【電路精選】TTL串口防倒灌電參考電路-KIA MOS管

實際應(yīng)用中，當串口芯片與主控IC譬如MCU等器件一同使用時，如果串口直連的雙方器件有一方不需要供電工作時，要注意一方電流對另一方電流的倒灌導致未供電的芯片繼續(xù)工作的情況（這種情況也可能會造成芯片工作異常，系統(tǒng)紊亂），或者是在MCU通過串口下載代碼的場景中，當MCU需要復(fù)位以實現(xiàn)下載時，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)計中可以做如下改動來防止串口芯片與對端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：

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

實現(xiàn)原理：

加反向二極管的原理是：在CH340發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送高電平時二極管截止，但是由于對端 RXD 默認上拉也是高電平不會有采樣問題，而發(fā)送低電平時該二極管導通，對端 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端 IC。

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

其他通訊場景也可以仿照此方法進行嘗試。

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：

上圖是雙供電方式下MCU單片機通過TTL串口連接CH340K芯片實現(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)，同時內(nèi)置了約75KΩ的弱上拉電阻以維持默認或空閑態(tài)的高電平(圖中未標出)，這樣既能實現(xiàn)低電平驅(qū)動和弱高電平驅(qū)動，也能減少CH340K與MCU各自獨立供電時的電流倒灌。

CH340K 能夠完全防止MCU電源對失電CH340K的電流倒灌，也能大幅減少CH340K電源對失電MCU的電流倒灌(不超過150uA)。當用于120Kbps以上通訊波特率時，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)是簡化方案，VDD輸出電壓約為VCC-0. 8V,電流不超過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。

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