探索 THVD24xxV-EP：增強(qiáng)型 RS-485 收發(fā)器的卓越性能與應(yīng)用

在工業(yè)通信領(lǐng)域，RS-485 標(biāo)準(zhǔn)憑借其長距離傳輸、多節(jié)點(diǎn)連接和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢，成為了眾多應(yīng)用的首選。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）推出的 THVD24xxV-EP 系列增強(qiáng)型 3V 至 5.5V RS-485 收發(fā)器，包括 THVD2410V-EP、THVD2450V-EP 和 THVD2452V-EP，了解它們的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：thvd2410v-ep.pdf

特性亮點(diǎn)

增強(qiáng)型產(chǎn)品特性

THVD24xxV-EP 系列屬于增強(qiáng)型產(chǎn)品，具備軍用級(jí)溫度范圍（–55°C 至 125°C），能夠在極端環(huán)境下穩(wěn)定工作。采用單一晶圓制造廠和封裝測試廠，搭配金鍵合線和 NiPdAu 鉛涂層，不僅保證了產(chǎn)品的一致性和可靠性，還實(shí)現(xiàn)了晶圓批次的可追溯性，延長了產(chǎn)品的生命周期。

電源與兼容性

該系列收發(fā)器支持 3V 至 5.5V 的電源電壓，在 5V 電源下差分輸出超過 2.1V，與 PROFIBUS 兼容。數(shù)據(jù)和使能信號(hào)電源范圍為 1.65V 至 5.5V，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

數(shù)據(jù)速率選擇

通過 SLR 引腳，用戶可以靈活選擇數(shù)據(jù)速率。THVD2410V-EP 支持 250kbps 和 1Mbps，而 THVD2450V-EP 和 THVD2452V-EP 則支持 20Mbps 和 50Mbps，滿足不同應(yīng)用場景對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。

總線保護(hù)與抗干擾能力

在總線 I/O 保護(hù)方面，THVD24xxV-EP 表現(xiàn)出色。具備 ±70V 直流總線故障保護(hù)和 ±16kV HBM ESD 保護(hù)，不同型號(hào)在 IEC 61000 - 4 - 2 接觸放電和氣隙放電以及 IEC 61000 - 4 - 4 快速瞬態(tài)突發(fā)保護(hù)上也有相應(yīng)的規(guī)格，確保在復(fù)雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，對(duì)稱共模電壓范圍為 ±12V，增強(qiáng)型接收器遲滯提供了良好的抗噪能力。

低功耗與其他特性

該系列收發(fā)器具有低功耗特性，低待機(jī)電源電流小于 1μA，運(yùn)行期間電流小于 5.3mA。支持熱插拔功能，無干擾上電/斷電，具備開路、短路和空閑總線失效防護(hù)以及熱關(guān)斷功能。每個(gè)收發(fā)器為 1/8 單位負(fù)載，最多可連接 256 個(gè)總線節(jié)點(diǎn)。封裝方面，提供小型 3mm x 3mm VSON 封裝（半雙工）和 14 - D 封裝（全雙工），滿足不同的布局需求。

應(yīng)用領(lǐng)域

THVD24xxV-EP 系列收發(fā)器適用于多個(gè)領(lǐng)域，包括航電設(shè)備、智能彈藥、傳感器、成像和雷達(dá)以及加固型通信等。在這些應(yīng)用中，其高可靠性、寬溫度范圍和良好的抗干擾能力能夠確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

詳細(xì)說明

概述

THVD2410V-EP 和 THVD2450V-EP 是半雙工 RS-485 收發(fā)器，提供兩種速度等級(jí)，適用于不同速率的數(shù)據(jù)傳輸。THVD2452V-EP 是全雙工收發(fā)器，同樣可通過 SLR 引腳配置兩種速度。禁用驅(qū)動(dòng)器和接收器后，關(guān)斷電流低于 1μA。

功能方框圖

從功能方框圖可以清晰地看到各個(gè)模塊的組成和連接方式，有助于工程師理解器件的工作原理。

特性說明

• ±70V 故障保護(hù)：相比標(biāo)準(zhǔn) RS - 485 器件，該系列收發(fā)器加強(qiáng)了總線故障保護(hù)，無需外部保護(hù)元件即可在高達(dá) ±70V 的電壓下正常工作，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)并降低成本。
• 集成 IEC ESD 和 EFT 保護(hù)：內(nèi)部 ESD 保護(hù)電路可根據(jù)高達(dá) ±12kV 的 IEC 61000 - 4 - 2 標(biāo)準(zhǔn)和 ±4kV 的 IEC 61000 - 4 - 4 標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)收發(fā)器免受靜電放電和電氣快速瞬變的影響。
• 驅(qū)動(dòng)器過壓和過流保護(hù)：驅(qū)動(dòng)器可防止 - 70V 至 + 70V 范圍內(nèi)的直流電源短路，內(nèi)部將短路電流限制為 ±250mA，輸出故障電壓超過 |±25V| 時(shí)，折返式限流電路可進(jìn)一步降低短路電流。同時(shí)具備熱關(guān)斷保護(hù)功能，防止因過多功率損耗損壞器件。
• 增強(qiáng)型接收器抗噪性能：差分接收器具有完全對(duì)稱的閾值，250mV（典型值）遲滯提供了良好的抗噪能力，即使在輸入振幅很小的情況下也能保持信號(hào)的占空比。
• 接收器失效防護(hù)狀態(tài)運(yùn)行：當(dāng)總線出現(xiàn)開路、短路或空閑等無效狀態(tài)時(shí)，接收器輸入的內(nèi)部偏置會(huì)導(dǎo)致輸出失效防護(hù)高電平，確保系統(tǒng)的可靠性。
• 低功耗關(guān)斷模式：驅(qū)動(dòng) DE 低電平和 RE 高電平時(shí)間多于 500ns 時(shí)，器件進(jìn)入關(guān)斷模式，避免因 DE 和 RE 之間的偏差意外進(jìn)入關(guān)斷模式。

器件功能模式

驅(qū)動(dòng)器功能

當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能引腳 DE 為高電平時(shí)，差分輸出跟隨數(shù)據(jù)輸入 D 的邏輯狀態(tài)；DE 為低電平時(shí)，輸出為高阻態(tài)。DE 引腳有內(nèi)部下拉電阻，D 引腳有內(nèi)部上拉電阻，確保在不同狀態(tài)下的穩(wěn)定輸出。

接收器功能

接收器使能引腳 RE 為低電平時(shí)，接收器啟用，根據(jù)差分輸入電壓與閾值的比較輸出相應(yīng)的邏輯電平；RE 為高電平或開路時(shí)，輸出為高阻抗。在總線出現(xiàn)異常情況時(shí)，接收器輸出失效防護(hù)高電平。

SLR 引腳功能

SLR 引腳用于選擇壓擺率和數(shù)據(jù)速率，不同型號(hào)有不同的配置。例如，THVD2410V - EP 在 SLR 為低電平或懸空時(shí)最大速度為 1Mbps，高電平時(shí)限制為 250kbps。

電源功能

在欠壓場景下，驅(qū)動(dòng)器和接收器輸出根據(jù)電源電壓與欠壓閾值的比較進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

應(yīng)用和實(shí)施

典型應(yīng)用

在典型的 RS - 485 網(wǎng)絡(luò)中，半雙工收發(fā)器通過端接電阻消除線路反射，實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

設(shè)計(jì)要求

數(shù)據(jù)速率和總線長度

數(shù)據(jù)速率與電纜長度成反比，大多數(shù) RS - 485 系統(tǒng)使用 10kbps 至 100kbps 之間的數(shù)據(jù)速率，部分應(yīng)用在長距離下需要高達(dá) 250kbps 的數(shù)據(jù)速率。通過允許一定的信號(hào)抖動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)更長的傳輸距離。

短線長度

收發(fā)器輸入和電纜干線之間的樁線應(yīng)盡可能短，其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，以減少反射對(duì)信號(hào)的影響。

總線負(fù)載

RS - 485 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定驅(qū)動(dòng)器需能驅(qū)動(dòng) 32 個(gè)單元負(fù)載，THVD24xxV - EP 為 1/8 UL 收發(fā)器，最多可連接 256 個(gè)接收器到總線。

瞬態(tài)保護(hù)

該系列收發(fā)器的總線引腳具備片上 ESD 保護(hù)，IEC ESD 保護(hù)的片上實(shí)現(xiàn)提高了設(shè)備的穩(wěn)健性。對(duì)于持續(xù)時(shí)間較長的瞬變，如浪涌瞬變和 EFT，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)具體需求實(shí)施保護(hù)措施。

詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

針對(duì)半雙工器件的浪涌瞬變，可使用 SMAJ30CA TVS 二極管進(jìn)行瞬態(tài)保護(hù)，確保在直接 RS - 485 總線與 24V 直流工業(yè)電源軌短路時(shí)，保護(hù)二極管不會(huì)導(dǎo)通。

電源相關(guān)建議

為確保在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運(yùn)行，應(yīng)使用 100nF 陶瓷電容對(duì)各個(gè)電源進(jìn)行去耦，電容位置應(yīng)盡可能靠近電源引腳，以減少電源電壓波紋和補(bǔ)償 PCB 電源層的電阻和電感。

布局

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)電路放置在靠近總線連接器的位置，使用 $V_{CC}$ 和接地平面提供低電感，合理安排保護(hù)元件和去耦電容器的位置，使用上拉和下拉電阻限制使能線路中的噪聲電流，必要時(shí)在總線線路中插入防脈沖電阻器。

布局示例

提供了 THVD2410V - EP、THVD2450V - EP（半雙工）的布局示例，為工程師的設(shè)計(jì)提供參考。

器件和文檔支持

器件支持

TI 對(duì)第三方產(chǎn)品發(fā)布的信息不構(gòu)成認(rèn)可和擔(dān)保，用戶在使用第三方產(chǎn)品時(shí)需注意相關(guān)免責(zé)聲明。

接收文檔更新通知

用戶可在 ti.com 上的器件產(chǎn)品文件夾中注冊(cè)，接收產(chǎn)品信息更改摘要，詳細(xì)更改信息可查看修訂歷史記錄。

支持資源

TI E2E? 中文支持論壇是工程師獲取解答和設(shè)計(jì)幫助的重要平臺(tái)，可直接從專家處獲得快速、經(jīng)過驗(yàn)證的建議。

商標(biāo)與靜電放電警告

TI E2E? 是德州儀器的商標(biāo)，使用時(shí)需注意商標(biāo)相關(guān)規(guī)定。靜電放電會(huì)損壞集成電路，工程師在處理和安裝時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。

總結(jié)

THVD24xxV - EP 系列增強(qiáng)型 RS - 485 收發(fā)器以其卓越的性能、豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場景，為工業(yè)通信領(lǐng)域提供了可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體需求合理選擇數(shù)據(jù)速率、考慮總線長度和負(fù)載、實(shí)施瞬態(tài)保護(hù)和優(yōu)化布局，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用 RS - 485 收發(fā)器時(shí)遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。