THVD24xxV-EP：增強型 RS-485 收發(fā)器的卓越之選

在電子工程領域，可靠的通信是眾多系統(tǒng)正常運行的關鍵。RS-485 作為一種廣泛應用的通信標準，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，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）推出的 THVD24xxV-EP 系列增強型 3V 至 5.5V RS-485 收發(fā)器，看看它有哪些獨特的特性和應用場景。

文件下載：thvd2452v-ep.pdf

特性亮點

增強型產(chǎn)品設計

THVD24xxV-EP 系列屬于增強型產(chǎn)品，具備軍用級溫度范圍（–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)控制等對溫度要求苛刻的領域。同時，它采用單一晶圓制造廠和封裝測試廠，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 2.1V，并且與 PROFIBUS 兼容。數(shù)據(jù)和使能信號電源范圍為 1.65V 至 5.5V，這種寬電壓范圍的設計使得它能夠適應不同的電源環(huán)境，提高了系統(tǒng)的靈活性。

可選數(shù)據(jù)速率

通過 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用場景對數(shù)據(jù)傳輸速度的需求。

強大的總線 I/O 保護

在復雜的工業(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 直流總線故障保護和 ±16kV HBM ESD 保護，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，THVD2452V-EP 具備 ±8kV IEC 61000-4-2 接觸放電和氣隙放電保護以及 ±4kV IEC 61000-4-4 快速瞬態(tài)突發(fā)保護。這些保護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，待機電源電流小于 1μA，運行期間的電流小于 5.3mA。同時，它還具備熱關斷功能，當結溫超過設定閾值時，會自動禁用驅(qū)動器和接收器，防止器件因過熱而損壞。

多種封裝形式

為了滿足不同的應用需求，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。

應用場景

航電設備

在航空電子設備中，對通信的可靠性和穩(wěn)定性要求極高。THVD24xxV-EP 的寬溫度范圍、強大的保護功能和低功耗特性，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)的正常運行。

智能彈藥

智能彈藥需要在復雜的電磁環(huán)境中準確地傳輸數(shù)據(jù)，以實現(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通信的嚴格要求。

傳感器、成像和雷達

在傳感器、成像和雷達系統(tǒng)中，需要快速、準確地傳輸大量的數(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，如工廠自動化、電網(wǎng)系統(tǒng)等，需要使用加固型通信設備來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴HVD24xxV-EP 的強大保護功能和寬溫度范圍，使其成為加固型通信的理想選擇。

規(guī)格參數(shù)

絕對最大額定值

在自然通風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。超出這些絕對最大額定值運行可能會對器件造成永久損壞。

ESD 等級

該系列收發(fā)器具備良好的 ESD 保護能力，總線端子和 GND 的人體放電模型（HBM）ESD 等級為 ±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 等級為 ±1,500V。

建議運行條件

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 引腳設置有所不同，工作環(huán)境溫度范圍為 -55°C 至 125°C，結溫范圍為 -55°C 至 150°C。

電氣特性

在自然通風條件下的工作溫度范圍內(nèi)，驅(qū)動器差分輸出電壓幅度在不同的負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、負向輸入閾值電壓、輸入遲滯等參數(shù)也有相應的規(guī)定。

開關特性

不同的數(shù)據(jù)速率下，驅(qū)動器和接收器的開關特性有所不同，包括差分輸出上升/下降時間、傳播延遲、脈沖延遲、禁用時間、啟用時間等。這些特性對于設計高速、可靠的通信系統(tǒng)至關重要。

詳細說明

概述

THVD2410V-EP 和 THVD2450V-EP 是具有故障保護功能的半雙工 RS-485 收發(fā)器，提供兩種速度等級，分別適用于速率高達 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 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)動器使能引腳和低電平有效的接收器使能引腳，禁用驅(qū)動器和接收器后可獲得低于 1μA 的關斷電流。

功能方框圖

從功能方框圖可以清晰地看到各個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。

特性說明

• ±70V 故障保護：與標準 RS-485 器件相比，THVD24xxV-EP 收發(fā)器加強了總線故障保護，無需任何外部元件即可在高達 ±70V 的電壓下受到保護，簡化了系統(tǒng)設計并降低了整體系統(tǒng)成本。
• 集成 IEC ESD 和 EFT 保護：內(nèi)部 ESD 保護電路可根據(jù)高達 ±12kV 的 IEC 61000-4-2 標準保護收發(fā)器免受靜電放電的影響，并根據(jù)高達 ±4kV 的 IEC 61000-4-4 標準保護收發(fā)器免受電氣快速瞬變的影響。
• 驅(qū)動器過壓和過流保護：驅(qū)動器可防止 -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，當輸出故障電壓超過 |±25V| 時，折返式限流電路可進一步將驅(qū)動器短路電流降至 ±5mA 以下。同時，所有器件都具有熱關斷保護功能。
• 增強型接收器抗噪性能：差分接收器具有完全對稱的閾值，即使在輸入振幅很小的情況下也能保持信號的占空比，250mV（典型值）遲滯可提供抗噪能力。
• 接收器失效防護狀態(tài)運行：當總線出現(xiàn)開路、短路或空閑等無效狀態(tài)時，如果輸入振幅停留時間超過 tD(OFS) 至少 |VTH_FSH|，接收器將輸出失效防護邏輯高電平狀態(tài)。
• 低功耗關斷模式：如果驅(qū)動 DE 低電平和 RE 高電平的時間多于 500ns，則器件進入關斷模式，該功能可防止器件由于 DE 和 RE 之間的偏差而意外進入關斷模式。

器件功能模式

• 驅(qū)動器功能：當驅(qū)動器使能引腳 DE 為邏輯高電平時，差分輸出 A 和 B 跟隨數(shù)據(jù)輸入 D 的邏輯狀態(tài)；當 DE 為低電平時，兩個輸出都變?yōu)楦咦钁B(tài)。
• 接收器功能：當接收器使能引腳 RE 為邏輯低電平時，接收器被啟用，根據(jù)差分輸入電壓的大小輸出相應的邏輯電平；當 RE 為邏輯高電平或處于開路時，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：在欠壓場景中，驅(qū)動器輸出和接收器輸出會根據(jù)電源電壓的不同而呈現(xiàn)不同的狀態(tài)。

應用和實施

設計要求

在設計 RS-485 通信系統(tǒng)時，需要考慮數(shù)據(jù)速率和總線長度、短線長度、總線負載和瞬態(tài)保護等因素。數(shù)據(jù)速率與電纜長度成反比關系，短線長度應盡可能短，以減少反射的影響。RS-485 標準規(guī)定驅(qū)動器必須能夠驅(qū)動 32 個單元負載，而 THVD24xxV-EP 器件包含 1/8 UL 收發(fā)器，可將多達 256 個接收器連接到總線。同時，需要對收發(fā)器進行瞬態(tài)保護，以防止 ESD、EFT 和浪涌瞬變等干擾。

詳細設計過程

對于半雙工器件，建議使用保護電路來抵御 1kV 浪涌（IEC 61000-4-5）瞬變，如使用 SMAJ30CA TVS 二極管進行保護。

電源相關建議

為確保在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運行，應使用 100nF 陶瓷電容對各個電源進行去耦，該電容的位置應盡可能靠近電源引腳。

布局

在 PCB 設計過程中，應采用高頻布局技術，將保護電路放置在靠近總線連接器的位置，使用 $V_{CC}$ 和接地平面來提供低電感，將保護元件設計成信號路徑的方向，在靠近收發(fā)器、UART 和/或控制器 IC 的 $VCCI$ 和 $VIO$ 引腳的位置應用去耦電容器，在電源引腳和保護器件的去耦電容器接地連接時至少使用兩個過孔，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

THVD24xxV-EP 系列增強型 RS-485 收發(fā)器以其卓越的性能、強大的保護功能和靈活的設計特點，為電子工程師在設計通信系統(tǒng)時提供了一個可靠的選擇。無論是在極端環(huán)境下的航空航天領域，還是在復雜的工業(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，我們在實際應用中應根據(jù)具體的需求和場景，合理選擇和使用該系列收發(fā)器，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，設計出更加可靠的通信系統(tǒng)。你在使用 RS-485 收發(fā)器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。