ISO15、ISO35、ISO15M、ISO35M RS - 485 隔離收發器詳解

在電子工程師的日常工作中，可靠的通信和信號傳輸至關重要。RS - 485 作為一種常用的通信標準，在工業控制、自動化等領域有著廣泛的應用。今天，我們就來詳細了解一下 TI 公司的 ISO15、ISO35、ISO15M、ISO35M 這幾款隔離型 3.3 - V 半雙工和全雙工 RS - 485 收發器。

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一、產品概述

1.1 特性亮點

這些收發器具有諸多令人矚目的特性。它們完全滿足或超越了 TIA/EIA RS - 485 的要求，具備 1/8 單位負載，這使得一條總線上最多可連接 256 個節點，大大增加了系統的擴展性。信號傳輸速率最高可達 1 Mbps，能滿足大多數中高速通信的需求。同時，還配備了熱關斷保護功能，當芯片溫度過高時自動保護，避免損壞。其總線電容低至 16 pF（典型值），能有效減少信號干擾。典型的 50 kV/μs 瞬態抗擾度，讓它在復雜的電磁環境中也能穩定工作。另外，對于總線開路、短路、空閑等情況，接收器具備故障安全功能，確保系統的可靠性。并且，3.3 - V 輸入能耐受 5 - V 電壓，增強了兼容性。在安全和法規認證方面，也符合多項嚴格標準，如 DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）規定的 4000 - VPK VIOTM、560 - VPK VIORM，以及 UL 1577 和 CSA 62368 - 1 規定的 2500 VRMS 隔離等級。

1.2 產品差異

ISO15 是隔離型半雙工差分線路收發器，而 ISO35 則是隔離型全雙工差分線路驅動器和接收器，適用于 TIA/EIA 485/422 應用。ISO15M 和 ISO35M 的環境溫度范圍擴展到了 - 55°C 至 125°C，相比之下，ISO15 和 ISO35 的工作溫度范圍為 - 40°C 至 85°C。這使得 ISO15M 和 ISO35M 更適合在極端溫度環境下使用。

二、應用場景

這些收發器的應用場景十分廣泛，涵蓋了安全系統、化工生產、工廠自動化、電機和運動控制、HVAC 和建筑自動化網絡以及聯網安全站等領域。在這些應用中，任何有線 I/O 都可能受到各種來源的電噪聲瞬變影響。如果這些噪聲瞬變的幅度和持續時間足夠大，就可能損壞收發器和附近的敏感電路。而這些隔離型設備能顯著增強保護能力，降低昂貴控制電路受損的風險。

三、引腳配置與功能

3.1 引腳定義

3.2 功能說明

• 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 Y 和 Z 跟隨數據輸入 D 的邏輯狀態。D 為高電平時，Y 為高，Z 為低；D 為低電平時，輸出狀態反轉。當 DE 為低電平時，兩個輸出都變為高阻態。
• 接收器功能：當接收器使能引腳 RE 為邏輯低電平時，接收器使能。當差分輸入電壓 (V{ID}=V{(A)}-V{(B)}) 為正且高于正輸入閾值 (V{IT+}) 時，接收器輸出 R 為高；當 (V{ID}) 為負且低于負輸入閾值 (V{IT -}) 時，R 為低。當 RE 為邏輯高電平或懸空時，接收器輸出為高阻態。

四、規格參數

4.1 絕對最大額定值

在使用這些收發器時，需要注意其絕對最大額定值，例如電源電壓 VCC1 和 VCC2 的范圍為 - 0.3 V 至 6 V，任何總線 I/O 端子的電壓范圍為 - 9 V 至 14 V 等。超過這些額定值可能會對設備造成永久性損壞。

4.2 ESD 額定值

該系列產品具有良好的靜電放電（ESD）防護能力，不同引腳的 ESD 額定值有所不同。例如，人體模型（HBM）下，總線引腳和 GND1 的 ESD 額定值為 ±6000 V，總線引腳和 GND2 為 ±16000 V 等。

4.3 推薦工作條件

為了保證設備的正常工作和性能，推薦的工作條件包括電源電壓 VCC1 和 VCC2 為 3.15 V 至 3.6 V，工作環境溫度 ISO15 和 ISO35 為 - 40°C 至 85°C，ISO15M 和 ISO35M 為 - 55°C 至 125°C 等。

4.4 熱信息和功率額定值

熱信息方面，給出了結到環境、結到外殼等的熱阻參數。功率額定值方面，在特定測試條件下，最大功耗為 220 mW。

4.5 絕緣規格和安全相關認證

絕緣規格包括外部間隙、外部爬電距離、內部間隙等參數。安全相關認證方面，獲得了 VDE、CSA、UL 等多項認證，確保了產品在安全方面的可靠性。

4.6 電氣特性

詳細給出了驅動器和接收器的各項電氣特性參數，如驅動器的差分輸出電壓幅度、共模輸出電壓等，接收器的輸入閾值電壓、輸入滯后等。這些參數對于設計和評估系統性能至關重要。

4.7 開關特性

包括驅動器和接收器的開關特性，如差分輸出的上升時間和下降時間、傳播延遲等。這些參數影響著信號的傳輸速度和質量。

五、應用與實現

5.1 應用信息

ISO15x 和 ISO35x 系列常用于異步數據傳輸。全雙工實現需要兩對信號（四根線），允許每個節點在一對線上發送數據的同時在另一對線上接收數據；半雙工傳輸則只有一對線用于數據的發送和接收。為了消除線路反射，每個電纜末端需要用一個終端電阻 R(T) 進行端接，其值應與電纜的特性阻抗 Z0 匹配。

5.2 典型應用

給出了半雙工和全雙工的典型應用電路示例，如獨立驅動器和接收器使能信號、組合使能信號用于方向控制引腳、接收器始終開啟等配置。

5.3 設計要求和詳細設計步驟

在設計 RS - 485 網絡時，需要考慮數據速率和電纜長度的關系，數據速率越高，電纜長度越短。連接節點到總線時，收發器輸入與電纜干線之間的短截線應盡可能短，以減少反射。RS - 485 標準規定，一個合規的驅動器必須能夠驅動 32 個單位負載，而這些設備是 1/8 UL 收發器，因此總線上最多可連接 256 個接收器。

六、布局建議

6.1 布局準則

在 PCB 設計中，由于片上 IEC - ESD 保護在工業環境中不足以應對 EFT 和浪涌瞬變，因此需要使用外部瞬態保護設備。同時，由于 ESD 和 EFT 瞬變的頻率帶寬較寬，需要應用高頻布局技術。建議使用至少四層 PCB，層疊順序為高速信號層、接地層、電源層和低頻信號層。保護電路應靠近總線連接器，以防止噪聲瞬變進入電路板。使用 VCC 和接地層提供低電感路徑，旁路電容器應盡可能靠近 VCC 引腳，VCC 和接地連接應使用至少兩個過孔以減小過孔電感等。

6.2 布局示例

給出了推薦的層疊結構示例，包括高速走線、接地層、電源層和低速走線的布局方式。

七、總結

ISO15、ISO35、ISO15M、ISO35M 這幾款 RS - 485 隔離收發器具有豐富的特性和良好的性能，適用于多種工業和自動化應用場景。在使用時，我們需要根據具體的應用需求，合理選擇產品型號，并嚴格遵循其規格參數和布局建議，以確保系統的可靠性和穩定性。希望本文能為電子工程師們在設計相關系統時提供一些有用的參考。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區交流分享。