MAX14949 500kbps半双工、RS-485/RS-422收发器技术手册

概述
MAX14949为一颗隔离型RS-485/RS-422收发器，为器件的电缆侧(RS-485驱动器/接收器侧)和UART侧之间提供5000VRMS (60s)电隔离。对于那些端口间地电位差大，通过隔离断开接地环路降低噪声提高通信性能。器件支持高达500kbps的可靠通信。

器件包括集成了一个450kHz变压器驱动器，可以为使用外部变压器将功率传递至收发器的电缆侧。一个内置的LDO为IC的电缆侧供电提供了一个结构简单高效解决方案。

器件包括一路半双工驱动器/接收器通道。接收器为1/8单位负载，允许一条共用总线上挂接多达256个收发器。

集成真失效保护电路确保在输入短路或开路时，接收器输出为逻辑高电平。当电缆侧或UART侧电源低于工作电平时，欠压锁定功能禁用驱动器。

驱动器输出/接收器输入具有高达±35kV对电缆侧GNDB的静电放电(ESD)保护，符合人体模式(HBM)要求。

MAX14949采用宽体16引脚SOIC封装，工作在-40°C至+85°C温度范围。
数据表：*附件：MAX14949 500kbps半双工、RS-485 RS-422收发器技术手册.pdf

应用

• HVAC
• 工业自动控制
• 电表
• 可编程逻辑控制器

特性

• 高度集成简化设计
  • 集成LDO用于电缆侧电源
  • 集成变压器驱动器，将电源传递至电缆侧，150mA负载时的效率高达80%
• 高性能收发器支持灵活的设计
  • 兼容RS-485 EIA/TIA-485标准
  • 500kbps (最大值)数据率
  • 总线上允许挂接多达256片器件
• 集成保护，达到可靠的通信
  • 驱动器输出/接收器输入上具有±30kV ESD (HBM)保护
  • 5kVRMS隔离耐压，可持续60秒(V ISO )
  • 1200VPEAK最大重复峰值隔离电压(V IORM )
  • 848VRMS最大工作隔离电压(V IOWM )
  • 额定工作电压下的寿命长于30年
  • 承受±10kV浪涌，符合IEC 61000-4-5标准
  • 热关断

框图

DC电气特性

典型操作特性

引脚配置描述

详细描述

MAX14949 是一款隔离式 RS - 485/RS - 422 收发器，可在收发器的 RS - 485/RS - 422 总线侧与 UART 侧之间提供 5000VRMS（60 秒）的 galvanic（电流隔离）隔离。当隔离栅两侧的接地点之间存在潜在危险电压时，该隔离栅可实现高达 500kbps 的通信。

隔离

数据和电源均可通过隔离栅传输。数据隔离通过集成电容隔离实现，这种隔离方式可在 UART 侧与收发器的总线侧之间传输数据。为实现电源隔离，该器件集成了一个变压器驱动器，用于驱动外部中心抽头变压器，从而能够将功率从 UART 侧通过隔离栅传输到总线侧。将外部变压器的初级侧连接到器件的变压器驱动器输出（TD1 和 TD2）。将初级中心抽头连接到 VDDA。

集成低压差线性稳压器（LDO）

该器件内置一个低压差稳压器，其设定的 IC（典型值）输出用于为总线侧的 Vpdp 供电。该 LDO 具有 300mA（典型值）的电流限制。如果不使用 LDO，将 VLDO 连接到 GND，并直接向 Vpdp 施加 +5V 电压。

真正的故障安全

当接收器输入短路或开路，或者连接的接收器终端电阻网络的所有驱动器均被禁用时，该器件可确保接收器输出为逻辑高电平。接收器阈值固定在 -5V 至 +5V 之间，差分输入电压（Vdiff）的检测阈值为 -50mV（典型值）。如果差分输入电压大于或等于 -50mV，则 RXD 为逻辑高电平。在所有收发器均被禁用的情况下，由于终端电阻的作用，差分输入电压被拉至零，由于器件的接收器阈值特性，这会导致 RXD 为逻辑高电平。

驱动器输出保护

有两种机制可防止故障或总线竞争导致的输出过流和功率耗散过大。第一种是折叠模式电流限制，可在整个共模电压范围内为输出级提供短路保护。第二种是，如果芯片温度超过 +160°C（典型值），热关断电路会迫使驱动器输出进入高阻抗状态。

热关断

该器件通过集成的热关断电路防止因过温而损坏。当结温（Tj）超过 +160°C（典型值）时，驱动器输出变为高阻抗。当 Tj 降至 +145°C（典型值）以下时，器件恢复正常工作。

变压器驱动器

过流限制

该器件具有过流限制功能，可保护集成变压器驱动器免受因充电大容性负载或驱动短路电路而产生的过大电流的影响。电流限制分为两个阶段实现：内部电路在输出电流达到峰值且上升超过 1.2A 时对其进行监控。当超过 1.2A 阈值时，内部电路会将输出电流限制在 730mA 电流限值。该器件会逐周期监控驱动器电流，并在短路故障排除后限制电流。

在过流限制期间，器件的变压器驱动器会消耗大量功率，导致 IC 进入热关断状态。当驱动器的结温超过热关断阈值时，TD1 和 TD2 驱动器输出会被禁用。当温度降至正常工作滞后温度以下时，驱动器恢复正常运行。

变压器选择

器件上集成的推挽式变压器驱动器可将功率从 UART 侧通过隔离栅传输到器件的隔离总线侧。450kHz 变压器驱动器适用于带中心抽头初级的变压器。选择 ET 乘积（能量 - 时间乘积）大于或等于驱动器所需 ET 乘积的变压器，以确保变压器不会进入饱和状态。E 是施加到变压器的电压，T 是在任何一个周期内施加该电压的最长时间。计算变压器初级的最小 ET 乘积，公式如下：

ET = VMAX × TMIN

其中，VMAX 是 VDDA 上最恶劣情况下的最大电源电压，TMIN 是该电源电压下的最小频率周期。例如，使用 5.5V 电压和 350kHz 频率时，所需的最小 ET 乘积为 7.9V·μs。表 1 中列出了推荐的变压器。

应用信息

总线上的256个收发器

标准RS - 485接收器输入阻抗为1个单位负载，标准驱动器可驱动最多32个单位负载。该器件的收发器采用1/8单位负载接收器，这使得最多256个收发器可并联连接在同一通信线路上。可将这些器件与其他RS - 485/RS - 422器件进行任意组合连接，线路最多可连接32个单位负载。

典型应用

该收发器设计用于双向数据通信，适用于多节点总线传输。图9和图10展示了典型网络应用电路。为最大程度减少信号反射，总线应在两端端接。就其特性而言，应尽可能缩短从干线引出的支线长度 。

布局注意事项

建议设计一个隔离区或在隔离器下方设置无接地和信号层的避让通道。隔离栅两侧（总线侧与UART侧 ）若存在任何电气或金属连接，都会破坏隔离效果。

确保Vpdp、VDDA与VLDO、Vpdp、GNDB之间的去耦电容尽量靠近IC放置，以最大程度减少电感。

与接地层靠近布线是重要的信号线布线原则，这样可最大程度减少可能的外部干扰。在器件的总线侧，尽量将总线连接器和端接电阻靠近A和B引脚放置，这是一种良好的实践做法 。