SN65HVD17xx：高性能RS - 485收發(fā)器的全方位解析

在工業(yè)自動化、樓宇自動化以及汽車電子等眾多領(lǐng)域，可靠的數(shù)據(jù)通信至關(guān)重要。RS - 485作為一種廣泛應用的串行通信標準，其收發(fā)器的性能直接影響著整個通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）的SN65HVD17xx系列故障保護型RS - 485收發(fā)器。

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一、核心特性：為可靠通信保駕護航

1. 強大的總線引腳故障保護

SN65HVD17xx系列在總線引腳故障保護方面表現(xiàn)出色。其中，HVD1785、86、91、92型號能夠承受高達±70V的故障電壓，而HVD1787、93型號也能承受±30V的故障電壓。這種出色的保護能力使得設備在面對諸如電源短路、布線錯誤、連接器故障等過電壓故障時，依然能夠穩(wěn)定運行，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

2. 超寬共模電壓范圍

該系列器件的共模電壓范圍為–20V至25V，這一范圍超過了TIA/EIA 485標準要求的兩倍。超寬的共模電壓范圍使得設備在復雜的電磁環(huán)境中能夠更好地抵抗干擾，適用于長電纜傳輸?shù)亩帱c應用場景。

3. 高ESD防護等級

總線I/O具備±16kV的JEDEC HBM保護，能夠有效抵御靜電放電（ESD）事件，保護設備免受ESD損壞，提高了設備的穩(wěn)定性和可靠性。

4. 低單位負載與多節(jié)點支持

該系列產(chǎn)品具有低單位負載特性，允許多達256個節(jié)點共享同一RS - 485總線。這一特性使得系統(tǒng)的擴展性大大增強，能夠滿足大規(guī)模網(wǎng)絡通信的需求。

5. 故障安全接收器

在開路、短路和總線空閑等情況下，故障安全接收器能夠確保輸出穩(wěn)定的邏輯電平，避免出現(xiàn)不確定的輸出狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

6. 低功耗設計

該系列產(chǎn)品具有低功耗特性，典型待機電源電流僅為1μA，工作時的靜態(tài)電流ICC也僅為5mA。此外，在電源上電和斷電過程中，設備能夠?qū)崿F(xiàn)無毛刺運行，進一步降低了功耗。

二、應用場景：廣泛適用于各類通信網(wǎng)絡

SN65HVD17xx系列器件專為RS - 485和RS - 422網(wǎng)絡設計，廣泛應用于工業(yè)自動化、樓宇自動化、安防監(jiān)控、汽車電子等領(lǐng)域。在工業(yè)自動化中，它可以用于PLC與傳感器、執(zhí)行器之間的通信；在樓宇自動化中，可用于智能照明、門禁系統(tǒng)等設備的通信；在安防監(jiān)控中，可用于攝像頭與監(jiān)控中心之間的通信；在汽車電子中，可用于汽車內(nèi)部的CAN總線通信。

三、產(chǎn)品詳細剖析：不同型號，各有所長

1. 產(chǎn)品選型指南

從選型指南中可以看出，不同型號的產(chǎn)品在信號速率、電纜長度等方面存在差異。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體的需求選擇合適的型號。例如，如果需要長距離傳輸，可選擇SN65HVD1785或SN65HVD1791；如果需要高速傳輸，可選擇SN65HVD1787或SN65HVD1793。

2. 引腳配置與功能

而SN65HVD1791、1792、1793的引腳功能則有所不同，例如其驅(qū)動器輸出和接收器輸入是分開的引腳，適用于全雙工通信。在進行電路設計時，我們需要根據(jù)引腳功能正確連接引腳，確保設備正常工作。

四、電氣特性與性能指標：確保穩(wěn)定可靠運行

1. 絕對最大額定值

該系列產(chǎn)品的絕對最大額定值規(guī)定了設備能夠承受的最大電壓、電流等參數(shù)。例如，VCC電源電壓的范圍為–0.5V至7V，總線引腳電壓在不同型號中有所不同，最高可達±70V。在使用過程中，我們必須確保設備的工作參數(shù)不超過這些額定值，否則可能會導致設備損壞。

2. ESD評級

該系列產(chǎn)品具有較高的ESD防護等級，總線端子和GND的人體模型（HBM）ESD評級為±16000V，所有引腳的HBM ESD評級為±4000V。這使得設備在面對靜電放電時能夠更好地保護自身，提高了設備的可靠性。

3. 推薦工作條件

推薦工作條件規(guī)定了設備正常工作時的電壓、溫度等參數(shù)范圍。例如，VCC電源電壓的推薦范圍為4.5V至5.5V，輸入電壓在任何總線端子的范圍為–20V至25V。在實際應用中，我們應盡量使設備工作在推薦工作條件范圍內(nèi)，以確保設備的性能和可靠性。

4. 熱信息

熱信息包括結(jié)到環(huán)境的熱阻、結(jié)到外殼的熱阻等參數(shù)。這些參數(shù)對于評估設備的散熱性能和可靠性非常重要。在設計散熱系統(tǒng)時，我們需要根據(jù)這些熱信息合理選擇散熱方式和散熱器件，確保設備在正常工作溫度范圍內(nèi)運行。

5. 電氣特性

電氣特性包括驅(qū)動器差分輸出電壓幅度、穩(wěn)態(tài)共模輸出電壓、差分輸出電容等參數(shù)。這些參數(shù)直接影響著設備的通信性能。例如，驅(qū)動器差分輸出電壓幅度的大小決定了信號的傳輸距離和可靠性。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體的需求選擇合適的設備，并確保設備的電氣特性滿足系統(tǒng)的要求。

6. 熱考慮

熱考慮主要涉及功率耗散和熱關(guān)斷結(jié)溫等參數(shù)。在高功率、高溫環(huán)境下，設備的功率耗散會增加，可能會導致設備溫度過高，從而影響設備的性能和可靠性。因此，我們需要根據(jù)熱考慮參數(shù)合理設計散熱系統(tǒng)，確保設備在正常工作溫度范圍內(nèi)運行。

7. 開關(guān)特性

開關(guān)特性包括驅(qū)動器差分輸出上升/下降時間、驅(qū)動器傳播延遲、接收器輸出上升/下降時間等參數(shù)。這些參數(shù)決定了設備的信號傳輸速度和響應時間。在高速通信應用中，我們需要選擇開關(guān)特性良好的設備，以確保信號的快速、準確傳輸。

8. 典型特性

典型特性通過圖表的形式展示了設備在不同條件下的性能表現(xiàn)。例如，驅(qū)動器輸出電流與電源電壓的關(guān)系、RMS電源電流與信號速率的關(guān)系等。這些典型特性對于我們了解設備的性能和優(yōu)化電路設計非常有幫助。

五、應用與實現(xiàn)：設計要點與注意事項

1. 應用信息

SN65HVD17xx系列產(chǎn)品包括半雙工和全雙工收發(fā)器，可用于異步數(shù)據(jù)通信。在半雙工實現(xiàn)中，需要一對信號線（兩根線）；在全雙工實現(xiàn)中，需要兩對信號線（四根線）。在多個收發(fā)器共享同一通信總線時，需要注意確保同一時間只有一個驅(qū)動器處于使能狀態(tài)，以避免總線競爭。

2. 典型應用

典型的RS - 485網(wǎng)絡由多個收發(fā)器并聯(lián)連接到總線電纜上。為了消除線路反射，每個電纜末端需要使用終端電阻RT進行終端匹配，其阻值應與電纜的特性阻抗Z0相匹配。這種并行終端匹配方法可以在較長的電纜長度上實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。

3. 設計要求

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。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。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體的需求選擇合適的數(shù)據(jù)速率和電纜長度。

短截線長度

在將節(jié)點連接到總線時，短截線（收發(fā)器輸入與電纜主干之間的距離）應盡可能短。短截線過長會引入反射，影響信號的傳輸質(zhì)量。一般來說，短截線的電氣長度（往返延遲）應小于驅(qū)動器上升時間的十分之一。

接收器故障安全

該系列產(chǎn)品的差分接收器具有故障安全功能，能夠在開路、短路和總線空閑等情況下輸出穩(wěn)定的邏輯電平。這是通過偏移接收器閾值來實現(xiàn)的，確?！拜斎氩淮_定”范圍不包括零伏差分。

4. 詳細設計流程

雖然該系列產(chǎn)品內(nèi)部具有高達16kV的人體模型ESD保護，但在應用層面，我們還可以通過外部保護器件提供更高能量瞬態(tài)的保護。例如，在總線連接器附近放置保護電路，使用VCC和接地平面提供低電感電源分配，合理設計保護組件的位置和方向等。

5. 應用曲線

應用曲線可以直觀地展示設備在不同條件下的性能表現(xiàn)。例如，SN65HVD1785在115kbps時的差分輸出曲線可以幫助我們了解設備的信號傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性。

六、電源供應建議與布局：保障設備穩(wěn)定運行

1. 電源供應建議

為了確保設備在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下都能可靠運行，每個電源應使用一個100nF的陶瓷電容進行去耦，該電容應盡可能靠近電源引腳放置。這樣可以減少開關(guān)電源輸出的電源電壓紋波，補償PCB電源平面的電阻和電感。

2. 布局指南

保護電路位置

將保護電路靠近總線連接器放置，以防止噪聲瞬態(tài)進入電路板。

電源平面設計

使用VCC和接地平面提供低電感電源分配，因為高頻電流傾向于沿著電感最小的路徑流動，而不是電阻最小的路徑。

保護組件設計

將保護組件設計到信號路徑的方向上，避免瞬態(tài)電流偏離信號路徑到達保護設備。

旁路電容應用

在電路板上的收發(fā)器、UART或控制器IC的VCC引腳附近盡可能靠近地應用100nF至220nF的旁路電容。

過孔使用

對于旁路電容和保護設備的VCC和接地連接，使用至少兩個過孔，以最小化過孔的有效電感。

上拉和下拉電阻

使用1kΩ至10kΩ的上拉和下拉電阻來限制使能線在瞬態(tài)事件中的噪聲電流。

串聯(lián)電阻插入

如果TVS鉗位電壓高于收發(fā)器總線端子的指定最大電壓，應在A和B總線線上插入串聯(lián)脈沖防護電阻，以限制進入收發(fā)器的殘余鉗位電流，防止其閂鎖。

保護器件選擇

對于高達1kV的浪涌瞬態(tài)，純TVS保護就足夠了；對于更高的瞬態(tài)，需要使用金屬氧化物壓敏電阻（MOV）將瞬態(tài)降低到幾百伏的鉗位電壓，并使用瞬態(tài)阻斷單元（TBU）將瞬態(tài)電流限制在小于1mA。

3. 布局示例

文檔中提供了半雙工和全雙工收發(fā)器的布局示例，這些示例可以幫助我們更好地理解布局指南的應用，確保電路板的布局合理、可靠。

七、設備與文檔支持：獲取更多幫助與信息

1. 文檔支持

相關(guān)文檔包括SN65HVD1781的故障保護型RS - 485收發(fā)器文檔（SLLS877），這些文檔可以為我們提供更多的技術(shù)信息和設計參考。

2. 文檔更新通知

我們可以通過在ti.com上的設備產(chǎn)品文件夾中訂閱更新，接收每周的產(chǎn)品信息更新摘要。同時，我們可以查看修訂歷史以了解詳細的更改信息。

3. 支持資源

TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速、可靠答案和設計幫助的重要資源。我們可以在論壇上搜索現(xiàn)有答案或提出自己的問題，獲得專家的幫助。

4. 商標說明

TI E2E?是德州儀器的商標，所有商標均為其各自所有者的財產(chǎn)。

5. 靜電放電注意事項

該集成電路可能會受到靜電放電（ESD）的損壞，因此在處理和安裝過程中需要采取適當?shù)念A防措施，以避免設備損壞。

6. 術(shù)語表

文檔中提供了術(shù)語表，解釋了各種術(shù)語、縮寫和定義，有助于我們更好地理解文檔內(nèi)容。

八、機械、封裝與訂購信息：選擇合適的封裝與訂購方式

文檔中提供了該系列產(chǎn)品的機械、封裝和訂購信息，包括不同型號的封裝類型、引腳數(shù)量、包裝數(shù)量、RoHS合規(guī)性、引腳鍍層/球材料、MSL評級/峰值回流溫度、工作溫度范圍和零件標記等。我們可以根據(jù)具體的需求選擇合適的封裝和訂購方式。

SN65HVD17xx系列故障保護型RS - 485收發(fā)器以其出色的性能、豐富的特性和廣泛的應用場景，為RS - 485和RS - 422網(wǎng)絡通信提供了可靠的解決方案。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體的需求選擇合適的型號，并遵循設計要點和布局指南，以確保設備的穩(wěn)定運行和通信性能。希望本文對各位電子工程師在使用SN65HVD17xx系列產(chǎn)品時有所幫助。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。