探索 THVD24xxV：高性能 RS - 485 收發(fā)器的卓越之選

在工業(yè)自動(dòng)化、電力系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域，可靠的通信是系統(tǒng)穩(wěn)定運(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)馁|(zhì)量和系統(tǒng)的可靠性。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）推出的 THVD24xxV 系列 ±70V 故障保護(hù)型 3V 至 5.5V RS - 485 收發(fā)器。

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1. 產(chǎn)品概述

THVD24xxV 系列包括 THVD2410V、THVD2412V、THVD2450V 和 THVD2452V 等型號，它們是 ±70V 總線故障保護(hù)、±25V 共模電壓范圍的半雙工和全雙工 RS - 485 收發(fā)器。該系列產(chǎn)品滿足或超越了 TIA/EIA - 485A 和 TIA/EIA - 422B 標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)據(jù)傳輸提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

2. 核心特性

2.1 寬電壓范圍與靈活 I/O

• 電源電壓：采用 3V 至 5.5V 的 RS - 485 電源電壓，以及 1.65V 至 5.5V 的邏輯信號接口電源，這種靈活的電源設(shè)計(jì)使得該系列收發(fā)器能夠適應(yīng)不同的系統(tǒng)電源要求，提高了系統(tǒng)的兼容性和設(shè)計(jì)靈活性。
• 數(shù)據(jù)速率選擇：通過 SLR 引腳可選擇不同的數(shù)據(jù)速率。例如，THVD2410V 和 THVD2412V 可在 250kbps 和 1Mbps 之間切換，而 THVD2450V 和 THVD2452V 則可在 20Mbps 和 50Mbps 之間選擇。這種可調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)速率特性，讓工程師可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景靈活配置，以達(dá)到最佳的性能和效率。

2.2 強(qiáng)大的保護(hù)功能

• ±70V 故障保護(hù)：在工業(yè)環(huán)境中，總線故障是常見的問題。THVD24xxV 系列收發(fā)器具備 ±70V 的故障保護(hù)能力，無需額外的外部保護(hù)組件，大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低了成本。相比傳統(tǒng)的 RS - 485 設(shè)備，這一特性使得該系列產(chǎn)品在面對復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境時(shí)更加可靠。
• 集成 ESD 保護(hù)：內(nèi)部 ESD 保護(hù)電路可根據(jù) IEC 61000 - 4 - 2 標(biāo)準(zhǔn)，為半雙工設(shè)備提供高達(dá) ±15kV 的接觸和空氣放電保護(hù)，為全雙工設(shè)備提供高達(dá) ±8kV 的接觸和空氣放電保護(hù)。同時(shí)，總線結(jié)構(gòu)還能根據(jù) IEC 61000 - 4 - 4 標(biāo)準(zhǔn)，提供高達(dá) ±4kV 的電氣快速瞬變（EFT）保護(hù)。這種集成的保護(hù)設(shè)計(jì)，有效提高了設(shè)備的抗干擾能力，確保了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。
• 驅(qū)動(dòng)過壓和過流保護(hù)：THVD24xxV 驅(qū)動(dòng)器能夠在 - 70V 至 +70V 的直流電源短路范圍內(nèi)得到保護(hù)，內(nèi)部將短路電流限制在 ±250mA，以符合 TIA/EIA - 485A 標(biāo)準(zhǔn)。此外，當(dāng)輸出故障電壓超過 |±25V| 時(shí)，折返電流限制電路會(huì)進(jìn)一步將驅(qū)動(dòng)短路電流降低至小于 ±5mA。這種雙重保護(hù)機(jī)制，有效防止了驅(qū)動(dòng)器因過壓和過流而損壞，提高了設(shè)備的可靠性。

2.3 高噪聲抑制與故障安全特性

• 增強(qiáng)的接收器噪聲抑制：該系列收發(fā)器的差分接收器具有完全對稱的閾值，即使在輸入幅度較小的情況下，也能保持信號的占空比。此外，典型的 250mV 遲滯特性提供了良好的抗噪聲能力。在 250kbps 的壓擺率限制模式下，接收器信號鏈中的典型 700ns 毛刺濾波器可防止總線上的高頻噪聲脈沖出現(xiàn)在輸出引腳 R 上。
• 故障安全操作：接收器能夠在多種故障情況下輸出故障安全邏輯高電平，包括總線開路、短路和空閑等情況。當(dāng)輸入幅度在小于 |VTH_FSH| 的情況下持續(xù)時(shí)間超過 tD(OFS) 時(shí)，接收器將輸出高電平，確保了系統(tǒng)在故障情況下的安全性和可靠性。

2.4 低功耗關(guān)機(jī)模式

通過將 DE 引腳置低、RE 引腳置高持續(xù)超過 500ns，可將設(shè)備置于關(guān)機(jī)模式。如果 DE 引腳變高或 RE 引腳變低，計(jì)數(shù)器將復(fù)位。當(dāng)使能引腳處于禁用狀態(tài)的時(shí)間小于 50ns 時(shí)，設(shè)備不會(huì)進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，這一特性有效防止了設(shè)備因 DE 和 RE 之間的偏差而意外進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，降低了系統(tǒng)的功耗。

3. 引腳配置與功能

這些引腳的設(shè)計(jì)使得工程師可以方便地對收發(fā)器進(jìn)行配置和控制，以滿足不同的應(yīng)用需求。

4. 規(guī)格參數(shù)

4.1 絕對最大額定值

在使用 THVD24xxV 收發(fā)器時(shí)，需要注意其絕對最大額定值。例如，邏輯電源電壓 VIo 的范圍為 - 0.5V 至 Vcc + 0.2V，總線電源電壓 Vcc 的范圍為 - 0.5V 至 6.5V，總線電壓范圍為 - 70V 至 70V 等。超出這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格遵守。

4.2 ESD 額定值

該系列收發(fā)器具有出色的 ESD 保護(hù)能力。總線端子和 GND 的人體模型（HBM）靜電放電額定值為 ±16kV，除總線端子和 GND 外的所有引腳為 +4kV。此外，帶電設(shè)備模型（CDM）的額定值為 ±1.5kV。這些 ESD 額定值確保了設(shè)備在生產(chǎn)和使用過程中的安全性。

4.3 推薦工作條件

為了確保收發(fā)器的正常工作，推薦在特定的工作條件下使用。例如，電源電壓 Vcc 推薦范圍為 3V 至 5.5V，I/O 電源電壓 VIo 為 1.65V 至 Vcc，輸入電壓在不同引腳和模式下也有相應(yīng)的范圍要求。同時(shí)，不同型號和數(shù)據(jù)速率下的信號速率、工作環(huán)境溫度等參數(shù)也需要嚴(yán)格控制。

4.4 熱信息

熱性能也是評估收發(fā)器性能的重要指標(biāo)之一。不同封裝的 THVD24xxV 收發(fā)器具有不同的熱阻參數(shù)，如 THVD2410V 和 THVD2450V 的 DRC（VSON）封裝的結(jié)到環(huán)境熱阻 RJA 為 46.7°C/W，而 THVD2412V 和 THVD2452V 的 D（SOIC）封裝的 RJA 為 87.5°C/W。了解這些熱信息有助于工程師進(jìn)行合理的散熱設(shè)計(jì)，確保設(shè)備在正常溫度范圍內(nèi)工作。

5. 應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 典型應(yīng)用

RS - 485 總線通常由多個(gè)收發(fā)器并聯(lián)連接到總線電纜組成。為了消除線路反射，每個(gè)電纜末端需要使用一個(gè)終端電阻 RT，其值應(yīng)與電纜的特性阻抗 Z0 匹配。這種并行終端方法通常允許在更長的電纜長度上實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。

5.2 設(shè)計(jì)要求

• 數(shù)據(jù)速率與總線長度：數(shù)據(jù)速率和電纜長度之間存在反比關(guān)系。一般來說，數(shù)據(jù)速率越高，電纜長度越短；反之，數(shù)據(jù)速率越低，電纜長度越長。對于 THVD24xxV 系列收發(fā)器，在某些情況下，當(dāng)互連足夠短（或在信號頻率下具有適當(dāng)?shù)牡退p）時(shí)，甚至可以實(shí)現(xiàn) 50Mbps 的高數(shù)據(jù)速率。
• Stub 長度：在將節(jié)點(diǎn)連接到總線時(shí)，收發(fā)器輸入與電纜主干之間的距離（即 Stub 長度）應(yīng)盡可能短。較長的 Stub 長度可能會(huì)引入反射，影響信號質(zhì)量。一般來說，Stub 的電氣長度（或往返延遲）應(yīng)小于驅(qū)動(dòng)器上升時(shí)間的十分之一。
• 總線負(fù)載：RS - 485 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，合規(guī)的驅(qū)動(dòng)器必須能夠驅(qū)動(dòng) 32 個(gè)單位負(fù)載（UL），每個(gè)單位負(fù)載的負(fù)載阻抗約為 12kΩ。由于 THVD24xxV 設(shè)備由 1/8 UL 收發(fā)器組成，因此在 - 7V 至 12V 的有限共模范圍內(nèi)，可以將多達(dá) 256 個(gè)接收器連接到總線。
• 瞬態(tài)保護(hù)：盡管 THVD24xxV 系列收發(fā)器具有集成的 ESD 保護(hù)，但在工業(yè)環(huán)境中，還需要考慮對更長持續(xù)時(shí)間的瞬態(tài)（如浪涌瞬態(tài)）進(jìn)行保護(hù)。設(shè)計(jì)時(shí)可以使用外部保護(hù)電路，如 TVS 二極管，來提高設(shè)備的抗浪涌能力。

5.3 電源供應(yīng)與布局

• 電源供應(yīng)：為了確保在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下的可靠運(yùn)行，每個(gè)電源應(yīng)使用至少 100nF 的陶瓷電容進(jìn)行去耦，并將其盡可能靠近電源引腳放置。這有助于減少開關(guān)模式電源輸出上的電源電壓紋波，并補(bǔ)償 PCB 電源平面的電阻和電感。
• 布局：在 PCB 設(shè)計(jì)中，應(yīng)采用高頻布局技術(shù)。例如，將保護(hù)電路靠近總線連接器放置，使用 VCC 和接地平面以提供低電感，將去耦電容盡可能靠近 VCC 和 VIo 引腳等。合理的布局可以有效提高設(shè)備的抗干擾能力和可靠性。

6. 總結(jié)

THVD24xxV 系列 RS - 485 收發(fā)器以其出色的性能、強(qiáng)大的保護(hù)功能和靈活的設(shè)計(jì)特性，為工業(yè)通信領(lǐng)域提供了一種可靠的解決方案。無論是在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，還是對數(shù)據(jù)速率和可靠性有較高要求的應(yīng)用場景，該系列收發(fā)器都能發(fā)揮出其優(yōu)勢。作為電子工程師，在設(shè)計(jì) RS - 485 通信系統(tǒng)時(shí)，不妨考慮一下 THVD24xxV 系列收發(fā)器，相信它會(huì)給你的設(shè)計(jì)帶來意想不到的驚喜。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)留言分享。