Maxim公司（已被ADI收購(gòu)）于20世紀(jì)80年代末推出的MAX232芯片，憑借雙驅(qū)動(dòng)器、雙接收器及內(nèi)置的±10V電源軌（僅需單+5V電源供電即可實(shí)現(xiàn)），徹底簡(jiǎn)化了RS-232接口的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

彼時(shí)，串行端口仍是微型計(jì)算機(jī)與工業(yè)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置，但相關(guān)適配工作卻令人頭疼。RS-232協(xié)議要求使用正負(fù)電壓（通常為±12V），而MC1488/1489等傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片組需依賴(lài)雙極性電源——這與當(dāng)時(shí)新興的單電源（+5V）數(shù)字邏輯系統(tǒng)格格不入。

DIP-16封裝的MAX232芯片

MAX232的突破性在于：集成發(fā)射與接收通道，并僅通過(guò)四個(gè)外接電容即可自行生成±10V電源軌。這一設(shè)計(jì)將復(fù)雜的模擬接口轉(zhuǎn)化為即插即用的模塊化組件，使小型電路板、微控制器系統(tǒng)及嵌入式產(chǎn)品無(wú)需專(zhuān)用電源軌，就能實(shí)現(xiàn)全電壓規(guī)格的RS-232通信。其定義的功能架構(gòu)，至今仍被無(wú)數(shù)克隆芯片與衍生產(chǎn)品沿用。

一、將雙極性接口集成于單芯片

要理解MAX232的重要性，不妨對(duì)比其取代的傳統(tǒng)方案：經(jīng)典RS-232設(shè)計(jì)需采用分離式驅(qū)動(dòng)與接收芯片——通常通過(guò)雙極性線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)正負(fù)電壓擺動(dòng)，通過(guò)比較器處理輸入信號(hào)，且均需由穩(wěn)定的±12V電源供電。這種架構(gòu)源自小型計(jì)算機(jī)時(shí)代，當(dāng)時(shí)多電源配置十分普遍，而RS-232仍被視為長(zhǎng)距離電氣接口，而非簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行端口。

相比之下，MAX232完全基于+5V電源工作。其內(nèi)部集成兩對(duì)開(kāi)關(guān)電容電荷泵：一組將電源電壓倍壓為非穩(wěn)定+10V，另一組將其反相為-10V，足以滿(mǎn)足RS-232協(xié)議中“邏輯1為負(fù)電壓、邏輯0為正電壓”的要求。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)級(jí)接收TTL或CMOS輸入信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為RS-232標(biāo)準(zhǔn)所需的反極性信號(hào)；另一側(cè)的兩個(gè)接收通道可兼容±3V至±25V的寬范圍輸入，并輸出純凈的5V邏輯電平。

MAX232誕生于嵌入式設(shè)備電源系統(tǒng)不斷精簡(jiǎn)的時(shí)代，其“單邏輯電源實(shí)現(xiàn)全兼容RS-232通信”的能力堪稱(chēng)突破性進(jìn)展。與早期設(shè)計(jì)不同，MAX232的電荷泵電源軌無(wú)需外部穩(wěn)壓，閾值也無(wú)需偏置網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)——只要電容參數(shù)（初始版本為1μF，后續(xù)MAX232A版本降至0.1μF）符合數(shù)據(jù)手冊(cè)的容量與等效串聯(lián)電阻（ESR）要求，就能穩(wěn)定生成正負(fù)線(xiàn)路電壓，并以最高約120kbit/s的速率驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)RS-232負(fù)載。

這種高度集成化設(shè)計(jì)，使其天然適用于微控制器與電腦的通信鏈路、測(cè)試設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器接口，以及需要RS-232電平但無(wú)需專(zhuān)用雙電源模塊的工業(yè)硬件。它將整個(gè)接口系統(tǒng)的占用空間縮減為一顆集成電路（IC）加四個(gè)通用電容，極大降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜度與成本。

二、電荷泵、接收器與驅(qū)動(dòng)器的協(xié)同工作

MAX232的內(nèi)部架構(gòu)看似簡(jiǎn)單，實(shí)則設(shè)計(jì)精妙。電荷泵部分由兩個(gè)振蕩器驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)電路和一對(duì)“飛電容”組成：一級(jí)將+5V倍壓至約+10V，另一級(jí)將該電壓反相生成-10V，兩個(gè)儲(chǔ)能電容分別穩(wěn)定兩路輸出。這些電源軌并非通用供電模塊，僅用于確保RS-232電壓在合規(guī)負(fù)載范圍內(nèi)滿(mǎn)足協(xié)議要求。

每個(gè)發(fā)射通道利用上述電源軌實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)雙極性輸出擺動(dòng)。帶載狀態(tài)下，電壓雖會(huì)略有跌落，但仍能滿(mǎn)足RS-232協(xié)議對(duì)電纜遠(yuǎn)端±5V的最低要求。芯片內(nèi)置的短路保護(hù)與限流功能，可防止因接線(xiàn)錯(cuò)誤或接入非標(biāo)準(zhǔn)串行設(shè)備導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)器過(guò)載。

采用MAX232的RS-232轉(zhuǎn)TTL轉(zhuǎn)換器（圖片由Dsimic提供，來(lái)自維基共享資源，遵循CC BY-SA 3.0許可協(xié)議)

接收端方面，每個(gè)輸入信號(hào)接入帶內(nèi)置滯回特性的比較器。這一設(shè)計(jì)使MAX232對(duì)緩慢或受噪聲干擾的信號(hào)邊緣、市電感應(yīng)干擾，以及工業(yè)環(huán)境中常見(jiàn)的不規(guī)范布線(xiàn)具有極強(qiáng)的抗干擾能力——只要輸入信號(hào)跨越約±3V的閾值，接收器就能輸出純凈的TTL電平跳變，為后級(jí)邏輯電路提供充足的噪聲裕量。

這種架構(gòu)使MAX232能夠耐受布線(xiàn)錯(cuò)誤及長(zhǎng)期使用的串行端口中常見(jiàn)的不穩(wěn)定信號(hào)。在很多方面，它對(duì)RS-232接口的意義，堪比μA741運(yùn)算放大器對(duì)模擬電路的影響：通過(guò)集成必要的內(nèi)部功能，將復(fù)雜的模擬設(shè)計(jì)任務(wù)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單可預(yù)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化方案。

三、經(jīng)久不衰的行業(yè)模板

MAX232的影響力，堪比CD4000系列芯片的持久生命力與741運(yùn)放的普及度——它將一類(lèi)特定電路拓?fù)涮釤挒閱我弧⒖蓮?fù)用的標(biāo)準(zhǔn)化模塊。

Maxim證明電荷泵供電型RS-232收發(fā)器的可行性后，該設(shè)計(jì)迅速成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。衍生產(chǎn)品接踵而至：MAX232A將電容容量降至0.1μF，MAX202系列增強(qiáng)了ESD防護(hù)性能，MAX3232系列則將這一概念擴(kuò)展至3.3V系統(tǒng)。幾乎所有主流模擬器件廠(chǎng)商都推出了兼容產(chǎn)品，“MAX232兼容”也成為了一種功能定義。

即便USB接口在消費(fèi)級(jí)硬件中取代了RS-232，MAX232及其后續(xù)產(chǎn)品仍廣泛應(yīng)用于嵌入式設(shè)計(jì)、工業(yè)控制器、數(shù)控（CNC）系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室儀器及通信設(shè)備中。這些場(chǎng)景中，DB9連接器與長(zhǎng)距離電纜仍被大量使用，而RS-232協(xié)議的高噪聲裕量與簡(jiǎn)潔的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信機(jī)制，仍是不可替代的核心優(yōu)勢(shì)。

如同英特爾1103 DRAM與2708 EPROM（兩者均定義了后續(xù)數(shù)十年被行業(yè)迭代優(yōu)化的核心功能），MAX232創(chuàng)造了一個(gè)穩(wěn)定的接口標(biāo)準(zhǔn)，其生命力超越了誕生的時(shí)代。如今它仍在量產(chǎn)，只因它解決的核心問(wèn)題——單電源實(shí)現(xiàn)RS-232通信——至今仍需簡(jiǎn)潔高效的解決方案，而MAX232的設(shè)計(jì)理念依然無(wú)可替代。

原文

https://www.allaboutcircuits.com/news/max232-the-single-supply-transceiver-that-shrunk-rs-232-to-one-chip/

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