探索 THVD24xxV-EP：高性能 RS-485 收發器的卓越之選

在電子工程領域，RS - 485 收發器作為實現可靠數據通信的關鍵組件，一直備受關注。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的 THVD24xxV - EP 系列，包括 THVD2410V - EP、THVD2450V - EP 和 THVD2452V - EP 這三款具有 1.8V VIO 功能的增強型 3V 至 5.5V RS - 485 收發器，揭開它們的特性、應用及設計要點。

文件下載：thvd2450v-ep.pdf

特性亮點：卓越性能，保駕護航

增強型產品，適應嚴苛環境

THVD24xxV - EP 系列屬于增強型產品，能在軍用級溫度范圍（–55°C 至 125°C）穩定工作。而且，它們由一個晶圓制造廠和一個封裝測試廠生產，采用金鍵合線和 NiPdAu 鉛涂層，具備晶圓批次可追溯性，有效延長了產品生命周期。這使得該系列產品在惡劣環境下也能保持出色的性能和可靠性。

寬電源電壓范圍與高兼容性

該系列產品支持 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。同時，數據和使能信號電源范圍為 1.65V 至 5.5V，為不同的應用場景提供了更多的電源選擇。

靈活的數據速率選擇

通過 SLR 引腳，用戶可以根據實際需求選擇不同的數據速率。THVD2410V - EP 可在 250kbps 和 1Mbps 之間切換，而 THVD2450V - EP、THVD2452V - EP 則能在 20Mbps 和 50Mbps 之間靈活調整，滿足多樣化的通信速率要求。

強大的總線 I/O 保護

在總線保護方面，THVD24xxV - EP 表現出色。它能承受 ±70V 直流總線故障，具備 ±16kV HBM ESD 保護。其中，THVD2410V - EP、THVD2450V - EP 支持 ±15kV IEC 61000 - 4 - 2 接觸放電和氣隙放電，THVD2452V - EP 支持 ±8kV IEC 61000 - 4 - 2 接觸放電和氣隙放電，以及 ±4kV IEC 61000 - 4 - 4 快速瞬態突發保護，有效防止靜電和瞬態干擾對器件的損害。

低功耗與高抗噪能力

該系列產品具有低功耗特性，低待機電源電流小于 1μA，運行期間電流小于 5.3mA。同時，增強型接收器遲滯設計提供了高噪聲抑制能力，確保在復雜電磁環境下也能實現可靠的數據通信。此外，它還具備適用于熱插拔功能的無干擾上電/斷電、開路、短路和空閑總線失效防護以及熱關斷等功能，進一步提升了系統的穩定性和可靠性。

多種封裝選擇

半雙工器件采用小型 3mm x 3mm VSON 封裝，節省布板空間，適用于空間受限型應用；全雙工器件則采用標準 14 - SOIC 封裝，方便插接。

應用領域：廣泛覆蓋，滿足多樣需求

THVD24xxV - EP 系列憑借其卓越的性能，在多個領域得到了廣泛應用。航電設備、智能彈藥、傳感器、成像和雷達以及加固型通信等領域，都能看到它們的身影。在這些對數據通信可靠性和穩定性要求極高的應用場景中，THVD24xxV - EP 系列能夠發揮出其最大的優勢，確保數據的準確傳輸。

詳細說明：深入了解，精準設計

器件概述

THVD2410V - EP 和 THVD2450V - EP 是半雙工 RS - 485 收發器，適用于速率高達 1Mbps 和 50Mbps 的數據傳輸；THVD2452V - EP 是全雙工收發器，可通過 SLR 引腳配置為 20Mbps 和 50Mbps 兩種速度。這些器件均具有高電平有效的驅動器使能引腳和低電平有效的接收器使能引腳，禁用驅動器和接收器后可獲得低于 1μA 的關斷電流，有效降低功耗。

功能特性詳解

故障保護

與標準 RS - 485 器件相比，THVD24xxV - EP 加強了總線故障保護，無需任何外部元件即可在高達 ±70V 的電壓下受到保護，簡化了系統設計并降低了整體系統成本。

集成 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，保護收發器免受靜電放電（ESD）的影響，并根據高達 ±4kV 的 IEC 61000 - 4 - 4 標準保護收發器免受電氣快速瞬變（EFT）的影響，確保系統在復雜電磁環境下的可靠性。

驅動器保護

驅動器可防止 - 70V 至 +70V 范圍內的任何直流電源短路，內部將短路電流限制為 ±250mA，符合 TIA/EIA - 485A 標準。此外，如果輸出故障電壓超過 |±25V|，折返式限流電路可進一步將驅動器短路電流降至 ±5mA 以下。同時，所有器件都具有熱關斷保護功能，當結溫超過閾值時，會禁用驅動器和接收器，保護器件安全。

接收器性能

差分接收器具有完全對稱的閾值，即使在輸入振幅很小的情況下也能保持信號的占空比。250mV（典型值）的遲滯可提供抗噪能力，提高了接收器的穩定性和可靠性。當輸入同時開路或短路時，接收器失效防護功能可確保邏輯高電平，避免數據誤判。

低功耗關斷模式

如果驅動 DE 低電平和 RE 高電平的時間多于 500ns，器件進入關斷模式；如果 DE 變為高電平或 RE 變為低電平，計數器復位。如果使能引腳處于禁用狀態的時間少于 50ns，器件不會進入關斷模式，有效防止器件因 DE 和 RE 之間的偏差而意外進入關斷模式。

器件功能模式

驅動器功能

當驅動器使能引腳 DE 為邏輯高電平時，差分輸出 A 和 B 跟隨數據輸入 D 的邏輯狀態；當 DE 為低電平時，兩個輸出都變為高阻態。DE 引腳有一個內部下拉電阻接地，當處于開路狀態時，驅動器默認禁用（高阻抗）；D 引腳有一個內部上拉電阻接 $V_{CC}$，當啟用驅動器且處于開路狀態時，輸出 A 變為高電平，B 變為低電平。

接收器功能

當接收器使能引腳 RE 為邏輯低電平時，接收器被啟用。當通過 $V{ID}=V{A}-V{B}$ 公式計算的差分輸入電壓高于正輸入閾值 $V{TH}$ 時，接收器輸出 R 變為高電平；當 $V{ID}$ 低于負輸入閾值 $V{TH}$ 時，接收器輸出 R 變為低電平。當 RE 為邏輯高電平或處于開路時，接收器輸出為高阻抗。當收發器與總線斷開（開路）、總線與其他線路短接（短路）或未對總線進行有源驅動（空閑總線）時，接收器輸入的內部偏置會導致輸出失效防護高電平。

壓擺率選擇

SLR 引腳具有集成下拉功能，器件保持在高速模式，直到 SLR 被拉至高電平，這會限制壓擺率并將器件置于低速模式。THVD2410V - EP 在 SLR 為低電平或懸空時，發送器（TX）和接收器（RX）最大速度均為 1Mbps；SLR 為高電平時，TX 和 RX 最大速度都限制為 250kbps。THVD2450V - EP、THVD2452V - EP 在 SLR 為低電平或懸空時，發送器（TX）和接收器（RX）最大速度均為 50Mbps；SLR 為高電平時，TX 和 RX 最大速度都限制為 20Mbps。

欠壓場景行為

在欠壓場景中，當 $V{IO}$ 和 $V{CC}$ 均大于上升欠壓閾值時，驅動器輸出由 DE 和 D 輸入決定，接收器輸出由 RE 和 A - B 決定；當 $V{CC}$ 小于下降欠壓閾值且 $V{IO}$ 大于上升欠壓閾值，或 $V{CC}$ 大于上升欠壓閾值且 $V{IO}$ 小于下降欠壓閾值，或 $V{CC}$ 和 $V{IO}$ 均小于下降欠壓閾值時，驅動器和接收器輸出均為高阻抗。

應用設計：合理規劃，確保成功

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關系，大多數 RS - 485 系統使用介于 10kbps 和 100kbps 之間的數據速率，在 4000 英尺或更遠距離范圍內，某些應用需要的數據速率高達 250kbps。通過允許高達 5% 或 10% 的小信號抖動，可以實現更長的距離。在互連足夠短（或在信號頻率下具有適當的低衰減）、不會降低數據質量的情況下，甚至可以實現更高的數據速率（如 THVD2450 速率為 50Mbps）。

短線長度

將節點連接到總線時，收發器輸入和電纜干線之間的距離（樁線）應盡可能短。樁線是一段無端接的總線線路，隨著長度的增加，樁線會引入相位不同的反射。作為通用指南，樁線的電氣長度或往返延遲應小于驅動器上升時間的十分之一。

總線負載

RS - 485 標準規定，符合標準的驅動器必須能夠驅動 32 個單元負載（UL），其中 1 個單元負載表示大約 12kΩ 的負載阻抗。由于 THVD24xxV - EP 器件包含 1/8 UL 收發器，因此可將多達 256 個接收器連接到總線，大大增加了系統的可擴展性。

瞬態保護

THVD24xxV - EP 收發器的總線引腳包括針對 ±30kV HBM 和 ±12kV IEC 61000 - 4 - 2 接觸放電的片上 ESD 保護。IEC ESD 保護的片上實現可顯著提高設備的穩健性。設計人員可以選擇針對持續時間較長的瞬變（通常稱為浪涌瞬變）實施保護，以應對工業環境中常見的 EFT 和浪涌瞬變。

詳細設計過程

為了抵御 1kV 浪涌（IEC 61000 - 4 - 5）瞬變，建議使用保護電路。例如，可采用 SMAJ30CA TVS 二極管，其額定工作電壓高達 30V，可確保在直接 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，該電容的位置應盡可能靠近電源引腳。這樣有助于減少開關模式電源輸出中出現的電源電壓波紋，并且有助于補償 PCB 電源層的電阻和電感。

布局指南

在 PCB 設計過程中，應應用高頻布局技術。將保護電路放置在靠近總線連接器的位置，使用 $V{CC}$ 和接地平面來提供低電感，將保護元件設計成信號路徑的方向。在盡可能靠近電路板上收發器、UART 和/或控制器 IC 的 $V{CCI}$ 和 $V_{IO}$ 引腳的位置應用 100nF 至 220nF 的去耦電容器，在電源引腳和保護器件的去耦電容器接地連接時，應至少使用兩個過孔以最大限度減小實際過孔電感。使用 1kΩ 至 10kΩ 的上拉和下拉電阻用于使能線路，從而在瞬態事件期間限制這些線路中的噪聲電流。如果 TVS 鉗位電壓高于收發器總線引腳的指定最大電壓，則在 A 和 B 總線線路中插入防脈沖電阻器，以限制進入收發器的剩余鉗位電流并防止其鎖存。

總結

THVD24xxV - EP 系列 RS - 485 收發器以其卓越的性能、豐富的功能和靈活的設計，為電子工程師在數據通信領域提供了一個強大的解決方案。無論是在復雜的工業環境中，還是在對空間和功耗要求較高的應用場景中，THVD24xxV - EP 系列都能展現出其獨特的優勢。作為電子工程師，我們在設計過程中應充分了解其特性和應用要點，合理規劃電路和布局，以確保系統的可靠性和穩定性。你在使用 RS - 485 收發器的過程中遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。