SN65HVD17xx系列RS - 485收發(fā)器：可靠通信的理想選擇

在工業(yè)自動化、樓宇自動化、安防監(jiān)控等眾多領(lǐng)域，RS - 485通信網(wǎng)絡(luò)憑借其長距離傳輸、多節(jié)點連接和抗干擾能力強等優(yōu)點，得到了廣泛應(yīng)用。而TI推出的SN65HVD17xx系列故障保護型RS - 485收發(fā)器，更是為RS - 485通信提供了可靠的解決方案。今天，我們就來詳細了解一下這個系列的收發(fā)器。

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一、產(chǎn)品概述

SN65HVD17xx系列包括SN65HVD1785、SN65HVD1786、SN65HVD1787、SN65HVD1791、SN65HVD1792和SN65HVD1793等型號。這些器件專為RS - 485和RS - 422網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，能夠承受過壓故障，如電源短路、接線錯誤、連接器故障、電纜擠壓和工具誤操作等，同時對ESD事件也具有很強的魯棒性。

二、產(chǎn)品特性

1. 總線引腳故障保護

不同型號的器件具有不同的總線引腳故障保護能力：

• HVD1785、86、91、92型號可承受±70V的故障電壓。
• HVD1787、93型號可承受±30V的故障電壓。

這種高電壓保護能力大大提高了器件在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中的可靠性，減少了因意外故障導(dǎo)致的設(shè)備損壞。

2. 寬共模電壓范圍

共模電壓范圍為 - 20V至25V，是TIA/EIA 485標(biāo)準(zhǔn)要求的兩倍多。這使得器件能夠在長電纜傳輸和多點應(yīng)用中保持穩(wěn)定的通信性能。

3. 總線I/O保護

具備±16kV的JEDEC HBM保護，有效防止靜電放電對器件的損壞，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

4. 低單位負載

支持多達256個節(jié)點，滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的需求。在一些大型工業(yè)自動化系統(tǒng)中，多個設(shè)備需要通過RS - 485總線進行通信，低單位負載特性使得更多的設(shè)備可以連接到總線上，而不會影響通信質(zhì)量。

5. 故障安全接收器

在開路、短路和總線空閑等情況下，接收器能夠輸出確定的邏輯狀態(tài)，避免了輸出信號的不確定性，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

6. 低功耗

• 典型待機電源電流僅為1μA，降低了系統(tǒng)的功耗。
• 工作期間的靜態(tài)電流ICC為5mA，在節(jié)能的同時保證了正常的工作性能。

7. 上電、掉電無毛刺操作

在電源開啟和關(guān)閉過程中，不會產(chǎn)生毛刺信號，避免了對總線的干擾，保證了通信的穩(wěn)定性。

三、產(chǎn)品應(yīng)用

SN65HVD17xx系列器件適用于各種RS - 485和RS - 422網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如工業(yè)自動化中的傳感器數(shù)據(jù)傳輸、樓宇自動化中的設(shè)備監(jiān)控、安防監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像頭控制等。在這些應(yīng)用中，器件的高可靠性和穩(wěn)定性能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸，提高系統(tǒng)的整體性能。

四、產(chǎn)品選型

不同型號的SN65HVD17xx器件在信號速率、節(jié)點數(shù)量和電纜長度等方面有所不同，用戶可以根據(jù)具體應(yīng)用需求進行選擇。

從選型表中可以看出，信號速率和電纜長度之間存在一定的反比關(guān)系。如果需要長距離傳輸，就需要選擇較低的信號速率；如果對傳輸速度要求較高，則需要縮短電纜長度。大家在實際應(yīng)用中，要根據(jù)具體的需求來平衡這兩個因素。

五、引腳配置和功能

不同型號的器件引腳配置和功能有所不同，這里分別介紹SN65HVD1785、1786、1787的8引腳SOIC或PDIP封裝和SN65HVD1791、1792、1793的14引腳SOIC封裝的引腳功能。

1. SN65HVD1785、1786、1787引腳功能

2. SN65HVD1791、1792、1793引腳功能

了解引腳配置和功能是進行電路設(shè)計的基礎(chǔ)，大家在設(shè)計時要根據(jù)具體的應(yīng)用需求正確連接引腳，避免因引腳連接錯誤導(dǎo)致的問題。

六、規(guī)格參數(shù)

1. 絕對最大額定值

• 電源電壓VCC： - 0.5V至7V
• 總線引腳電壓：不同型號有所不同，如HVD1785、86、91、92、93的A、B引腳為 - 70V至70V，HVD1787的A、B引腳為 - 70V至30V，HVD1793的Y、Z引腳為 - 70V至30V
• 任何邏輯引腳的輸入電壓： - 0.3V至VCC + 0.3V
• 瞬態(tài)過壓脈沖：通過100Ω電阻時為 - 100V至100V
• 接收器輸出電流： - 24mA至24mA
• 結(jié)溫TJ：170°C
• 存儲溫度Tstg：160°C

2. ESD額定值

• 人體模型（HBM）：總線端子和GND為±16000V，所有引腳為±4000V
• 充電設(shè)備模型（CDM）：±2000V
• 機器模型：±400V
• IEC 60749 - 26 ESD（人體模型）：總線端子和GND為±16000V

3. 推薦工作條件

• 電源電壓VCC：4.5V至5.5V
• 任何總線端子的輸入電壓VI： - 20V至25V
• 高電平輸入電壓VIH：2V至VCC
• 低電平輸入電壓VIL：0V至0.8V
• 差分輸入電壓VID： - 25V至25V
• 驅(qū)動器輸出電流： - 60mA至60mA
• 接收器輸出電流： - 8mA至8mA
• 差分負載電阻RL：54Ω至60Ω
• 差分負載電容CL：50pF
• 信號速率：不同型號有所不同，如HVD1785、1791為115kbps，HVD1786、1792為1Mbps，HVD1787、1793為10Mbps
• 工作環(huán)境溫度TA： - 40°C至105°C
• 結(jié)溫TJ： - 40°C至150°C

在實際應(yīng)用中，要確保器件的工作條件在推薦范圍內(nèi)，否則可能會影響器件的性能和可靠性。大家在設(shè)計電路時，要根據(jù)這些參數(shù)合理選擇電源、負載等元件，保證器件的正常工作。

七、詳細描述

1. 功能框圖

SN65HVD17xx系列器件包括半雙工和全雙工兩種類型，其功能框圖如下：

• 半雙工收發(fā)器：驅(qū)動器差分輸出和接收器差分輸入內(nèi)部連接，適合兩線總線通信。
• 全雙工收發(fā)器：驅(qū)動器差分輸出和接收器差分輸入為獨立引腳，適合四線總線通信。

2. 特性描述

熱插拔功能

器件支持熱插拔應(yīng)用，具有上電、掉電無毛刺操作、默認禁用輸入/輸出引腳和故障安全接收器等特點。內(nèi)部的上電復(fù)位電路可確保在電源電壓達到可靠工作水平之前，驅(qū)動器輸出處于高阻態(tài)，避免了總線引腳輸出的雜散轉(zhuǎn)換。

接收器故障安全功能

差分接收器對開路、短路和總線空閑等無效總線狀態(tài)具有故障安全功能。通過偏移接收器閾值，使“輸入不確定”范圍不包括零伏差分，確保在這些情況下接收器輸出確定的邏輯高電平。接收器的參數(shù)VIT +、VIT - 和VHYS決定了故障安全性能，在電氣特性表中，VIT - 的典型值為 - 150mV，最小值為 - 200mV，VIT + 的典型值為 - 100mV，最大值為 - 10mV，這保證了差分信號在不同條件下能產(chǎn)生確定的接收器輸出。

70V故障保護

SN65HVD17xx系列器件設(shè)計為能夠承受高達±70V的總線引腳故障，但對于高速信號速率（10Mbps）的型號，在特定條件下（如設(shè)備通電、驅(qū)動器使能且輸入信號為高電平時，總線引腳直接短路到高于30V的電壓）可能會損壞。具體的器件狀態(tài)和可能的損壞情況如下表所示：

其他選項

該系列器件還提供J1708應(yīng)用、始終啟用的全雙工版本（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SN65LBC179封裝）和反極性版本等選項，用戶可根據(jù)需要聯(lián)系當(dāng)?shù)豑I代表獲取相關(guān)信息。

3. 器件功能模式

驅(qū)動器功能模式

接收器功能模式

八、應(yīng)用與實現(xiàn)

1. 應(yīng)用信息

SN65HVD17xx系列包括半雙工和全雙工收發(fā)器，可用于異步數(shù)據(jù)通信。半雙工實現(xiàn)需要一對信號線（兩根線），全雙工實現(xiàn)需要兩對信號線（四根線）。通過驅(qū)動器和接收器使能引腳可以控制數(shù)據(jù)流向。在多個收發(fā)器共享同一通信總線的系統(tǒng)中，要確保同一時間只有一個驅(qū)動器啟用，以避免總線爭用。

2. 典型應(yīng)用

RS - 485總線由多個收發(fā)器并聯(lián)連接到總線電纜組成，為消除線路反射，每個電纜末端需使用終端電阻RT，其值與電纜的特性阻抗Z0匹配，這種方法稱為并聯(lián)終端，可實現(xiàn)更長電纜長度下的更高數(shù)據(jù)速率。

3. 設(shè)計要求

數(shù)據(jù)速率和總線長度

數(shù)據(jù)速率和電纜長度成反比關(guān)系，即數(shù)據(jù)速率越高，電纜長度越短；反之亦然。大多數(shù)RS - 485系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率在10kbps至100kbps之間，但一些應(yīng)用需要在4000英尺及更長距離上達到250kbps的數(shù)據(jù)速率，通過允許高達5%或10%的小信號抖動可以實現(xiàn)更長距離的傳輸。對于SN65HVD1787和SN65HVD1793等型號，在互連足夠短（或在信號頻率下具有適當(dāng)?shù)偷乃p）的情況下，可實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率（如10Mbps）。

短截線長度

連接節(jié)點到總線時，收發(fā)器輸入與電纜主干之間的距離（短截線）應(yīng)盡可能短。短截線過長會引入反射，一般來說，短截線的電氣長度（往返延遲）應(yīng)小于驅(qū)動器上升時間的十分之一，最大物理短截線長度可通過公式 $L{stub } leq 0.1 × t{r} × v × c$ 計算，其中 $t_{r}$ 是驅(qū)動器的10/90上升時間，c是光速（$3 ×10^{8} ~m / s$），v是電纜或走線的信號速度與光速的比值。

接收器故障安全功能

如前文所述，差分接收器對開路、短路和總線空閑等無效總線狀態(tài)具有故障安全功能，通過偏移接收器閾值確保在這些情況下接收器輸出確定的邏輯高電平。

4. 詳細設(shè)計步驟

盡管SN65HVD17xx系列器件內(nèi)部具有高達16kV的人體模型ESD保護，但在應(yīng)用層面可通過外部保護器件提供更高能量瞬態(tài)的額外保護。

九、電源供應(yīng)建議

為確保器件在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠工作，每個電源應(yīng)使用一個100nF的陶瓷電容進行去耦，且該電容應(yīng)盡可能靠近電源引腳放置。這有助于減少開關(guān)模式電源輸出的電源電壓紋波，并補償PCB電源平面的電阻和電感。

十、布局建議

1. 布局準(zhǔn)則

• 將保護電路靠近總線連接器放置，防止噪聲瞬態(tài)進入電路板。
• 使用VCC和接地平面提供低電感電源分配，高頻電流傾向于遵循電感最小的路徑而非電阻最小的路徑。
• 設(shè)計保護組件時應(yīng)與信號路徑方向一致，避免瞬態(tài)電流偏離信號路徑到達保護器件。
• 在電路板上的收發(fā)