【電路精選】TTL串口防倒灌電參考電路-KIA MOS管

實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)串口芯片與主控IC譬如MCU等器件一同使用時(shí)，如果串口直連的雙方器件有一方不需要供電工作時(shí)，要注意一方電流對(duì)另一方電流的倒灌導(dǎo)致未供電的芯片繼續(xù)工作的情況（這種情況也可能會(huì)造成芯片工作異常，系統(tǒng)紊亂），或者是在MCU通過(guò)串口下載代碼的場(chǎng)景中，當(dāng)MCU需要復(fù)位以實(shí)現(xiàn)下載時(shí)，發(fā)現(xiàn)復(fù)位不成功，可能也是由于該原因造成的。因此，在電路設(shè)計(jì)中可以做如下改動(dòng)來(lái)防止串口芯片與對(duì)端IC出現(xiàn)任何一方被倒灌電的情況。

以主流的USB轉(zhuǎn)串口芯片CH340為例，它的防電流倒灌電路原理圖如下：

防電流倒灌電路

如上圖所示解決方法是：在CH340芯片的發(fā)送引腳TXD上接一個(gè)反向二極管，然后再連接到對(duì)端 IC。在接收引腳上加一個(gè)限流電阻來(lái)防止對(duì)端IC對(duì)CH340 倒灌電。

實(shí)現(xiàn)原理：

加反向二極管的原理是：在CH340發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送高電平時(shí)二極管截止，但是由于對(duì)端 RXD 默認(rèn)上拉也是高電平不會(huì)有采樣問(wèn)題，而發(fā)送低電平時(shí)該二極管導(dǎo)通，對(duì)端 RXD 接收到低電平，因此可以正常通訊，并防止了 CH340的TXD發(fā)送引腳將電流倒灌到對(duì)端 IC。

加限流電阻的原理是：倒灌電流導(dǎo)致芯片工作甚至閂鎖效應(yīng)，是由于引腳電流過(guò)大超過(guò)了芯片設(shè)計(jì)時(shí)容忍的上限導(dǎo)致芯片內(nèi)部電路出現(xiàn)異常。因此加一個(gè)限流電阻就可以了。

其他通訊場(chǎng)景也可以仿照此方法進(jìn)行嘗試。

除此之外，也有的串口類芯片，自身就帶防止倒灌電的功能，如下圖的CH340K芯片：

防電流倒灌電路

上圖是雙供電方式下MCU單片機(jī)通過(guò)TTL串口連接CH340K芯片實(shí)現(xiàn)USB通訊的參考電路。CH340K由USB總線供電VBUS (VCC)，MCU 使用另一電源VDD, VDD 支持5V、3. 3V甚至2.5V、1. 8V。CH340K封裝的底板是可選GND引腳，根據(jù)PCB走線方便選擇連接GND或者懸空。

CH340K芯片的TXD和RTS#引腳以及RXD引腳內(nèi)置了防電流倒灌的二極管(如圖所示)，同時(shí)內(nèi)置了約75KΩ的弱上拉電阻以維持默認(rèn)或空閑態(tài)的高電平(圖中未標(biāo)出)，這樣既能實(shí)現(xiàn)低電平驅(qū)動(dòng)和弱高電平驅(qū)動(dòng)，也能減少CH340K與MCU各自獨(dú)立供電時(shí)的電流倒灌。

CH340K 能夠完全防止MCU電源對(duì)失電CH340K的電流倒灌，也能大幅減少CH340K電源對(duì)失電MCU的電流倒灌(不超過(guò)150uA)。當(dāng)用于120Kbps以上通訊波特率時(shí)，建議為MCU的RX引腳啟用內(nèi)置或外加2KΩ ~22KΩ的上拉電阻。

CH340K芯片的DTR#引腳是普通推挽輸出，CTS#引腳是內(nèi)置了上拉電阻的普通輸入。這兩個(gè)引腳均未內(nèi)置二極管，都不具有防電流倒灌的功能，一般不用于連接MCU。

DTR#可以用于控制VCC向VDD供電的電源開(kāi)關(guān)，如下圖所示可選4種電源控制方案。T4方案和Q1方案(Q1宜選Vth較低的N-MOSFET)是簡(jiǎn)化方案，VDD輸出電壓約為VCC-0. 8V,電流不超過(guò)200mA:T6方案和Q3方案是完整方案。

圖中D10和D11用于防止VDD倒向VCC供電，是可選的。

防電流倒灌電路