SN65HVD178x系列RS - 485收發(fā)器：可靠通信的理想選擇

在工業(yè)通信領(lǐng)域，RS - 485標(biāo)準(zhǔn)憑借其長(zhǎng)距離傳輸、多節(jié)點(diǎn)連接和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。今天要給大家介紹的是德州儀器（TI）的SN65HVD178x系列RS - 485收發(fā)器，它在性能和可靠性方面表現(xiàn)出色，能滿足多種工業(yè)應(yīng)用需求。

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一、產(chǎn)品概述

SN65HVD178x系列包括SN65HVD1780、SN65HVD1781和SN65HVD1782三款產(chǎn)品，它們是半雙工RS - 485收發(fā)器，有三種不同的速度等級(jí)，分別適用于高達(dá)115 kbps、1 Mbps和10 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。該系列產(chǎn)品具備寬共模工作范圍和總線引腳故障保護(hù)功能，可承受高達(dá)±70 V的總線引腳故障（SN65HVD1782在特定條件下為±30 V），并且具有內(nèi)部ESD保護(hù)電路，能抵御±16 kV人體模型（HBM）靜電放電。

二、產(chǎn)品特性

（一）故障保護(hù)

SN65HVD178x系列專(zhuān)為承受總線引腳故障而設(shè)計(jì)。SN65HVD1780和SN65HVD1781能承受高達(dá)±70 V的故障，SN65HVD1782在大多數(shù)情況下也能承受±70 V，但在特定條件下（設(shè)備通電、驅(qū)動(dòng)器啟用等），超過(guò)30 V的直接短路可能會(huì)損壞設(shè)備。這種強(qiáng)大的故障保護(hù)能力，能有效應(yīng)對(duì)電源短路、布線錯(cuò)誤、連接器故障等問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的可靠性。

（二）寬電壓范圍工作

該系列產(chǎn)品可在3.3 V至5 V的電源范圍內(nèi)工作，能滿足不同電源系統(tǒng)的需求，增強(qiáng)了產(chǎn)品的通用性。

（三）低功耗設(shè)計(jì)

具有低功耗特性，最大待機(jī)電源電流僅為1 μA，工作時(shí)的靜態(tài)電流ICC為4 mA，有助于降低系統(tǒng)功耗，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

（四）高ESD保護(hù)

內(nèi)部ESD保護(hù)電路可保護(hù)收發(fā)器總線端子免受±16 kV人體模型（HBM）靜電放電的影響，提高了產(chǎn)品在復(fù)雜環(huán)境中的抗干擾能力。

（五）接收器故障安全功能

提供內(nèi)部偏置和大輸入閾值遲滯，在總線空閑、短路或開(kāi)路等情況下，接收器輸出保持邏輯高電平，無(wú)需外部故障安全偏置電阻，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（六）熱插拔功能

適用于“熱插拔”應(yīng)用，具有上電和掉電無(wú)毛刺操作、默認(rèn)禁用輸入和輸出引腳以及接收器故障安全等特性，確保在電源開(kāi)關(guān)過(guò)程中不會(huì)對(duì)總線引腳輸出產(chǎn)生影響。

三、產(chǎn)品對(duì)比

從表格中可以看出，不同型號(hào)的產(chǎn)品在信號(hào)速率和節(jié)點(diǎn)數(shù)量上有所差異。工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，選擇合適的型號(hào)。例如，如果對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高，但需要連接較多的節(jié)點(diǎn)，那么SN65HVD1780或SN65HVD1781是不錯(cuò)的選擇；如果需要高速數(shù)據(jù)傳輸，SN65HVD1782則更為合適。

四、引腳配置與功能

通過(guò)合理配置這些引腳，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器和接收器的獨(dú)立控制，滿足不同的應(yīng)用需求。

五、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

（一）應(yīng)用信息

SN65HVD178x系列常用于異步數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)獨(dú)立的使能線可以靈活控制驅(qū)動(dòng)器和接收器的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)選擇性監(jiān)聽(tīng)總線流量。也可以將使能信號(hào)組合，形成單個(gè)方向控制信號(hào)，簡(jiǎn)化與控制器的接口。此外，將接收器使能輸入接地，僅控制驅(qū)動(dòng)器使能輸入，節(jié)點(diǎn)不僅能接收總線上的數(shù)據(jù)，還能驗(yàn)證自己發(fā)送的數(shù)據(jù)是否正確。

（二）典型應(yīng)用

在RS - 485總線應(yīng)用中，多個(gè)收發(fā)器并聯(lián)連接到總線電纜，為消除線路反射，每個(gè)電纜末端需使用與電纜特性阻抗匹配的終端電阻進(jìn)行并聯(lián)終端。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮數(shù)據(jù)速率、總線長(zhǎng)度、分支長(zhǎng)度、總線負(fù)載和接收器故障安全等因素。

• 數(shù)據(jù)速率與總線長(zhǎng)度：數(shù)據(jù)速率和總線長(zhǎng)度成反比關(guān)系。大多數(shù)RS - 485系統(tǒng)使用10 kbps至100 kbps的數(shù)據(jù)速率，在某些情況下，允許一定的信號(hào)抖動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率和更長(zhǎng)的傳輸距離。例如，SN65HVD1782在短互連或低衰減的情況下，可實(shí)現(xiàn)10 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。
• 分支長(zhǎng)度：連接節(jié)點(diǎn)到總線時(shí)，分支長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，一般要求分支的電氣長(zhǎng)度或往返延遲小于驅(qū)動(dòng)器上升時(shí)間的十分之一，以減少反射。
• 總線負(fù)載：RS - 485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，合規(guī)的驅(qū)動(dòng)器必須能夠驅(qū)動(dòng)32個(gè)單位負(fù)載。SN65HVD1780和SN65HVD1781為1/10單位負(fù)載收發(fā)器，最多可在公共總線上連接320個(gè)；SN65HVD1782為1/2單位負(fù)載收發(fā)器，最多可連接64個(gè)。
• 接收器故障安全：該系列產(chǎn)品的接收器具有故障安全功能，通過(guò)偏移接收器閾值，使“輸入不確定”范圍不包括零伏差分，確保在總線故障時(shí)，接收器輸出穩(wěn)定。

（三）詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

使用WEBENCH? Power Designer可以創(chuàng)建定制設(shè)計(jì)。具體步驟如下：

1. 輸入$V{IN}$、$V{OUT}$和$I_{OUT}$要求。
2. 使用優(yōu)化器調(diào)整關(guān)鍵參數(shù)，如效率、占用空間和成本，并與其他可能的解決方案進(jìn)行比較。
3. 獲取定制的原理圖和材料清單，包括實(shí)時(shí)定價(jià)和組件可用性。
4. 進(jìn)行電氣和熱模擬，導(dǎo)出原理圖和布局到常用CAD格式，打印PDF報(bào)告并與同事分享。
5. 訪問(wèn)www.ti.com/WEBENCH獲取更多關(guān)于WEBENCH工具的信息。

此外，雖然SN65HVD178x系列內(nèi)部具有ESD保護(hù)，但在應(yīng)用中可通過(guò)外部保護(hù)設(shè)備提供更高能量瞬態(tài)的保護(hù)。

六、電源供應(yīng)與布局建議

（一）電源供應(yīng)

為確保在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運(yùn)行，每個(gè)電源應(yīng)使用100 - nF陶瓷電容進(jìn)行緩沖，并盡可能靠近電源引腳放置。TPS76350是適用于5 V電源的線性穩(wěn)壓器。

（二）布局指南

在工業(yè)環(huán)境中，片上IEC - ESD保護(hù)往往不足以應(yīng)對(duì)EFT和浪涌瞬變，因此需要使用外部瞬態(tài)保護(hù)設(shè)備。在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用高頻布局技術(shù)：

1. 將保護(hù)電路靠近總線連接器放置，防止噪聲瞬變進(jìn)入電路板。
2. 使用VCC和接地平面提供低電感路徑，因?yàn)楦哳l電流會(huì)遵循電感最小的路徑。
3. 保護(hù)組件應(yīng)設(shè)計(jì)在信號(hào)路徑方向上，避免瞬態(tài)電流偏離信號(hào)路徑。
4. 在收發(fā)器、UART或控制器IC的VCC引腳附近使用100 - nF至220 - nF的旁路電容。
5. 旁路電容和保護(hù)設(shè)備的VCC和接地連接使用至少兩個(gè)過(guò)孔，以最小化過(guò)孔電感。
6. 使能線使用1 kΩ至10 kΩ的上拉和下拉電阻，以限制瞬態(tài)事件中的噪聲電流。
7. 對(duì)于高達(dá)1 kV的浪涌瞬變，純TVS保護(hù)可能足夠；對(duì)于更高的瞬變，需要使用金屬氧化物壓敏電阻（MOVs）和瞬態(tài)阻斷單元（TBUs）。

七、總結(jié)

SN65HVD178x系列RS - 485收發(fā)器憑借其強(qiáng)大的故障保護(hù)、寬電壓范圍工作、低功耗、高ESD保護(hù)等特性，成為工業(yè)通信領(lǐng)域的可靠選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并遵循電源供應(yīng)和布局建議，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用過(guò)程中有什么問(wèn)題或者經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。