經典芯片：單電源驅動的RS-232革命

Maxim公司（已被ADI收購）于20世紀80年代末推出的MAX232芯片，憑借雙驅動器、雙接收器及內置的±10V電源軌（僅需單+5V電源供電即可實現），徹底簡化了RS-232接口的設計與應用。

彼時，串行端口仍是微型計算機與工業設備的標準配置，但相關適配工作卻令人頭疼。RS-232協議要求使用正負電壓（通常為±12V），而MC1488/1489等傳統驅動芯片組需依賴雙極性電源——這與當時新興的單電源（+5V）數字邏輯系統格格不入。

DIP-16封裝的MAX232芯片

MAX232的突破性在于：集成發射與接收通道，并僅通過四個外接電容即可自行生成±10V電源軌。這一設計將復雜的模擬接口轉化為即插即用的模塊化組件，使小型電路板、微控制器系統及嵌入式產品無需專用電源軌，就能實現全電壓規格的RS-232通信。其定義的功能架構，至今仍被無數克隆芯片與衍生產品沿用。

一、將雙極性接口集成于單芯片

要理解MAX232的重要性，不妨對比其取代的傳統方案：經典RS-232設計需采用分離式驅動與接收芯片——通常通過雙極性線路驅動器實現正負電壓擺動，通過比較器處理輸入信號，且均需由穩定的±12V電源供電。這種架構源自小型計算機時代，當時多電源配置十分普遍，而RS-232仍被視為長距離電氣接口，而非簡單的點對點串行端口。

相比之下，MAX232完全基于+5V電源工作。其內部集成兩對開關電容電荷泵：一組將電源電壓倍壓為非穩定+10V，另一組將其反相為-10V，足以滿足RS-232協議中“邏輯1為負電壓、邏輯0為正電壓”的要求。兩個驅動級接收TTL或CMOS輸入信號，并將其轉換為RS-232標準所需的反極性信號；另一側的兩個接收通道可兼容±3V至±25V的寬范圍輸入，并輸出純凈的5V邏輯電平。

MAX232誕生于嵌入式設備電源系統不斷精簡的時代，其“單邏輯電源實現全兼容RS-232通信”的能力堪稱突破性進展。與早期設計不同，MAX232的電荷泵電源軌無需外部穩壓，閾值也無需偏置網絡校準——只要電容參數（初始版本為1μF，后續MAX232A版本降至0.1μF）符合數據手冊的容量與等效串聯電阻（ESR）要求，就能穩定生成正負線路電壓，并以最高約120kbit/s的速率驅動標準RS-232負載。

這種高度集成化設計，使其天然適用于微控制器與電腦的通信鏈路、測試設備、調制解調器接口，以及需要RS-232電平但無需專用雙電源模塊的工業硬件。它將整個接口系統的占用空間縮減為一顆集成電路（IC）加四個通用電容，極大降低了設計復雜度與成本。

二、電荷泵、接收器與驅動器的協同工作

MAX232的內部架構看似簡單，實則設計精妙。電荷泵部分由兩個振蕩器驅動的開關電路和一對“飛電容”組成：一級將+5V倍壓至約+10V，另一級將該電壓反相生成-10V，兩個儲能電容分別穩定兩路輸出。這些電源軌并非通用供電模塊，僅用于確保RS-232電壓在合規負載范圍內滿足協議要求。

每個發射通道利用上述電源軌實現標準雙極性輸出擺動。帶載狀態下，電壓雖會略有跌落，但仍能滿足RS-232協議對電纜遠端±5V的最低要求。芯片內置的短路保護與限流功能，可防止因接線錯誤或接入非標準串行設備導致的驅動器過載。

采用MAX232的RS-232轉TTL轉換器（圖片由Dsimic提供，來自維基共享資源，遵循CC BY-SA 3.0許可協議)

接收端方面，每個輸入信號接入帶內置滯回特性的比較器。這一設計使MAX232對緩慢或受噪聲干擾的信號邊緣、市電感應干擾，以及工業環境中常見的不規范布線具有極強的抗干擾能力——只要輸入信號跨越約±3V的閾值，接收器就能輸出純凈的TTL電平跳變，為后級邏輯電路提供充足的噪聲裕量。

這種架構使MAX232能夠耐受布線錯誤及長期使用的串行端口中常見的不穩定信號。在很多方面，它對RS-232接口的意義，堪比μA741運算放大器對模擬電路的影響：通過集成必要的內部功能，將復雜的模擬設計任務簡化為簡單可預測的標準化方案。

三、經久不衰的行業模板

MAX232的影響力，堪比CD4000系列芯片的持久生命力與741運放的普及度——它將一類特定電路拓撲提煉為單一、可復用的標準化模塊。

Maxim證明電荷泵供電型RS-232收發器的可行性后，該設計迅速成為行業標準。衍生產品接踵而至：MAX232A將電容容量降至0.1μF，MAX202系列增強了ESD防護性能，MAX3232系列則將這一概念擴展至3.3V系統。幾乎所有主流模擬器件廠商都推出了兼容產品，“MAX232兼容”也成為了一種功能定義。

即便USB接口在消費級硬件中取代了RS-232，MAX232及其后續產品仍廣泛應用于嵌入式設計、工業控制器、數控（CNC）系統、實驗室儀器及通信設備中。這些場景中，DB9連接器與長距離電纜仍被大量使用，而RS-232協議的高噪聲裕量與簡潔的點對點通信機制，仍是不可替代的核心優勢。

如同英特爾1103 DRAM與2708 EPROM（兩者均定義了后續數十年被行業迭代優化的核心功能），MAX232創造了一個穩定的接口標準，其生命力超越了誕生的時代。如今它仍在量產，只因它解決的核心問題——單電源實現RS-232通信——至今仍需簡潔高效的解決方案，而MAX232的設計理念依然無可替代。

原文

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

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