LTM2881完整的隔离型RS485/RS422 μModule收发器和电源技术手册

概述
LTM2881 是一款完整的电流隔离型全双工 RS485 / RS422 μModule^®^ 收发器。 它无需使用外部元件。 单个电源通过一个集成、隔离、低噪声、高效 5V 输出 DC/DC 转换器为接口的两侧供电。

耦合电感器和一个隔离电源变压器在线路收发器和逻辑接口之间提供了 2500VRMS 的隔离。 该器件非常适合于那些接地环路断开的系统，允许很大的共模电压变化。 在共模瞬变 >30kV/μs 的情况下，可以保证不间断的通信。

在转换速率受限的模式中，最大数据速率为 20Mbps 或 250kbps。 发送数据 DI 和接收数据 RO 利用事件驱动型低抖动处理来实现。 接收器具有一个 1/8 单位负载，每根总线能够支持多达 256 个节点。 一个逻辑电源引脚提供了与 1.62V 至 5.5V 的不同逻辑电平的简易连接，这与主电源无关。

增强的 ESD 防护能力使得该器件能够承受高达 ±15kV 人体模型 (在至隔离电源的收发器接口引脚上) 和 ±10kV (通过至逻辑电源的隔离势垒)，而不会发生闭锁或受损现象。
数据表：*附件：LTM2881完整的隔离型RS485 RS422 μModule收发器和电源技术手册.pdf

应用

• 隔离型 RS485 / RS422 接口
• 工业网络
• 断开 RS485 接地环路
• 隔离型 PROFIBUS-DP 网络

特性

• RS485 / RS422 收发器：2500V ~RMS ~ (对于一分钟)
• UL-CSA 认证文档 #E151738
• CSA 元器件验收通知 5A
• 隔离的 DC 电源: 5V (高达 200mA)
• 无需外部元件
• 20Mbps 或低 EMI 250kbps 数据速率
• 高 ESD 防护：±15kV HBM (在收发器接口)
• 可承受的高共模瞬变：30kV/μs
• 集成可选 120Ω 终端
• 3.3V (LTM2881-3) 或 5.0V (LTM2881-5) 工作
• 用于提供灵活数字接口的 1.62V 至 5.5V 逻辑电源引脚
• 最大连续工作电压：560VPEAK
• 高输入阻抗故障保险 RS485 接收器
• 电流限制驱动器和热停机
• 与 TIA/EIA-485-A 和 PROFIBUS 规格相兼容
• 在内部故障条件下提供高阻抗输出
• 低电流停机模式 (<10µV)
• 通用型 CMOS 隔离通道
• 小外形的扁平 (15mm x 11.25mm) 表面贴装型 BGA 和 LGA 封装

典型应用

引脚配置描述

引脚功能

逻辑侧（V_{CC}、V_{L}、GND）

• D_{OUT}（引脚 A1） ：通用逻辑输出。通过隔离路径与 D_{IN} 连接的逻辑输出。在隔离通信故障时，D_{OUT} 处于高阻抗状态。
• TE（引脚 A2） ：终端使能。逻辑高电平时，使能引脚 A 和 B 之间的终端电阻（通常为 120Ω ）。
• DI（引脚 A3） ：驱动器输入。若驱动器输出使能（DE 为高电平），则 DI 控制驱动器输出。DI 为低电平时，使非反相输出（Y）为低电平，反相输出（Z）为高电平；DI 为高电平时，使非反相输出（Y）为高电平，反相输出（Z）为低电平，且驱动器输出使能。
• DE（引脚 A4） ：驱动器使能。逻辑低电平时，禁用驱动器，使输出 Y 和 Z 处于高阻抗状态；逻辑高电平时，使能驱动器。
• overline{RE}（引脚 A5） ：接收器使能。逻辑低电平时，使能接收器输出；逻辑高电平时，使 RO 处于高阻抗状态。
• RO（引脚 A6） ：接收器输出。若接收器输出使能（overline{RE} 为低电平），且 A - B > 200mV ，则 RO 为逻辑高电平；若 A - B < -200mV ，则 RO 为逻辑低电平。若接收器输入未使能、短路、端接或无有效信号，RO 为高电平。在隔离通信故障时，RO 处于高阻抗状态。
• V_{L}（引脚 A7） ：逻辑电源。为引脚 RO、overline{RE}、TE、DI、DE、D_{OUT} 和 ON 提供接口电源。推荐工作电压为 1.62V 至 5.5V ，内部用 2.2μF 电容去耦至 GND。
• ON（引脚 A8） ：使能。使能通过隔离栅的电源和数据通信。ON 为高电平时，器件使能，电源和通信功能正常；ON 为低电平时，逻辑侧处于复位状态，隔离侧未上电。
• GND（引脚 B1 - B5） ：电路地。
• V_{CC}（引脚 B6 - B8） ：电源电压。LTM2881 - 3 推荐工作电压为 3V 至 3.6V ；LTM2881 - 5 推荐工作电压为 4.5V 至 5.5V 。内部用 2.2μF 电容去耦至 GND。

隔离侧（V_{CC2}、GND2）

• D_{IN}（引脚 L1） ：通用隔离逻辑输入。相对于 V_{CC2} 和 GND2 的隔离侧逻辑输入。D_{IN} 为逻辑高电平时，使 D_{OUT} 为逻辑高电平；D_{IN} 为逻辑低电平时，使 D_{OUT} 为逻辑低电平。
• overline{SLO}（引脚 L2） ：驱动器压摆率控制。输入为低电平时（相对于 GND2 ），使驱动器进入降低的慢摆率模式，以减少 EMI；输入为高电平时（相对于 GND2 ），使驱动器进入全速模式，以支持最大数据速率。
• Y（引脚 L3） ：非反相驱动器输出。驱动器禁用时，呈高阻抗状态。
• Z（引脚 L4） ：反相驱动器输出。驱动器禁用时，呈高阻抗状态。
• B（引脚 L5） ：反相接收器输入。在 TE 为低电平或未上电的接收模式下，阻抗 > 96kΩ 。
• A（引脚 L6） ：非反相接收器输入。在 TE 为低电平或未上电的接收模式下，阻抗 > 96kΩ 。
• V_{CC2}（引脚 L7 - L8） ：隔离电源电压输出。由隔离式 DC/DC 转换器从 V_{CC} 内部产生并稳压至 5V ，内部用 2.2μF 电容去耦至 GND2。
• GND2（引脚 K1 - K8） ：隔离侧电路地。这些焊盘应连接到隔离地和/或通信屏蔽。

典型性能特征

框图

应用信息

PROFIBUS 应用

LTM2881 可用于需要隔离的 PROFIBUS - DP 网络。标准 PROFIBUS 终端与 RS485 终端不同，如图 15 所示。在该终端中，内部终端应保持禁用（置为低电平），这样当总线空闲时，390Ω 电阻不会使总线预偏置。LTM2881 采用全差分接收器，输出预偏置电阻并非必需，因此可使用非标准 RS485 终端电阻，无需控制和 overline{TE} 。

如图 15 所示，V_{CC2} 为外部终端电阻提供隔离电源。在 LTM2881 用于 PROFIBUS 应用时，建议将额外的 PROFIBUS 终端连接到 V_{CC2} ，以维持规定的驱动器输出摆幅。

PCB 布局注意事项

LTM2881 的布局集成化使 PCB 布局非常简单。不过，为优化电气隔离、EMI 和热性能，仍需注意一些布局要点：

• 在 V_{CC} 电流超过 300mA 的重负载条件下，必须使用厚铜（Heavy copper）来确保电阻损耗不会使电源电压降至最低允许值以下。同理，V_{CC2} 和 GND2 导体必须足够粗，以支持任何外部负载电流。厚铜走线还有助于通过热传导降低热应力和提高热可靠性。
• 无需进行输入和输出去耦，因为这些组件已集成在封装内。建议额外并联一个 6.8μF、ESR 低的大容量电容，用于抑制热插拔引起的电压尖峰和最小化电压纹波。对于 EMI 敏感应用，建议在电源和接地端尽可能靠近的位置额外并联 1μF 至 4.7μF、ESL 低的陶瓷电容。或者，可并联多个小容量陶瓷电容，以实现相同的总电容。
• 请勿在内部焊盘列之间的 PCB 上铺设铜。该隔离区域必须保持空白，以承受额定隔离电压。
• 对于对 EMI 要求不高的应用，建议为 GND 和 GND2 使用实心接地层，以实现最佳信号完整性、热性能，并最大程度减少因未接地 PCB 走线传导引起的 RF 辐射。在 EMI 要求严格的情况下，不连续的接地层（在 GND 和 GND2 之间形成类似偶极天线的结构）会辐射差分电压，因此建议尽量减小接地层的开口或分割，可使用连续平面，因为任何开口或分割都可能加剧 RF 辐射。
• 对于大 GND 到 GND2 平面间距（≤ 330pF 从 GND 到 GND2 ），在模块下方的基板中嵌入一个离散电容，可提供低阻抗电流返回路径，显著降低差模电压和任何射频频率发射。离散电容的效果不如寄生电容，且受电压额定值、漏电和电介质 ESL 的限制。在 PCB 叠层范围内，应考虑在靠近理想电容的位置嵌入该电容，并消除组件。不过，必须谨慎应用这两种技术，以确保隔离栅的电压额定值不受影响。