专利名称：一种串口电路的保护装置及方法
技术领域：
本发明涉及通讯设备的串口技术，特别是一种串口电路的保护装置及方法。
背景技术：
RS-232是计算机与通信设备中应用最广泛的一种串行接口 ， RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准，RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯；收、发端的数据信号电平相对于信号地，典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，工作电平在+3 +12V与-3 -12V之间，其传送距离最大约为15米，最高速率为20Kbps。RS-232是为点对点通讯而设计的、即只用一对收、发设备，其驱动器负载为3kQ 7kQ，所以RS-232适合本地设备之间的通信。 在实际应用中，RS-232串口配置端口使用最基本的三线连接方式，如图l所示，使用发送数据(TXD)、接收数据(RXD)和信号地(GND)三根物理信号，就可以实现简单的全双工通信；具体连接时，可以使用带有DB9连接器插头或者RJ45连接器插头的线缆，将通信设备和计算机连接起来进行互联通信。 现有技术中，常用的RS-232串口电路一般没有专门的电位差保护设计。如图2所示，当通信设备与计算机接地良好时，两端GND上的电压VI和V2没有电位差，都与大地等电位，即都为OV，通信设备与计算机通过通讯线路进行互联时，串口电路中没有过电流产生，设备通信正常；当通信设备或者计算机接地不良时，会造成GND悬空现象，这种情况下，由于GND对通讯设备或计算机的电源输入正负极的分布电容存在，如图3所示，造成GND的电位被抬高到输入电压的一半，即对220V交流电源输入来说，GND的电位可达到110V ;对-48V的直流电源输入来说，GND的电位可达到-24V。在GND电位被抬高的同时，由于串口的TXD和RXD要与GND保持一定的相对电位差，所以TXD和RXD的电位也被相应抬高，那么，当通讯设备与计算机的通讯线路进行互联时，会因通讯线路的电位不一致，在连接瞬间，造成串口电路中有过电流产生，导致串口芯片烧坏，对通讯造成影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种串口电路的保护装置及方法，能够防止串口电路产生过电流，从而对串口电路及串口芯片起到保护作用。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的 本发明提供了一种串口电路的保护装置，该装置包括限流器件，串联于串口接口与串口芯片之间，用于在串口电路产生过电流时，提升自身阻值，减小串口电路中的电流。
上述方案中，所述限流器件串联于通讯设备或计算机的串口接口与串口芯片之间。 上述方案中，所述限流器件为正温度系数热敏电阻。 上述方案中，所述限流器件包括三个正温度系数热敏电阻，每条通讯线路上设置一个正温度系数热敏电阻。
本发明还提供了一种串口电路的保护方法，该方法包括 在串口接口与串口芯片之间设置限流器件，当串口电路产生过电流时，限流器件 提升自身阻值，减小串口电路中的电流。 上述方案中，该方法进一步包括在每条通讯线路上设置一个正温度系数热敏电 阻。 本发明所提供的串口电路的保护装置及方法，在串口接口与串口芯片之间设置限 流器件，当串口电路因通讯线路的电位差产生过电流时，限流器件可以迅速减小串口电路 中的电流，从而对串口电路及串口芯片起到保护作用。 采用本发明的装置及方法，有效减少了串口电路中因通讯线路的电位差产生的过 电流，保护了串口电路及串口芯片，保证了通讯的正常进行；不仅适用于RS-232串口电路， 而且广泛适用于含有地线的串行通讯接口电路，如RS-422与RS-485串行接口等，具有实际 应用前景。
图1为现有技术通讯设备与计算机串口通讯示意图； 图2为现有技术通讯设备与计算机正常通讯时地电位示意图； 图3为现有技术串口地线接地不良时串口连接示意图； 图4为本发明中串口电路保护装置结构图； 图5为本发明中串口电路保护方法流程图。
具体实施例方式
本发明的基本思想是在串口接口与串口芯片之间设置限流器件，当串口电路因 通讯线路的电位差产生过电流时，限流器件可以迅速减小串口电路中的电流，从而对串口 电路及串口芯片起到保护作用。 本发明所提供的串口电路的保护装置，如图4所示，该装置包括限流器件，串联 于通讯设备或者计算机的串口接口与串口芯片之间，用于当串口电路中因通讯线路的电位 差产生过电流时，有效减小串口电路中的电流，从而对串口电路及串口芯片加以保护。较佳 地，将限流器件串联在通讯设备的串口接口与串口芯片之间。 由于，热敏电阻的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值，正 温度系数热敏电阻(PTC)，在温度越高时电阻值越大；且热敏电阻体积小、热容量小、响应 速度快，在一些对精度要求不高的测量和控制装置中得到广泛应用。因而，在对精度要求不 高的串口电路中，较佳地，可以采用正温度系数(PTC)热敏电阻作为限流器件；因串口电路 中一般采用三线通讯，所以需要安装三个PTC热敏电阻，即在每条通讯线路上分别设置一 个PTC热敏电阻。 当串口电路正常工作时，PTC热敏电阻温度与室温相近、电阻很小，仅有一小部分 电压保持在热敏电阻上，不会影响串口电路中电流的通过；当串口电路因地电位差出现过 电流时，PTC热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升，当温度超过PTC热敏电阻的开关温 度时，PTC热敏电阻开始动作，其电阻值会在瞬间即毫秒级内剧增，从而使串口电路中的电 流迅速减小到安全值，对串口电路及串口芯片起到保护作用。
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当PTC热敏电阻动作、呈高阻态时，必须承受几乎全部的电源电压，因此选择PTC 热敏电阻时，要考虑实际电路中可能出现的电位差，PTC热敏电阻要有足够高的最大工作电 压，同时还要考虑到电源电压可能产生的波动。 以RS-232串口为具体实施例，选取的热敏电阻参数如下考虑到通讯设备及计算 机采用交流电源、以及电压波动情况，选取热敏电阻的最大工作电压为250V ;RS-232串口 电路工作电流在20mA左右波动，选取热敏电阻的额定电流为60mA，开关电流为120mA，最大 开关电流3A ;考虑到通讯设备应用环境温度最高可达5(TC，可选热敏电阻的开关温度(居 里温度)为85°C ;RS-232串口正常工作时，TXD线和RXD线电位在10V左右，热敏电阻在未 动作时的压降不能大于IV，选取热敏电阻的额定零功率电阻值为50 Q 。
按照以上参数，将选取的热敏电阻串联在RS-232串口电路中，在通讯设备与计算 机的串口通过通讯线路互相连接时，因通讯线路的电位差，使串口电路产生过电流时，可以 有效使串口电路中的电流降至60mA以下，从而有效保护了串口电路及RS-232串口芯片。
本发明所述的装置，广泛适用于含有地线的串行通讯接口电路，如RS-422与 RS-485串行接口等。其中，限流器件也可以采用普通电阻或保险丝来代替，但是，当串口 电路中产生过电流时，普通电阻很容易被烧坏、保险丝会被烧断，虽然对串口电路起到了一 定程度的保护作用，但是却影响了设备间的正常通讯，因此，正温度系数热敏电阻是较佳选 择。 基于上述装置，本发明还提供了一种串口电路的保护方法，该方法包括以下步 骤 步骤501 :在串口接口与串口芯片之间设置限流器件； 本步骤中，限流器件可以串联在通讯设备或者计算机的串口接口与串口芯片之 间；较佳的，将限流器件如PTC热敏电阻，串联在通讯设备的串口接口与串口芯片之间。
步骤502 :判断通讯设备与计算机是否接地良好；如果通讯设备与计算机都接地 良好，则执行步骤503 ;如果通讯设备或计算机接地不良，则执行步骤504 ;
步骤503 :限流器件正常工作，结束流程。 这里，所述限流器件正常工作是指，如果通讯设备与计算机都接地良好，通讯线路 不存在电位差，则通讯设备与计算机的串口进行互联时，串口电路正常工作，PTC热敏电阻 温度与室温相近，电阻阻值很小，仅有一小部分电压保持在热敏电阻上，不会影响串口电路 中电流的通过。
步骤504 :限流器件瞬间提升电阻阻值，降低串口电路中的电流； 这里，所述限流器件瞬间提升电阻阻值具体为如果通讯设备或计算机接地不良
时，则通讯设备或计算机一侧的GND电位会上升为电源输入的一半，由于TXD和RXD要与
GND保持一定的电位差，所以TXD和RXD的电位也被升高，那么，在通讯设备与计算机的串口
进行互联时，由于通讯线路的电位差，会使串口电路产生过电流，则PTC热敏电阻由于发热
功率增加导致温度上升，当温度超过PTC热敏电阻的开关温度，例如85t:时，PTC热敏电阻
开始动作，其电阻值会在瞬间即毫秒级内剧增，从而使串口电路中的电流迅速降至安全值
以下，如此，可以使串口电路中的电流迅速降至60mA以下，对串口电路及串口芯片起到保
护作用。 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
权利要求
一种串口电路的保护装置，其特征在于，该装置包括限流器件，串联于串口接口与串口芯片之间，用于在串口电路产生过电流时，提升自身阻值，减小串口电路中的电流。
2. 根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述限流器件串联于通讯设备或计算机的串口接口与串口芯片之间。
3. 根据权利要求1或2所述的保护装置，其特征在于，所述限流器件为正温度系数热敏电阻。
4. 根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于，所述限流器件包括三个正温度系数热敏电阻，每条通讯线路上设置一个正温度系数热敏电阻。
5. —种串口电路的保护方法，其特征在于，该方法包括在串口接口与串口芯片之间设置限流器件，当串口电路产生过电流时，限流器件提升自身阻值，减小串口电路中的电流。
6. 根据权利要求5所述的保护方法，其特征在于，所述限流器件串联于通讯设备或计算机的串口接口与串口芯片之间。
7. 根据权利要求5或6所述的保护方法，其特征在于，所述限流器件为正温度系数热敏电阻。
8. 根据权利要求7所述的保护方法，其特征在于，该方法进一步包括在每条通讯线路上设置一个正温度系数热敏电阻。
全文摘要
本发明公开了一种串口电路的保护装置及方法，在串口接口与串口芯片之间设置限流器件，当串口电路因通讯线路的电位差产生过电流时，限流器件可以迅速提升自身阻值，减小串口电路中的电流，从而对串口电路及串口芯片起到保护作用。采用本发明的装置及方法，有效减少了串口电路中的过电流，保护了串口电路及串口芯片，保证了通讯的正常进行，而且广泛适用于含有地线的串行通讯接口电路，具有实际应用前景。
文档编号H02H9/02GK101752852SQ200910247039
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者孙伟国, 张本军, 马光明 申请人:中兴通讯股份有限公司