探索 THVD24xxV-EP：增強型 RS-485 收發器的卓越性能與應用

在工業通信領域，RS-485 標準憑借其長距離傳輸、多節點連接和抗干擾能力強等優勢，成為了眾多應用的首選。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）推出的 THVD24xxV-EP 系列增強型 3V 至 5.5V RS-485 收發器，包括 THVD2410V-EP、THVD2450V-EP 和 THVD2452V-EP，了解它們的特性、應用以及設計要點。

文件下載：thvd2410v-ep.pdf

特性亮點

增強型產品特性

THVD24xxV-EP 系列屬于增強型產品，具備軍用級溫度范圍（–55°C 至 125°C），能夠在極端環境下穩定工作。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，不僅保證了產品的一致性和可靠性，還實現了晶圓批次的可追溯性，延長了產品的生命周期。

電源與兼容性

該系列收發器支持 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。數據和使能信號電源范圍為 1.65V 至 5.5V，為系統設計提供了更大的靈活性。

數據速率選擇

通過 SLR 引腳，用戶可以靈活選擇數據速率。THVD2410V-EP 支持 250kbps 和 1Mbps，而 THVD2450V-EP 和 THVD2452V-EP 則支持 20Mbps 和 50Mbps，滿足不同應用場景對數據傳輸速率的需求。

總線保護與抗干擾能力

在總線 I/O 保護方面，THVD24xxV-EP 表現出色。具備 ±70V 直流總線故障保護和 ±16kV HBM ESD 保護，不同型號在 IEC 61000 - 4 - 2 接觸放電和氣隙放電以及 IEC 61000 - 4 - 4 快速瞬態突發保護上也有相應的規格，確保在復雜電磁環境下的穩定運行。此外，對稱共模電壓范圍為 ±12V，增強型接收器遲滯提供了良好的抗噪能力。

低功耗與其他特性

該系列收發器具有低功耗特性，低待機電源電流小于 1μA，運行期間電流小于 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以及熱關斷功能。每個收發器為 1/8 單位負載，最多可連接 256 個總線節點。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。

應用領域

THVD24xxV-EP 系列收發器適用于多個領域，包括航電設備、智能彈藥、傳感器、成像和雷達以及加固型通信等。在這些應用中，其高可靠性、寬溫度范圍和良好的抗干擾能力能夠確保數據的準確傳輸。

詳細說明

概述

THVD2410V-EP 和 THVD2450V-EP 是半雙工 RS-485 收發器，提供兩種速度等級，適用于不同速率的數據傳輸。THVD2452V-EP 是全雙工收發器，同樣可通過 SLR 引腳配置兩種速度。禁用驅動器和接收器后，關斷電流低于 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：相比標準 RS - 485 器件，該系列收發器加強了總線故障保護，無需外部保護元件即可在高達 ±70V 的電壓下正常工作，簡化了系統設計并降低成本。
• 集成 IEC ESD 和 EFT 保護：內部 ESD 保護電路可根據高達 ±12kV 的 IEC 61000 - 4 - 2 標準和 ±4kV 的 IEC 61000 - 4 - 4 標準，保護收發器免受靜電放電和電氣快速瞬變的影響。
• 驅動器過壓和過流保護：驅動器可防止 - 70V 至 + 70V 范圍內的直流電源短路，內部將短路電流限制為 ±250mA，輸出故障電壓超過 |±25V| 時，折返式限流電路可進一步降低短路電流。同時具備熱關斷保護功能，防止因過多功率損耗損壞器件。
• 增強型接收器抗噪性能：差分接收器具有完全對稱的閾值，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的占空比。
• 接收器失效防護狀態運行：當總線出現開路、短路或空閑等無效狀態時，接收器輸入的內部偏置會導致輸出失效防護高電平，確保系統的可靠性。
• 低功耗關斷模式：驅動 DE 低電平和 RE 高電平時間多于 500ns 時，器件進入關斷模式，避免因 DE 和 RE 之間的偏差意外進入關斷模式。

器件功能模式

驅動器功能

當驅動器使能引腳 DE 為高電平時，差分輸出跟隨數據輸入 D 的邏輯狀態；DE 為低電平時，輸出為高阻態。DE 引腳有內部下拉電阻，D 引腳有內部上拉電阻，確保在不同狀態下的穩定輸出。

接收器功能

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

SLR 引腳功能

SLR 引腳用于選擇壓擺率和數據速率，不同型號有不同的配置。例如，THVD2410V - EP 在 SLR 為低電平或懸空時最大速度為 1Mbps，高電平時限制為 250kbps。

電源功能

在欠壓場景下，驅動器和接收器輸出根據電源電壓與欠壓閾值的比較進入高阻抗狀態，確保系統的穩定性。

應用和實施

典型應用

在典型的 RS - 485 網絡中，半雙工收發器通過端接電阻消除線路反射，實現可靠的數據傳輸。

設計要求

數據速率和總線長度

數據速率與電纜長度成反比，大多數 RS - 485 系統使用 10kbps 至 100kbps 之間的數據速率，部分應用在長距離下需要高達 250kbps 的數據速率。通過允許一定的信號抖動，可以實現更長的傳輸距離。

短線長度

收發器輸入和電纜干線之間的樁線應盡可能短，其電氣長度或往返延遲應小于驅動器上升時間的十分之一，以減少反射對信號的影響。

總線負載

RS - 485 標準規定驅動器需能驅動 32 個單元負載，THVD24xxV - EP 為 1/8 UL 收發器，最多可連接 256 個接收器到總線。

瞬態保護

該系列收發器的總線引腳具備片上 ESD 保護，IEC ESD 保護的片上實現提高了設備的穩健性。對于持續時間較長的瞬變，如浪涌瞬變和 EFT，設計人員可根據具體需求實施保護措施。

詳細設計過程

針對半雙工器件的浪涌瞬變，可使用 SMAJ30CA TVS 二極管進行瞬態保護，確保在直接 RS - 485 總線與 24V 直流工業電源軌短路時，保護二極管不會導通。

電源相關建議

為確保在所有數據速率和電源電壓下可靠運行，應使用 100nF 陶瓷電容對各個電源進行去耦，電容位置應盡可能靠近電源引腳，以減少電源電壓波紋和補償 PCB 電源層的電阻和電感。

布局

布局指南

在 PCB 設計中，應采用高頻布局技術，將保護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，為工程師的設計提供參考。

器件和文檔支持

器件支持

TI 對第三方產品發布的信息不構成認可和擔保，用戶在使用第三方產品時需注意相關免責聲明。

接收文檔更新通知

用戶可在 ti.com 上的器件產品文件夾中注冊，接收產品信息更改摘要，詳細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計幫助的重要平臺，可直接從專家處獲得快速、經過驗證的建議。

商標與靜電放電警告

TI E2E? 是德州儀器的商標，使用時需注意商標相關規定。靜電放電會損壞集成電路，工程師在處理和安裝時應采取適當的預防措施。

總結

THVD24xxV - EP 系列增強型 RS - 485 收發器以其卓越的性能、豐富的特性和廣泛的應用場景，為工業通信領域提供了可靠的解決方案。在設計過程中，工程師需要根據具體需求合理選擇數據速率、考慮總線長度和負載、實施瞬態保護和優化布局，以確保系統的穩定性和可靠性。你在使用 RS - 485 收發器時遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。