探索ISOx5隔離型RS-485收發(fā)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

引言

在工業(yè)自動化、安全系統(tǒng)等領(lǐng)域，可靠的數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要。RS - 485作為一種常用的通信標準，在長距離、多節(jié)點通信中發(fā)揮著重要作用。而ISOx5系列隔離型3.3 - V半雙工和全雙工RS - 485收發(fā)器，為解決數(shù)據(jù)傳輸中的電氣隔離和抗干擾問題提供了有效的解決方案。本文將深入探討ISOx5系列收發(fā)器的特性、應(yīng)用場景以及設(shè)計過程中的關(guān)鍵要點。

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一、ISOx5系列收發(fā)器概述

ISOx5系列包括ISO15、ISO35、ISO15M和ISO35M等型號。其中，ISO15和ISO15M是隔離型半雙工差分線路驅(qū)動器和接收器，ISO35和ISO35M則是隔離型全雙工差分線路收發(fā)器，適用于TIA/EIA 485/422應(yīng)用。這些器件能夠提供高達2500 $V_{rms}$ 的電隔離，確保數(shù)據(jù)在不同電位之間安全傳輸。

特性亮點

1. 電氣性能優(yōu)越：滿足或超過TIA/EIA RS - 485要求，具有1/8單位負載，允許總線上連接多達256個節(jié)點；信號速率高達1 Mbps，能滿足大多數(shù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸需求。
2. 保護機制完善：具備熱關(guān)斷保護功能，當器件溫度過高時自動關(guān)閉，防止損壞；低總線電容（典型值為16 pF），減少信號干擾；典型瞬態(tài)抗擾度為50 kV/μs，有效抵御電氣噪聲；接收器具有故障安全功能，在總線開路、短路或空閑時能保證輸出穩(wěn)定。
3. 電壓兼容性好：3.3 - V輸入具有5 - V容差，增強了與不同電壓系統(tǒng)的兼容性。
4. 安全認證齊全：獲得了多項安全和法規(guī)認證，如符合DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）的4000 - Vpk $V{IOTM}$ 和560 - VPK $V{IORM}$ ，以及UL 1577和CSA 62368 - 1的2500 VRMS隔離額定值。

應(yīng)用場景廣泛

ISOx5系列收發(fā)器適用于多種場景，包括安全系統(tǒng)、化工生產(chǎn)、工廠自動化、電機和運動控制、HVAC和建筑自動化網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)安全站等。在這些應(yīng)用中，電氣噪聲和瞬態(tài)干擾可能會對收發(fā)器和敏感電路造成損害，而ISOx5的隔離特性能夠顯著提高保護能力，降低昂貴控制電路受損的風險。

二、器件詳細描述

功能模式

驅(qū)動模式

當驅(qū)動使能引腳DE為邏輯高電平時，差分輸出Y和Z跟隨數(shù)據(jù)輸入D的邏輯狀態(tài)。D為高電平時，Y為高，Z為低，差分輸出電壓 $V{OD}=V{(Y)}-V{(Z)}$ 為正；D為低電平時，輸出狀態(tài)反轉(zhuǎn)， $V{OD}$ 為負。當DE為低電平時，兩個輸出均為高阻態(tài)。DE引腳內(nèi)部有下拉電阻接地，因此懸空時驅(qū)動器默認禁用；D引腳內(nèi)部有上拉電阻連接到 $V_{CC}$ ，驅(qū)動器使能且D引腳懸空時，輸出Y為高，Z為低。

接收模式

當接收使能引腳RE為邏輯低電平時，接收器使能。當差分輸入電壓 $V{ID}=V{(A)}-V{(B)}$ 為正且高于正輸入閾值 $V{IT+}$ 時，接收器輸出R為高；當 $V{ID}$ 為負且低于負輸入閾值 $V{IT-}$ 時，R為低；當 $V{ID}$ 在 $V{IT+}$ 和 $V_{IT-}$ 之間時，輸出不確定。當RE為邏輯高電平或懸空時，接收器輸出為高阻態(tài)。接收器輸入的內(nèi)部偏置使得在收發(fā)器與總線斷開（開路）、總線線路短路或總線空閑時，輸出為故障安全高電平。

引腳配置與功能

ISOx5系列采用16引腳SOIC封裝，各引腳功能明確。例如，A和B引腳分別為非反相和反相總線輸入或輸出（ISO15x）或輸入（ISO35x）；D為驅(qū)動器輸入；DE為驅(qū)動器邏輯高使能輸入；RE為接收器邏輯低使能；R為接收器輸出等。詳細的引腳功能可參考相關(guān)表格。

三、規(guī)格參數(shù)分析

絕對最大額定值

規(guī)定了器件在各種條件下能夠承受的最大電壓、電流和溫度等參數(shù)。例如，電源電壓 $V{CC1}$ 和 $V{CC2}$ 的范圍為 - 0.3 V至6 V，任何總線I/O端子的電壓范圍為 - 9 V至14 V等。超出這些額定值可能會導(dǎo)致器件永久性損壞。

ESD額定值

體現(xiàn)了器件對靜電放電的耐受能力。不同引腳的ESD額定值不同，如總線引腳和GND1的人體模型（HBM）ESD額定值為 + 6000 V，總線引腳和GND2的HBM ESD額定值為 ± 16000 V等。

推薦工作條件

為器件的正常工作提供了參考范圍。例如，電源電壓 $V{CC1}$ 和 $V{CC2}$ 推薦為3.15 V至3.6 V，工作環(huán)境溫度ISO15和ISO35為 - 40°C至85°C，ISO15M和ISO35M為 - 55°C至125°C等。

電氣特性

包括驅(qū)動器和接收器的各項電氣參數(shù)，如驅(qū)動器差分輸出電壓幅度、共模輸出電壓、輸入電流等，以及接收器的輸入閾值電壓、輸出電壓等。這些參數(shù)對于評估器件的性能和設(shè)計電路至關(guān)重要。

開關(guān)特性

描述了驅(qū)動器和接收器在信號切換時的時間特性，如差分輸出上升時間和下降時間、傳播延遲等。這些特性影響著數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蜏蚀_性。

四、應(yīng)用與設(shè)計要點

應(yīng)用信息

ISO15x和ISO35x系列常用于異步數(shù)據(jù)傳輸。全雙工實現(xiàn)需要兩對信號（四根線），允許每個節(jié)點在一對線上發(fā)送數(shù)據(jù)的同時在另一對線上接收數(shù)據(jù)；半雙工傳輸則只使用一對線，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)共享。為消除線路反射，電纜兩端應(yīng)使用與電纜特性阻抗匹配的終端電阻。

設(shè)計要求

在設(shè)計RS - 485網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮多個參數(shù)，如上拉和下拉電阻取值為1 kΩ至10 kΩ，去耦電容為100 nF等。同時，數(shù)據(jù)速率和電纜長度之間存在反比關(guān)系，連接節(jié)點時，收發(fā)器輸入與電纜主干之間的短截線應(yīng)盡可能短，一般短截線的電氣長度或往返延遲應(yīng)小于驅(qū)動器上升時間的十分之一。

詳細設(shè)計過程

在PCB設(shè)計中，由于片上IEC - ESD保護不足以應(yīng)對工業(yè)環(huán)境中的EFT和浪涌瞬變，需要使用外部瞬態(tài)保護器件。采用高頻布局技術(shù)，至少四層PCB設(shè)計，層疊順序為高速信號層、接地層、電源層和低頻信號層。將保護電路靠近總線連接器，使用VCC和接地層提供低電感路徑，合理放置旁路電容和保護器件，使用脈沖防護電阻等措施，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

五、總結(jié)與思考

ISOx5系列隔離型RS - 485收發(fā)器憑借其優(yōu)越的電氣性能、完善的保護機制和廣泛的應(yīng)用場景，為工程師在設(shè)計長距離、多節(jié)點通信系統(tǒng)時提供了可靠的選擇。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇器件和設(shè)計電路，充分考慮各項參數(shù)和設(shè)計要點，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們也需要關(guān)注新的標準和技術(shù)，不斷優(yōu)化設(shè)計方案，以適應(yīng)更復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。你在使用ISOx5系列收發(fā)器時遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。