ISO1500 隔離式 RS-485/RS-422 收發(fā)器：設(shè)計與應(yīng)用全解析

在工業(yè)通信領(lǐng)域，可靠的數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要，尤其是在存在高共模電壓、電磁干擾等惡劣環(huán)境中。ISO1500 作為一款采用超小型封裝的隔離式 RS-485/RS-422 收發(fā)器，為工程師提供了出色的解決方案。今天，我們就來深入探討 ISO1500 的特性、應(yīng)用及設(shè)計要點。

文件下載：iso1500.pdf

一、ISO1500 特性亮點

電氣性能卓越

• 數(shù)據(jù)速率與 EMI：支持低 EMI 的 1Mbps 數(shù)據(jù)速率，滿足大多數(shù)工業(yè)通信場景對傳輸速度和電磁兼容性的要求。
• 總線 I/O 保護(hù)：具備 ±16kV HBM ESD 保護(hù)，有效抵御靜電放電干擾，增強(qiáng)了設(shè)備的可靠性。
• 電源靈活性：邏輯側(cè)電源（(V{CC1})）范圍為 1.71V 至 5.5V，可與低壓 FPGA 和 ASIC 連接；總線側(cè)電源（(V{CC2})）范圍為 4.5V 至 5.5V，適應(yīng)不同的電源系統(tǒng)。

節(jié)點擴(kuò)展與失效防護(hù)

• 多節(jié)點連接：采用 1/8 單位負(fù)載設(shè)計，多達(dá) 256 個總線節(jié)點可同時連接，方便構(gòu)建大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)。
• 失效防護(hù)功能：接收器具備失效防護(hù)機(jī)制，可應(yīng)對總線開路、短路和空閑等情況，確保輸出邏輯狀態(tài)的確定性。

高共模瞬態(tài)抗擾度

擁有 100kV/μs（典型值）的高共模瞬態(tài)抗擾度，能在存在較大共模電壓差的環(huán)境中穩(wěn)定工作，有效避免信號干擾。

寬溫度范圍與封裝優(yōu)勢

• 溫度適應(yīng)性：擴(kuò)展溫度范圍為 -40°C 至 +125°C，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。
• 超小型封裝：采用超小型 SSOP (DBQ-16) 封裝，極大地減少了所需的布板空間，便于集成到小型化設(shè)備中。

安全認(rèn)證齊全

通過了多項安全相關(guān)認(rèn)證，如符合 DIN VDE V 0884 - 11:2017 - 01 標(biāo)準(zhǔn)的 (4242 ~V{PK} V{IOTM}) 和 566VPK VIORM，符合 UL 1577 標(biāo)準(zhǔn)且長達(dá) 1 分鐘的 3000 VRMS 隔離，以及 IEC 60950 - 1、IEC 62368 - 1 和 IEC 61010 - 1 認(rèn)證等，為設(shè)備的安全使用提供了保障。

二、ISO1500 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

電表

在電表系統(tǒng)中，ISO1500 可實現(xiàn)電表與上位機(jī)之間的可靠通信，確保電量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸。其隔離特性有效避免了不同電表之間的干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

保護(hù)繼電器

保護(hù)繼電器需要在高電壓、強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中工作，ISO1500 的高共模瞬態(tài)抗擾度和靜電保護(hù)特性，能滿足其對通信可靠性的嚴(yán)格要求，確保保護(hù)動作的準(zhǔn)確執(zhí)行。

工廠自動化與控制

在工廠自動化系統(tǒng)中，多個設(shè)備之間需要進(jìn)行實時、準(zhǔn)確的通信。ISO1500 支持多節(jié)點連接和高速數(shù)據(jù)傳輸，可實現(xiàn)設(shè)備之間的協(xié)同工作，提高生產(chǎn)效率。

HVAC 系統(tǒng)和樓宇自動化

HVAC 系統(tǒng)和樓宇自動化中涉及大量傳感器和執(zhí)行器的通信，ISO1500 的寬溫度范圍和小封裝特性，使其能夠適應(yīng)不同的安裝環(huán)境，實現(xiàn)設(shè)備之間的穩(wěn)定通信。

電機(jī)驅(qū)動器

電機(jī)驅(qū)動器在運行過程中會產(chǎn)生較大的電磁干擾，ISO1500 的電磁兼容性設(shè)計和隔離功能，可有效避免干擾對通信信號的影響，確保電機(jī)控制指令的準(zhǔn)確傳輸。

三、ISO1500 設(shè)計要點

電源設(shè)計

為確保 ISO1500 在各種數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運行，建議在邏輯和收發(fā)器電源引腳（(V{CC1}) 和 (V{CC2})）處使用 0.1 - μF 旁路電容器，并盡量靠近電源引腳放置。若應(yīng)用中只有一個初級側(cè)電源，可借助變壓器驅(qū)動器（如 TI 的 SN6505B 設(shè)備）為次級側(cè)生成隔離電源。

PCB 布局

• 層疊設(shè)計：為實現(xiàn)低 EMI 的 PCB 設(shè)計，建議采用至少四層的板層結(jié)構(gòu)，從上到下依次為高速信號層、接地層、電源層和低頻信號層。
• 布線規(guī)則：高速信號布線應(yīng)盡量在頂層進(jìn)行，避免使用過孔，以減少電感影響；將接地層與高速信號層相鄰，可控制傳輸線阻抗，提供低電感回流路徑；將電源層與接地層相鄰，可增加高頻旁路電容；低速控制信號可在底層布線，以提高布線靈活性。
• 電容放置：將兩個 (V{CC2}) 旁路電容器放置在頂層，并盡量靠近器件引腳，避免使用過孔連接 (V{CC2}) 和 GND2 引腳。若需要額外的電源層或信號層，可添加第二個電源或接地層系統(tǒng)，以保持板層結(jié)構(gòu)的對稱性和穩(wěn)定性。

應(yīng)用電路設(shè)計

在應(yīng)用電路中，RS - 485 總線兩端需使用終端電阻 (R_T) 進(jìn)行匹配，以消除線路反射。終端電阻的值應(yīng)與電纜的特性阻抗 (Z_0) 匹配，通常為 54Ω 或 100Ω。在半雙工應(yīng)用中，可通過控制驅(qū)動器和接收器的使能引腳，實現(xiàn)節(jié)點在發(fā)送和接收模式之間的切換，減少電纜需求。

四、ISO1500 功能模式解析

驅(qū)動器功能模式

驅(qū)動器的工作狀態(tài)由使能引腳 DE 控制。當(dāng) DE 為高電平時，差分輸出 A 和 B 跟隨數(shù)據(jù)輸入 D 的邏輯狀態(tài)；當(dāng) DE 為低電平時，輸出處于高阻態(tài)。此外，DE 引腳內(nèi)部有下拉電阻，D 引腳內(nèi)部有上拉電阻，可確保在引腳浮空時驅(qū)動器的默認(rèn)狀態(tài)。

接收器功能模式

接收器由使能引腳 (overline{RE}) 控制。當(dāng) (overline{RE}) 為低電平時，接收器啟用，輸出 R 根據(jù)差分輸入電壓 (V{ID}) 與閾值 (V{TH+}) 和 (V_{TH-}) 的比較結(jié)果輸出相應(yīng)的邏輯狀態(tài)；當(dāng) (overline{RE}) 為高電平時，輸出處于高阻態(tài)。在總線開路、短路或空閑時，接收器內(nèi)部偏置使輸出為高電平，實現(xiàn)失效防護(hù)功能。

五、總結(jié)與展望

ISO1500 作為一款高性能的隔離式 RS - 485/RS - 422 收發(fā)器，憑借其卓越的電氣性能、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和豐富的功能特性，為工程師在工業(yè)通信設(shè)計中提供了可靠的選擇。在實際應(yīng)用中，工程師需根據(jù)具體需求合理設(shè)計電源、PCB 布局和應(yīng)用電路，以充分發(fā)揮 ISO1500 的優(yōu)勢。隨著工業(yè)自動化和智能化的不斷發(fā)展，相信 ISO1500 等類似產(chǎn)品將在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，為工業(yè)通信的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

親愛的工程師們，你們在使用 ISO1500 或類似收發(fā)器時遇到過哪些問題呢？又是如何解決的？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。