涌保护的要求。当 RS-485 总线与电力线（例如 220VAC）搭接短路时。A/B 线上的 PPTC 可以提供短路保护。但这种传统方式有问题需要考虑

1：GDT 浪涌击穿电压较高，这就意味着后面的电阻值比较大。这可能会影响传输距离减少

2：TVS 的漏电流较高，以 SMBJ6.0CA 来讲大致在 800uA 左右。这样会影响点对点通讯的可靠性

3：PPTC 的响应速度较慢，因此在电力塔接时，可能会造成 TVS 被交流击穿电表 RS-485 接口保护。

因此综上所述，是否有更好的 RS-485 防雷保护方案呢？这里，我们提出了自己的一种方案来满足更高可靠性的要求。

众所周知，TVS 是半导体保护器件，具有响应速度快，可靠性高的优点。但它是 Clamping 保护模式。其残压会比较高而我们的 Sidactor 作为半导体器件同样具有响应速度快，可靠性高的优点。但它是 Crowbar 保护模式。其导通以后保持电压低，同时还具有抗浪涌能力强，耐搭接能力强特点。请看下面图显示的 TVS 与 Sidactor 的工作模式。

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SIDACtor简介：双向顺态过电压保护器。SIDACtor是一种带负阻或正阻特性的新型浪涌吸收器，击穿电压为27～540V，导通电压仅3～4V，可通过的浪涌电流为50～100A。与气体放电管、TVS和MOV等其它类型的瞬态电压保护器比较，SIDACtor具有导通阻抗和开通电压低、响应速度快、电流通量大及可靠性高等特点。因此，它是一种全能的电压保护器件。

SIDACtor工作原理：SIDAC是一种二端半导体器件，其内部结构与双向晶闸管十分相似，但是没有触发门极，是电压自触发器件。SIDAC的工作状态如同一个开关。当电压低于断态峰值电压VDRM时，其漏电流IDRM极小(小于微安量级)，为断开状态。当电压超过其击穿电压VBO时，产生瞬间雪崩效应。该雪崩电流一旦超过开关电流IS，即进入雪崩倍增，器件的阻抗骤然减小，电压降为导通电压（V<1.5V)。此时，SIDAC进入导通状态，允许通过大的通态电流(0.7-2安培，RMS值)。当电流降到最小维持电流IH值之下时，SIDAC恢复到其断开状态。

它又称为半导体放电管，俗名：固体放电管 (上海雷卯），它用于通信防雷保护的不可缺少的器件。

1、RS232口防雷电路设计参考

RS232口在通信设备上作为调试用接口、板间通信接口和监控信号接口，传输距离不超过15米。调试用接口使用比较频繁，经常带电拔插，因此接口会受到过电压、过电流的冲击，若不进行保护，很容易将接口芯片损坏。常用防护电路如图所示。

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