Entender quais são os requisitos de potência das aplicações que utilizam o padrão RS-232 é fundamental para projetos que envolvem a transmissão serial de dados a partir de um PC. Baseados em documentação da National Semiconductor (AN-914) elaboramos este artigo em que as características de envio e recepção dos sinais pelas portas seriais são explicados, servindo de referência para uma infinidade de projetos de interfaceamento de computadores.
No interfaceamento de um terminal (DTE ou Data Terminal Equipment) com um Modem (DCE ou Data Terminating Equipment) são utilizadas normalmente 8 linhas dedicadas, conforme mostra a figura 1.
No entanto o padrão define um conector de 25 pinos quando na prática um conector de 9 pinos é o mais indicado. As 9 linhas indicadas são: DCD, RXD, TXD, DTR, DSR, RTS, CTS, RI e GND conforme se indica na figura 2 com os sentidos de propagação dos sinais correspondentes.
Para o projetista é importante saber o que faz cada uma dessas linhas e que tipo de sinais são encontrados. É justamente isso que veremos a partir de agora.
DTR - DATA TERMINAL READY
O sinal desta linha, que significa "terminal de dados pronto" tem o sentido de DTE para DCE. O pino DTR geralmente estará ON quando o terminal está pronto para estabelecer uma comunicação através do modem. Mantendo o circuito DTR ON o DTE faz um modem de auto-resposta aceitar a chamada. O circuito DTR estará OFF apenas quando o DTE não deseja que seu modem aceite as chamadas remotas. Este procedimento é conhecido como modem local.
DCD - DATA CARRIER DETECT
Este sinal que se propaga do DCE para o DTE consiste no detector da portadora de dados.
Quando este circuito está localmente OFF, ele indica que ao terminal local que o DTE remoto não foi comutado para a condição de seu RTS ir ao estado ON ou além disso o terminal local precisa aumentar o seu ganho caso seja necessário. Quando este circuito está ON localmente, ele indica ao terminal local que o modem remoto que recebeu o sinal RTS ON de seu terminal e o DTE está controlando a linha portadora.
RXD - RECEIVE DATA
Este sinal se propaga do DCE ao DTE. A finalidade deste pino é levar ao circuito de dados os dados enviados pelo medem para o DTE.
TXD - Tramsmit Data
Este sinal se propaga do DTE para o DCE e consiste no circuito de dados do DTE para o modem.
DSR - DTA SET READY
Propagando-se do DCE para DTE. Ambos os modems comutam seus DSRs para o estado ON quando um trajeto completo para as comunicações é estabelecido entre os dois sites (modem local e remoto).
RTS - REQUEST TO SEND
A requisição para enviar dados vai do DTE ao DCE. Quando um terminal está pronto para transmitir seus dados, ele comuta o circuito RTS para o estado ON, indicando ao modem local que ele está pronto para a transmissão de dados. A linha RTS controla a direção da transmissão dos dados. Durante o modo de transmissão a linha permanece no estado ON e no modo recepção ele vai ao estado OFF.
CTS - CLEAR TO SEND
Este sinal vai do DCE para o DTE. Quando o CTE vai ao estado ON o modem local estará pronto para receber dados do seu DTE e o modem local toma o controle da linha (telefônica) para a transmissão dos dados.
RI - RING INDICATOR
O sentido de propagação deste sinal é do DCE ao DTE. Quando o modem recebe uma chamada, o circuito RI comuta sequencialmente ON/OFF acompanhando a discagem e informando ao DTE que uma chamada está chegando. Isso indica que o modem remoto está requisitando uma conexão dial-up.
GND
Este é o terminal de terra comum.
HARDWARE HANDSHAKE
Damos a seguir a sequência de passos segundo os quais é estabelecido a comunicação através da porta serial entre um modem local e um modem remoto. De modo a facilitar o entendimento, assume-se que a comunicação é estabelecida apenas do modem local para o modem remoto.
Na figura 3 temos um gráfico em que se ilustram os sinais e as principais fases de operação do sistema.
1. O DTE local comuta o DTR para a condição ON e o modem local disca o número do telefone do modem remoto.
2. Se o DTR da estação remota está no estado ON, o RI do modem remoto comuta On/OFF em sequência com a discagem do telefone, indicando que uma chamada está chegando.
3. O modem remoto retorna um tom de resposta ao modem local. Dependendo da seleção deste tom o modem local e o modem remoto estabelece uma conexão on-line. Neste ponto os dois modems comutam seus DSRs para o estado ON indicando que a comunicação foi estabelecida.
4. O DTE local comuta seu DTS para o estado ON indicando que ele está pronto para enviar dados. Este sinal passará pelo circuito DCD do modem remoto.
5. O modem local faz uma checagem para se certificar de que o DCD local está OFF, o que indica que o modem remoto não está controlando a linha de dados.
6. O modem local então comuta seu DTS para o estado ON no DTE local para informá-lo de que ele podem iniciar a transmissão de dados. Localmente o circuito DCD fica OFF. No modem remoto o DCD permanece ON. RTS é mantido ON pelo DTE local pelo intervalo em que dura a conexão a conexão.
7. O DTE local envia dados através do terminal TXD ao modem remoto.
8. O modem remoto recebe os dados e então envia esses dados ao seu terminal via circuito RXD.
9. Quando a transmissão de dados terminar, o DTE local derruba o RTS que por sua vez derruba o DCD no modem remoto e o CTS no modem local. A transmissão de dados pode ser interrompida pelo desligar da linha, pelo DTE derrubando seu próprio circuito ou ainda pela desconexão do cabo do modem da DTE.
10. Finalmente, a DTE fica pronto para reiniciar novamente uma transmissão e ajustar novamente o ganho da linha.
CONSUMO DE ENERGIA
A energia consumida num processo de transmissão de dados como o descrito acima depende de diversos fatores. Os fatores dinâmicos são os que mais influem já que os circuitos CMOS têm um consumo estático muito baixo.
Sob condição de carga, a carga externa afeta diretamente o consumo de energia do circuito e com isso influi na dissipação de calor do dispositivo.
O driver RS-232 é normalmente conectado a um cabo com um receptor no final. A resistência do cabo e as capacitâncias representam um circuito que é visto pelo driver da forma indicada na figura 4.
Neste circuito Rs é a resistência do cabo, Cl a capacitância associada a carga e Rin a resistência de entrada do receptor.
A resistência em série para cabos curtos (menores que 60 metros) pode ser desprezada já que é muito pequena quando comparada à resistência de entrada do receptor.
Isso significa que o cabo pode ser tratado como tendo uma capacitância associada por metro de comprimento multiplicada pelo seu comprimento. O valor 1000 pF é normalmente adotado para representar um cabo de 6 metros de comprimento e 2 500 pF para um valor máximo. A resistência de entrada do receptor pode assumir valores entre 3 kΩ e 7 kΩ. O valor 5 kΩ é adotado como típico para a maioria das aplicações e 3 kΩ para as piores condições.
A corrente de saída do driver é determinada pela tensão de saída do driver (Voh ou Vol) dividida pela resistência de entrada do receptor. Por exemplo, para um nível de 7 V sobre uma resistência de 3 kΩ temos uma corrente de 2,3 mA.
O consumo dinâmico de energia tem três componentes principais. A corrente de comutação durante as transições (spike ou também chamada de Conduction Overlap Current), a resistência externa de carga e a dissipação dos transientes na capacitância externa.
Na figura 5 temos um circuito que serve para mostrar o que ocorre neste caso.
Quando as tensões num par NMOS/PMOS estão mudando os dois transistores ligam parcialmente criando assim um percurso de impedância relativamente baixa entre a linha positiva e negativa da alimentação.
Como os períodos de transição se tornam mais frequentes quando a frequência de operação aumenta a corrente que circula nestas condições passa a ser responsável por uma boa dissipação de potência do dispositivo.
A carga e a descarga de capacitores externos de alto valor (Cl) contribuem ainda para um consumo de energia. O aumento deste consumo, como no caso anterior, aumenta com a frequência.
