具有 ±15kV IEC ESD 保護(hù)功能的 TRSF3243E 多通道 RS - 232 兼容線路驅(qū)動(dòng)器和接收器

一、引言

在電子設(shè)備的串行通信領(lǐng)域，RS - 232 接口依然是一種廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。然而，靜電放電（ESD）等問題常常會(huì)對(duì)接口的穩(wěn)定性和可靠性造成威脅。德州儀器（TI）推出的 TRSF3243E 多通道 RS - 232 兼容線路驅(qū)動(dòng)器和接收器，憑借其出色的 ESD 保護(hù)功能和豐富的特性，為串行通信設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可靠的解決方案。

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二、TRSF3243E 特性亮點(diǎn)

2.1 強(qiáng)大的 ESD 保護(hù)

TRSF3243E 在串行端口連接引腳上具備 ±15kV ESD（HBM 和 IEC61000 - 4 - 2，空氣間隙放電）和 ±8kV ESD（IEC61000 - 4 - 2，接觸放電）保護(hù)。這意味著在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，它能夠有效抵御靜電的沖擊，大大降低了因 ESD 導(dǎo)致設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。例如，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等靜電容易產(chǎn)生的環(huán)境中，這種保護(hù)機(jī)制能確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 靈活的電源供電

該器件由單個(gè) 3V 至 5.5V 的單電源供電，電荷泵和四個(gè)小型外部電容器支持其正常工作。這種設(shè)計(jì)使得它在不同的電源環(huán)境下都能靈活應(yīng)用，無(wú)論是使用 3.3V 還是 5V 的電源，都能輕松適配。同時(shí)，它還接受 5V 邏輯輸入及 3.3V 電源，進(jìn)一步增強(qiáng)了其兼容性。

2.3 始終有效同相輸出

TRSF3243E 包含一個(gè)始終有效同相輸出（ROUT2B），這一特性使得使用振鈴指示的應(yīng)用能夠在器件斷電的情況下發(fā)送數(shù)據(jù)。這在一些對(duì)數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中非常實(shí)用，比如在某些監(jiān)控系統(tǒng)中，即使設(shè)備處于低功耗或斷電狀態(tài)，也能及時(shí)發(fā)送關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

2.4 高速數(shù)據(jù)傳輸與高電壓擺率

它以高達(dá) 1Mbit/s 的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸速率運(yùn)行，并且具有從 18V/μs 至 150V/μs 的更高壓擺率范圍。這使得它能夠滿足大多數(shù)串行通信對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度和信號(hào)質(zhì)量的要求，確保數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確傳輸。

2.5 低功耗與自動(dòng)斷電功能

低待機(jī)電流僅為 1μA（典型值），并且具備自動(dòng)斷電功能。當(dāng)沒有檢測(cè)到有效 RS - 232 信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出會(huì)被禁用，從而降低功耗。這種智能的電源管理機(jī)制，對(duì)于一些對(duì)功耗敏感的應(yīng)用，如手持設(shè)備等，具有重要意義。

2.6 節(jié)省空間的封裝

采用節(jié)省空間的 RHB（5mm x 5mm QFN - 32）封裝，使得它在 PCB 設(shè)計(jì)中占用更少的空間，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

TRSF3243E 的特性決定了它在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

3.1 工業(yè) PC

在工業(yè)控制和自動(dòng)化領(lǐng)域，工業(yè) PC 常常需要通過串行端口與各種設(shè)備進(jìn)行通信。TRSF3243E 的 ESD 保護(hù)和高速數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠確保工業(yè) PC 在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，可靠地與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

3.2 有線網(wǎng)絡(luò)

在有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，如路由器、交換機(jī)等，RS - 232 接口仍然被用于設(shè)備的配置和管理。TRSF3243E 的高性能和穩(wěn)定性，能夠?yàn)檫@些設(shè)備的串行通信提供有力支持。

3.3 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備等，也可能會(huì)使用 RS - 232 接口進(jìn)行管理和監(jiān)控。TRSF3243E 的低功耗和自動(dòng)斷電功能，有助于降低數(shù)據(jù)中心的整體能耗。

3.4 筆記本電腦和手持設(shè)備

對(duì)于筆記本電腦和手持設(shè)備等移動(dòng)設(shè)備，TRSF3243E 的小封裝和低功耗特性非常適合。它能夠在有限的空間和電池容量下，實(shí)現(xiàn)可靠的串行通信。

四、技術(shù)參數(shù)詳解

4.1 絕對(duì)最大額定值

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，必須嚴(yán)格遵守器件的絕對(duì)最大額定值，否則可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞。例如，Vcc 的供電電壓范圍為 - 0.3V 至 6V，超出這個(gè)范圍可能會(huì)對(duì)器件造成不可逆的損傷。

4.2 ESD 額定值

不同的 ESD 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下，器件的額定值不同。如在人體放電模型（HBM）中，除了部分引腳的額定值為 ±3000V 外，RIN1 - RIN5、DOUT1 - DOUT3 引腳到 GND 的額定值為 + 15000V。在實(shí)際使用中，要充分考慮這些 ESD 額定值，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，以確保器件的安全。

4.3 推薦工作條件

根據(jù)不同的電源電壓和測(cè)試條件，推薦的工作參數(shù)也有所不同。例如，在 Vcc = 3.3V 時(shí)，C1 - C4 電容值為 0.1μF；在 Vcc = 5V 時(shí)，C1 = 0.047μF，C2 - C4 = 0.33μF。在設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格按照推薦工作條件來(lái)選擇元件參數(shù)，以保證器件的性能和穩(wěn)定性。

4.4 熱信息

了解器件的熱信息對(duì)于 PCB 設(shè)計(jì)和散熱方案的制定非常重要。不同封裝形式下，器件的熱阻等參數(shù)不同。如 VQFN（RHB）32 引腳封裝的 TRSF3243E，其結(jié)到環(huán)境的熱阻為 34.1°C/W，而 TSSOP（PW）28 引腳封裝的結(jié)到環(huán)境熱阻為 70.3°C/W。在設(shè)計(jì)散熱方案時(shí)，要根據(jù)這些熱信息合理布局和選擇散熱措施。

4.5 電氣特性和開關(guān)特性

這些特性詳細(xì)描述了器件在不同工作條件下的電氣性能和開關(guān)性能。例如，驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓、輸入電流、短路輸出電流等參數(shù)，以及接收器的傳播延遲時(shí)間、輸出使能時(shí)間等參數(shù)，對(duì)于評(píng)估器件的性能和設(shè)計(jì)電路都具有重要意義。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

5.1 電源設(shè)計(jì)

VCC 電壓必須連接到與 DIN 和 ROUT 引腳相連的邏輯設(shè)備使用的同一電源源，并且 VCC 必須在 3V 至 5.5V 之間。同時(shí)，要注意電源的濾波和去耦，以減少電源噪聲對(duì)器件的影響。

5.2 電容選擇

根據(jù)不同的電源電壓，選擇合適的外部電容值。如在 Vcc = 3.3V 時(shí)，C1 - C4 選擇 0.1μF 的電容；在 Vcc = 5V 時(shí)，C1 選擇 0.047μF，C2 - C4 選擇 0.33μF 的電容。電容的選擇直接影響電荷泵的工作效果和器件的性能。

5.3 PCB 布局

電荷泵和電源電壓電容器必須靠近器件引腳放置，推薦使用非極化陶瓷電容器。合理的 PCB 布局能夠減少信號(hào)干擾和電磁輻射，提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。例如，在布局時(shí)要注意信號(hào)走線的長(zhǎng)度和間距，避免信號(hào)之間的串?dāng)_。

六、總結(jié)

TRSF3243E 作為一款高性能的多通道 RS - 232 兼容線路驅(qū)動(dòng)器和接收器，憑借其強(qiáng)大的 ESD 保護(hù)、靈活的電源供電、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍匦?，在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過程中，電子工程師需要充分了解其技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理選擇元件和進(jìn)行 PCB 布局，以確保設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。同時(shí)，要始終關(guān)注器件的最新信息和技術(shù)發(fā)展，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似器件的設(shè)計(jì)難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。