探索 THVD24xxV-EP：增强型 RS-485 收发器的卓越性能与应用

在工业通信领域，RS-485 标准凭借其长距离传输、多节点连接和抗干扰能力强等优势，成为了众多应用的首选。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）推出的 THVD24xxV-EP 系列增强型 3V 至 5.5V RS-485 收发器，包括 THVD2410V-EP、THVD2450V-EP 和 THVD2452V-EP，了解它们的特性、应用以及设计要点。

文件下载：thvd2410v-ep.pdf

特性亮点

增强型产品特性

THVD24xxV-EP 系列属于增强型产品，具备军用级温度范围（–55°C 至 125°C），能够在极端环境下稳定工作。采用单一晶圆制造厂和封装测试厂，搭配金键合线和 NiPdAu 铅涂层，不仅保证了产品的一致性和可靠性，还实现了晶圆批次的可追溯性，延长了产品的生命周期。

电源与兼容性

该系列收发器支持 3V 至 5.5V 的电源电压，在 5V 电源下差分输出超过 2.1V，与 PROFIBUS 兼容。数据和使能信号电源范围为 1.65V 至 5.5V，为系统设计提供了更大的灵活性。

数据速率选择

通过 SLR 引脚，用户可以灵活选择数据速率。THVD2410V-EP 支持 250kbps 和 1Mbps，而 THVD2450V-EP 和 THVD2452V-EP 则支持 20Mbps 和 50Mbps，满足不同应用场景对数据传输速率的需求。

总线保护与抗干扰能力

在总线 I/O 保护方面，THVD24xxV-EP 表现出色。具备 ±70V 直流总线故障保护和 ±16kV HBM ESD 保护，不同型号在 IEC 61000 - 4 - 2 接触放电和气隙放电以及 IEC 61000 - 4 - 4 快速瞬态突发保护上也有相应的规格，确保在复杂电磁环境下的稳定运行。此外，对称共模电压范围为 ±12V，增强型接收器迟滞提供了良好的抗噪能力。

低功耗与其他特性

该系列收发器具有低功耗特性，低待机电源电流小于 1µA，运行期间电流小于 5.3mA。支持热插拔功能，无干扰上电/断电，具备开路、短路和空闲总线失效防护以及热关断功能。每个收发器为 1/8 单位负载，最多可连接 256 个总线节点。封装方面，提供小型 3mm x 3mm VSON 封装（半双工）和 14 - D 封装（全双工），满足不同的布局需求。

应用领域

THVD24xxV-EP 系列收发器适用于多个领域，包括航电设备、智能弹药、传感器、成像和雷达以及加固型通信等。在这些应用中，其高可靠性、宽温度范围和良好的抗干扰能力能够确保数据的准确传输。

详细说明

概述

THVD2410V-EP 和 THVD2450V-EP 是半双工 RS-485 收发器，提供两种速度等级，适用于不同速率的数据传输。THVD2452V-EP 是全双工收发器，同样可通过 SLR 引脚配置两种速度。禁用驱动器和接收器后，关断电流低于 1µA。

功能方框图

从功能方框图可以清晰地看到各个模块的组成和连接方式，有助于工程师理解器件的工作原理。

特性说明

• ±70V 故障保护：相比标准 RS - 485 器件，该系列收发器加强了总线故障保护，无需外部保护元件即可在高达 ±70V 的电压下正常工作，简化了系统设计并降低成本。
• 集成 IEC ESD 和 EFT 保护：内部 ESD 保护电路可根据高达 ±12kV 的 IEC 61000 - 4 - 2 标准和 ±4kV 的 IEC 61000 - 4 - 4 标准，保护收发器免受静电放电和电气快速瞬变的影响。
• 驱动器过压和过流保护：驱动器可防止 - 70V 至 + 70V 范围内的直流电源短路，内部将短路电流限制为 ±250mA，输出故障电压超过 |±25V| 时，折返式限流电路可进一步降低短路电流。同时具备热关断保护功能，防止因过多功率损耗损坏器件。
• 增强型接收器抗噪性能：差分接收器具有完全对称的阈值，250mV（典型值）迟滞提供了良好的抗噪能力，即使在输入振幅很小的情况下也能保持信号的占空比。
• 接收器失效防护状态运行：当总线出现开路、短路或空闲等无效状态时，接收器输入的内部偏置会导致输出失效防护高电平，确保系统的可靠性。
• 低功耗关断模式：驱动 DE 低电平和 RE 高电平时间多于 500ns 时，器件进入关断模式，避免因 DE 和 RE 之间的偏差意外进入关断模式。

器件功能模式

驱动器功能

当驱动器使能引脚 DE 为高电平时，差分输出跟随数据输入 D 的逻辑状态；DE 为低电平时，输出为高阻态。DE 引脚有内部下拉电阻，D 引脚有内部上拉电阻，确保在不同状态下的稳定输出。

接收器功能

接收器使能引脚 RE 为低电平时，接收器启用，根据差分输入电压与阈值的比较输出相应的逻辑电平；RE 为高电平或开路时，输出为高阻抗。在总线出现异常情况时，接收器输出失效防护高电平。

SLR 引脚功能

SLR 引脚用于选择压摆率和数据速率，不同型号有不同的配置。例如，THVD2410V - EP 在 SLR 为低电平或悬空时最大速度为 1Mbps，高电平时限制为 250kbps。

电源功能

在欠压场景下，驱动器和接收器输出根据电源电压与欠压阈值的比较进入高阻抗状态，确保系统的稳定性。

应用和实施

典型应用

在典型的 RS - 485 网络中，半双工收发器通过端接电阻消除线路反射，实现可靠的数据传输。

设计要求

数据速率和总线长度

数据速率与电缆长度成反比，大多数 RS - 485 系统使用 10kbps 至 100kbps 之间的数据速率，部分应用在长距离下需要高达 250kbps 的数据速率。通过允许一定的信号抖动，可以实现更长的传输距离。

短线长度

收发器输入和电缆干线之间的桩线应尽可能短，其电气长度或往返延迟应小于驱动器上升时间的十分之一，以减少反射对信号的影响。

总线负载

RS - 485 标准规定驱动器需能驱动 32 个单元负载，THVD24xxV - EP 为 1/8 UL 收发器，最多可连接 256 个接收器到总线。

瞬态保护

该系列收发器的总线引脚具备片上 ESD 保护，IEC ESD 保护的片上实现提高了设备的稳健性。对于持续时间较长的瞬变，如浪涌瞬变和 EFT，设计人员可根据具体需求实施保护措施。

详细设计过程

针对半双工器件的浪涌瞬变，可使用 SMAJ30CA TVS 二极管进行瞬态保护，确保在直接 RS - 485 总线与 24V 直流工业电源轨短路时，保护二极管不会导通。

电源相关建议

为确保在所有数据速率和电源电压下可靠运行，应使用 100nF 陶瓷电容对各个电源进行去耦，电容位置应尽可能靠近电源引脚，以减少电源电压波纹和补偿 PCB 电源层的电阻和电感。

布局

布局指南

在 PCB 设计中，应采用高频布局技术，将保护电路放置在靠近总线连接器的位置，使用 $V_{CC}$ 和接地平面提供低电感，合理安排保护元件和去耦电容器的位置，使用上拉和下拉电阻限制使能线路中的噪声电流，必要时在总线线路中插入防脉冲电阻器。

布局示例

提供了 THVD2410V - EP、THVD2450V - EP（半双工）的布局示例，为工程师的设计提供参考。

器件和文档支持

器件支持

TI 对第三方产品发布的信息不构成认可和担保，用户在使用第三方产品时需注意相关免责声明。

接收文档更新通知

用户可在 ti.com 上的器件产品文件夹中注册，接收产品信息更改摘要，详细更改信息可查看修订历史记录。

支持资源

TI E2E™ 中文支持论坛是工程师获取解答和设计帮助的重要平台，可直接从专家处获得快速、经过验证的建议。

商标与静电放电警告

TI E2E™ 是德州仪器的商标，使用时需注意商标相关规定。静电放电会损坏集成电路，工程师在处理和安装时应采取适当的预防措施。

总结

THVD24xxV - EP 系列增强型 RS - 485 收发器以其卓越的性能、丰富的特性和广泛的应用场景，为工业通信领域提供了可靠的解决方案。在设计过程中，工程师需要根据具体需求合理选择数据速率、考虑总线长度和负载、实施瞬态保护和优化布局，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用 RS - 485 收发器时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。