THVD24xxV-EP：增強(qiáng)型 RS-485 收發(fā)器的卓越之選

在電子工程領(lǐng)域，可靠的通信是眾多系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。RS-485 作為一種廣泛應(yīng)用的通信標(biāo)準(zhǔn)，其收發(fā)器的性能直接影響著數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和效率。今天，我們就來(lái)深入了解一下德州儀器（TI）推出的 THVD24xxV-EP 系列增強(qiáng)型 3V 至 5.5V RS-485 收發(fā)器，看看它有哪些獨(dú)特的特性和應(yīng)用場(chǎng)景。

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特性亮點(diǎn)

增強(qiáng)型產(chǎn)品設(shè)計(jì)

THVD24xxV-EP 系列屬于增強(qiáng)型產(chǎn)品，具備軍用級(jí)溫度范圍（–55°C 至 125°C），這使得它能夠在極端環(huán)境下穩(wěn)定工作，適用于航空航天、工業(yè)控制等對(duì)溫度要求苛刻的領(lǐng)域。同時(shí)，它采用單一晶圓制造廠和封裝測(cè)試廠，使用金鍵合線和 NiPdAu 鉛涂層，不僅保證了產(chǎn)品的一致性和可靠性，還具備晶圓批次可追溯性，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的生命周期。

寬電源電壓范圍與高兼容性

該系列收發(fā)器的電源電壓范圍為 3V 至 5.5V，差分輸出在 5V 電源下超過(guò) 2.1V，并且與 PROFIBUS 兼容。數(shù)據(jù)和使能信號(hào)電源范圍為 1.65V 至 5.5V，這種寬電壓范圍的設(shè)計(jì)使得它能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境，提高了系統(tǒng)的靈活性。

可選數(shù)據(jù)速率

通過(guò) SLR 引腳，用戶可以選擇不同的數(shù)據(jù)速率。THVD2410V-EP 支持 250kbps 和 1Mbps 兩種速率，而 THVD2450V-EP 和 THVD2452V-EP 則支持 20Mbps 和 50Mbps 兩種速率。這種靈活的速率選擇能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度的需求。

強(qiáng)大的總線 I/O 保護(hù)

在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中，總線容易受到各種干擾和故障的影響。THVD24xxV-EP 具備 ±70V 直流總線故障保護(hù)和 ±16kV HBM ESD 保護(hù)，其中 THVD2410V-EP 和 THVD2450V-EP 還具備 ±15kV IEC 61000-4-2 接觸放電和氣隙放電保護(hù)，THVD2452V-EP 具備 ±8kV IEC 61000-4-2 接觸放電和氣隙放電保護(hù)以及 ±4kV IEC 61000-4-4 快速瞬態(tài)突發(fā)保護(hù)。這些保護(hù)措施有效地提高了收發(fā)器的抗干擾能力，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

低功耗與熱管理

該系列收發(fā)器具有低功耗的特點(diǎn)，待機(jī)電源電流小于 1μA，運(yùn)行期間的電流小于 5.3mA。同時(shí)，它還具備熱關(guān)斷功能，當(dāng)結(jié)溫超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，會(huì)自動(dòng)禁用驅(qū)動(dòng)器和接收器，防止器件因過(guò)熱而損壞。

多種封裝形式

為了滿足不同的應(yīng)用需求，THVD24xxV-EP 提供了小型 3mm x 3mm VSON 封裝（半雙工，可節(jié)省布板空間）和 14-D 封裝（全雙工，可方便插接）兩種封裝形式。

應(yīng)用場(chǎng)景

航電設(shè)備

在航空電子設(shè)備中，對(duì)通信的可靠性和穩(wěn)定性要求極高。THVD24xxV-EP 的寬溫度范圍、強(qiáng)大的保護(hù)功能和低功耗特性，使其能夠在航空環(huán)境中可靠地傳輸數(shù)據(jù)，確保航電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

智能彈藥

智能彈藥需要在復(fù)雜的電磁環(huán)境中準(zhǔn)確地傳輸數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)精確的控制和打擊。THVD24xxV-EP 的抗干擾能力和高速數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠滿足智能彈藥對(duì)通信的嚴(yán)格要求。

傳感器、成像和雷達(dá)

在傳感器、成像和雷達(dá)系統(tǒng)中，需要快速、準(zhǔn)確地傳輸大量的數(shù)據(jù)。THVD24xxV-EP 的可選數(shù)據(jù)速率和高差分輸出電壓，能夠滿足這些系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度和質(zhì)量的需求。

加固型通信

在一些惡劣的工業(yè)環(huán)境中，如工廠自動(dòng)化、電網(wǎng)系統(tǒng)等，需要使用加固型通信設(shè)備來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。THVD24xxV-EP 的強(qiáng)大保護(hù)功能和寬溫度范圍，使其成為加固型通信的理想選擇。

規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

在自然通風(fēng)條件下的工作溫度范圍內(nèi)，邏輯電源電壓范圍為 -0.5V 至 Vcc+0.2V，總線電源電壓范圍為 -0.5V 至 6.5V，總線電壓范圍為 -70V 至 70V，輸入電壓范圍為 -0.3V 至 Vio+0.2V，接收器輸出電流范圍為 -24mA 至 24mA，貯存溫度范圍為 -65°C 至 170°C。超出這些絕對(duì)最大額定值運(yùn)行可能會(huì)對(duì)器件造成永久損壞。

ESD 等級(jí)

該系列收發(fā)器具備良好的 ESD 保護(hù)能力，總線端子和 GND 的人體放電模型（HBM）ESD 等級(jí)為 ±16.000V，除總線端子和 GND 外的所有引腳為 ±4,000V，充電器件模型（CDM）ESD 等級(jí)為 ±1,500V。

建議運(yùn)行條件

建議的電源電壓范圍為 3V 至 5.5V，VO 電源電壓范圍為 1.65V 至 Vcc，任何總線端子上的輸入電壓范圍為 -12V 至 12V，高電平輸入電壓范圍為 0.7VIo 至 Vio，低電平輸入電壓范圍為 0V 至 0.3Vio，差分輸入電壓總線引腳范圍為 -25V 至 25V，驅(qū)動(dòng)器輸出電流范圍為 -60mA 至 60mA，接收器輸出電流根據(jù)不同的 Vio 電壓有所不同，差分負(fù)載電阻建議為 54Ω 至 60Ω，信令速率根據(jù)不同的器件和 SLR 引腳設(shè)置有所不同，工作環(huán)境溫度范圍為 -55°C 至 125°C，結(jié)溫范圍為 -55°C 至 150°C。

電氣特性

在自然通風(fēng)條件下的工作溫度范圍內(nèi)，驅(qū)動(dòng)器差分輸出電壓幅度在不同的負(fù)載電阻和電源電壓條件下有所不同，共模輸出電壓范圍為 1V 至 Vco/2 至 3V，短路輸出電流范圍為 -250mA 至 250mA。接收器的總線輸入電流、正向輸入閾值電壓、負(fù)向輸入閾值電壓、輸入遲滯等參數(shù)也有相應(yīng)的規(guī)定。

開關(guān)特性

不同的數(shù)據(jù)速率下，驅(qū)動(dòng)器和接收器的開關(guān)特性有所不同，包括差分輸出上升/下降時(shí)間、傳播延遲、脈沖延遲、禁用時(shí)間、啟用時(shí)間等。這些特性對(duì)于設(shè)計(jì)高速、可靠的通信系統(tǒng)至關(guān)重要。

詳細(xì)說(shuō)明

概述

THVD2410V-EP 和 THVD2450V-EP 是具有故障保護(hù)功能的半雙工 RS-485 收發(fā)器，提供兩種速度等級(jí)，分別適用于速率高達(dá) 1Mbps 和 50Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸。THVD2452V-EP 是一款全雙工收發(fā)器，可通過(guò) SLR 引腳配置為兩種速度：20Mbps 和 50Mbps。這些器件均具有高電平有效的驅(qū)動(dòng)器使能引腳和低電平有效的接收器使能引腳，禁用驅(qū)動(dòng)器和接收器后可獲得低于 1μA 的關(guān)斷電流。

功能方框圖

從功能方框圖可以清晰地看到各個(gè)模塊的組成和連接方式，有助于工程師深入理解器件的工作原理。

特性說(shuō)明

• ±70V 故障保護(hù)：與標(biāo)準(zhǔn) RS-485 器件相比，THVD24xxV-EP 收發(fā)器加強(qiáng)了總線故障保護(hù)，無(wú)需任何外部元件即可在高達(dá) ±70V 的電壓下受到保護(hù)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)并降低了整體系統(tǒng)成本。
• 集成 IEC ESD 和 EFT 保護(hù)：內(nèi)部 ESD 保護(hù)電路可根據(jù)高達(dá) ±12kV 的 IEC 61000-4-2 標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)收發(fā)器免受靜電放電的影響，并根據(jù)高達(dá) ±4kV 的 IEC 61000-4-4 標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)收發(fā)器免受電氣快速瞬變的影響。
• 驅(qū)動(dòng)器過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)：驅(qū)動(dòng)器可防止 -70V 至 +70V 范圍內(nèi)的任何直流電源短路，內(nèi)部將短路電流限制為 ±250mA，當(dāng)輸出故障電壓超過(guò) |±25V| 時(shí)，折返式限流電路可進(jìn)一步將驅(qū)動(dòng)器短路電流降至 ±5mA 以下。同時(shí)，所有器件都具有熱關(guān)斷保護(hù)功能。
• 增強(qiáng)型接收器抗噪性能：差分接收器具有完全對(duì)稱的閾值，即使在輸入振幅很小的情況下也能保持信號(hào)的占空比，250mV（典型值）遲滯可提供抗噪能力。
• 接收器失效防護(hù)狀態(tài)運(yùn)行：當(dāng)總線出現(xiàn)開路、短路或空閑等無(wú)效狀態(tài)時(shí)，如果輸入振幅停留時(shí)間超過(guò) tD(OFS) 至少 |VTH_FSH|，接收器將輸出失效防護(hù)邏輯高電平狀態(tài)。
• 低功耗關(guān)斷模式：如果驅(qū)動(dòng) DE 低電平和 RE 高電平的時(shí)間多于 500ns，則器件進(jìn)入關(guān)斷模式，該功能可防止器件由于 DE 和 RE 之間的偏差而意外進(jìn)入關(guān)斷模式。

器件功能模式

• 驅(qū)動(dòng)器功能：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能引腳 DE 為邏輯高電平時(shí)，差分輸出 A 和 B 跟隨數(shù)據(jù)輸入 D 的邏輯狀態(tài)；當(dāng) DE 為低電平時(shí)，兩個(gè)輸出都變?yōu)楦咦钁B(tài)。
• 接收器功能：當(dāng)接收器使能引腳 RE 為邏輯低電平時(shí)，接收器被啟用，根據(jù)差分輸入電壓的大小輸出相應(yīng)的邏輯電平；當(dāng) RE 為邏輯高電平或處于開路時(shí)，接收器輸出為高阻抗。
• SLR 引腳功能：SLR 引腳用于選擇發(fā)送器（TX）和接收器（RX）的最大速度，不同的器件在不同的 SLR 引腳電平下具有不同的最大速度。
• 電源功能：在欠壓場(chǎng)景中，驅(qū)動(dòng)器輸出和接收器輸出會(huì)根據(jù)電源電壓的不同而呈現(xiàn)不同的狀態(tài)。

應(yīng)用和實(shí)施

設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì) RS-485 通信系統(tǒng)時(shí)，需要考慮數(shù)據(jù)速率和總線長(zhǎng)度、短線長(zhǎng)度、總線負(fù)載和瞬態(tài)保護(hù)等因素。數(shù)據(jù)速率與電纜長(zhǎng)度成反比關(guān)系，短線長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，以減少反射的影響。RS-485 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定驅(qū)動(dòng)器必須能夠驅(qū)動(dòng) 32 個(gè)單元負(fù)載，而 THVD24xxV-EP 器件包含 1/8 UL 收發(fā)器，可將多達(dá) 256 個(gè)接收器連接到總線。同時(shí)，需要對(duì)收發(fā)器進(jìn)行瞬態(tài)保護(hù)，以防止 ESD、EFT 和浪涌瞬變等干擾。

詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程

對(duì)于半雙工器件，建議使用保護(hù)電路來(lái)抵御 1kV 浪涌（IEC 61000-4-5）瞬變，如使用 SMAJ30CA TVS 二極管進(jìn)行保護(hù)。

電源相關(guān)建議

為確保在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運(yùn)行，應(yīng)使用 100nF 陶瓷電容對(duì)各個(gè)電源進(jìn)行去耦，該電容的位置應(yīng)盡可能靠近電源引腳。

布局

在 PCB 設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)采用高頻布局技術(shù)，將保護(hù)電路放置在靠近總線連接器的位置，使用 $V_{CC}$ 和接地平面來(lái)提供低電感，將保護(hù)元件設(shè)計(jì)成信號(hào)路徑的方向，在靠近收發(fā)器、UART 和/或控制器 IC 的 $VCCI$ 和 $VIO$ 引腳的位置應(yīng)用去耦電容器，在電源引腳和保護(hù)器件的去耦電容器接地連接時(shí)至少使用兩個(gè)過(guò)孔，使用上拉和下拉電阻用于使能線路，在 A 和 B 總線線路中插入防脈沖電阻器等。

總結(jié)

THVD24xxV-EP 系列增強(qiáng)型 RS-485 收發(fā)器以其卓越的性能、強(qiáng)大的保護(hù)功能和靈活的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，為電子工程師在設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)時(shí)提供了一個(gè)可靠的選擇。無(wú)論是在極端環(huán)境下的航空航天領(lǐng)域，還是在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中，THVD24xxV-EP 都能夠穩(wěn)定、高效地傳輸數(shù)據(jù)。作為電子工程師，我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理選擇和使用該系列收發(fā)器，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出更加可靠的通信系統(tǒng)。你在使用 RS-485 收發(fā)器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。