電子工程師必看：SN55HVD75-EP RS-485 收發(fā)器深度解析

在工業(yè)自動(dòng)化、電信基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域，可靠的通信至關(guān)重要。RS-485 作為一種常用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以其長距離、多節(jié)點(diǎn)通信的優(yōu)勢，在眾多應(yīng)用中得到廣泛使用。今天，我們就來深入探討一款具有 IEC ESD 保護(hù)功能的 3.3V 電源供電的 RS-485 收發(fā)器——SN55HVD75-EP。

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一、產(chǎn)品概述

SN55HVD75-EP 是一款低功耗、半雙工 RS-485 收發(fā)器，專為數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá) 20 Mbps 的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用小型超薄小外形尺寸無引線（VSON）封裝，具有穩(wěn)健耐用的 3.3V 驅(qū)動(dòng)器和接收器，能滿足工業(yè)應(yīng)用的嚴(yán)苛要求。該器件的總線引腳可耐受 ESD 事件，具備針對(duì)人體模型和 IEC 接觸放電規(guī)范的高級(jí)保護(hù)，運(yùn)行溫度范圍為 -55°C 至 125°C，適用于各種惡劣環(huán)境。

二、產(chǎn)品特性

2.1 ESD 保護(hù)

總線引腳具有出色的 ESD 保護(hù)能力，可承受 >±15kV 人體模型（HBM）保護(hù)、>±12kV IEC 61000 - 4 - 2 接觸放電以及 >±4kV IEC61000 - 4 - 4 快速瞬態(tài)突發(fā)，有效保障了設(shè)備在復(fù)雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定性。

2.2 低功耗設(shè)計(jì)

低待機(jī)電源電流小于 2μA，運(yùn)行過程中的靜態(tài)電流 $I_{CC}$ < 1 mA，大大降低了系統(tǒng)的功耗，延長了設(shè)備的使用壽命。

2.3 高兼容性

與 3.3V 或 5V 控制器兼容的 5V 耐壓邏輯輸入，方便與各種控制器連接，提高了系統(tǒng)的靈活性。

2.4 大節(jié)點(diǎn)連接能力

低單元負(fù)載可實(shí)現(xiàn)超過 200 個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接，滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)通信的需求。

2.5 噪聲抑制

用于噪聲抑制的較大接收器滯后（80mV），有效提高了信號(hào)的抗干擾能力，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

三、應(yīng)用范圍

3.1 工廠自動(dòng)化

在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，SN55HVD75-EP 可用于各種傳感器和執(zhí)行器之間的通信，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

3.2 電信基礎(chǔ)設(shè)施

在電信基礎(chǔ)設(shè)施中，該器件可用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，保障通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 運(yùn)動(dòng)控制

在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，SN55HVD75-EP 可實(shí)現(xiàn)控制器與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間的高速通信，實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)控制。

四、引腳配置與功能

五、技術(shù)參數(shù)

5.1 絕對(duì)最大額定值

5.2 ESD 額定值

該器件在不同 ESD 模型下具有出色的防護(hù)能力，如人體模型（HBM）可達(dá) +8000V，帶電設(shè)備模型（CDM）可達(dá) +1500V 等，具體數(shù)據(jù)可參考文檔。

5.3 推薦工作條件

5.4 電氣特性

文檔詳細(xì)列出了驅(qū)動(dòng)器差分輸出電壓幅度、接收器輸入電壓閾值等多項(xiàng)電氣特性參數(shù)，為工程師的設(shè)計(jì)提供了精確的參考。

5.5 開關(guān)特性

對(duì)于 20 Mbps 設(shè)備，文檔給出了驅(qū)動(dòng)器和接收器的上升/下降時(shí)間、傳播延遲等開關(guān)特性參數(shù)，確保了高速通信的穩(wěn)定性。

六、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6.1 應(yīng)用信息

SN55HVD75-EP 可通過不同的使能引腳配置實(shí)現(xiàn)多種工作模式，如獨(dú)立使能線可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器和接收器的單獨(dú)控制，組合使能信號(hào)可簡化與控制器的接口，將接收器使能輸入接地并控制驅(qū)動(dòng)器使能輸入可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)對(duì)自身發(fā)送數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。

6.2 典型應(yīng)用

在 RS - 485 總線網(wǎng)絡(luò)中，通常將多個(gè) SN55HVD75-EP 收發(fā)器并聯(lián)連接到總線電纜上，并在電纜兩端使用終端電阻進(jìn)行匹配，以消除線路反射。常見的電纜有非屏蔽雙絞線（UTP），如 CAT - 5 電纜（$Z{0}=100 Omega$）和 RS - 485 電纜（$Z{0}=120 Omega$）。

6.3 設(shè)計(jì)要求

6.3.1 數(shù)據(jù)速率與總線長度

數(shù)據(jù)速率和總線長度呈反比關(guān)系，數(shù)據(jù)速率越高，電纜長度越短；反之亦然。大多數(shù) RS - 485 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率在 10 kbps 至 100 kbps 之間，但一些應(yīng)用需要在 4000 英尺及更長的距離上實(shí)現(xiàn)高達(dá) 250 kbps 的數(shù)據(jù)速率。

6.3.2 支線長度

連接節(jié)點(diǎn)時(shí)，支線長度應(yīng)盡可能短，以減少反射。一般來說，支線的電氣長度（往返延遲）應(yīng)小于驅(qū)動(dòng)器上升時(shí)間的十分之一。

6.3.3 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）。由于 SN55HVD75-EP 在 12V 時(shí)的接收器輸入電流為 150μA，因此它是 3/20 UL 收發(fā)器，總線上連接的收發(fā)器數(shù)量不應(yīng)超過 213 個(gè)。

6.3.4 接收器故障保護(hù)

該器件的差分接收器對(duì)無效總線狀態(tài)具有故障保護(hù)功能，如總線開路、短路或空閑時(shí)，接收器將輸出故障安全邏輯高電平，確保輸出不會(huì)不確定。

6.3.5 瞬態(tài)保護(hù)

SN55HVD75-EP 的總線引腳具有片上 ESD 保護(hù)，但對(duì)于更高能量的瞬態(tài)事件，如浪涌瞬態(tài)，需要使用外部瞬態(tài)保護(hù)器件，文檔中給出了相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)和物料清單。

6.4 詳細(xì)設(shè)計(jì)流程

6.4.1 外部瞬態(tài)保護(hù)

為保護(hù)總線節(jié)點(diǎn)免受高能瞬態(tài)的影響，可采用外部瞬態(tài)保護(hù)器件，如脈沖防護(hù)厚膜電阻、雙向瞬態(tài)抑制器、雙向浪涌抑制器和金屬氧化物壓敏電阻等。文檔中給出了兩種不同等級(jí)的浪涌保護(hù)電路設(shè)計(jì)。

6.4.2 隔離總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

許多 RS - 485 網(wǎng)絡(luò)使用隔離總線節(jié)點(diǎn)，以防止接地環(huán)路對(duì)信號(hào)完整性的影響。隔離總線節(jié)點(diǎn)通常包括微控制器、多通道數(shù)字隔離器、電源隔離電路等。

七、電源與布局建議

7.1 電源建議

為確保在所有數(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 100 - nF 陶瓷電容器進(jìn)行緩沖，并盡可能靠近電源引腳放置。對(duì)于 3.3V 電源，可使用 TPS76333 線性電壓調(diào)節(jié)器。

7.2 布局指南

在 PCB 設(shè)計(jì)中，應(yīng)采用高頻布局技術(shù)，將保護(hù)電路靠近總線連接器放置，使用 $V_{CC}$ 和接地平面提供低電感，合理設(shè)計(jì)保護(hù)組件的方向，使用旁路電容器和上拉/下拉電阻等，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

八、總結(jié)

SN55HVD75-EP 是一款性能卓越、功能強(qiáng)大的 RS - 485 收發(fā)器，具有出色的 ESD 保護(hù)、低功耗、高兼容性等特點(diǎn)，適用于各種工業(yè)和通信應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇參數(shù)，注意數(shù)據(jù)速率與總線長度、支線長度、總線負(fù)載等因素的影響，并采取有效的瞬態(tài)保護(hù)和布局措施，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。希望本文能為電子工程師在使用 SN55HVD75-EP 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供有價(jià)值的參考。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似收發(fā)器的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。