探索 THVD24xxV-EP：高性能 RS-485 收发器的卓越之选

在电子工程领域，RS - 485 收发器作为实现可靠数据通信的关键组件，一直备受关注。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的 THVD24xxV - EP 系列，包括 THVD2410V - EP、THVD2450V - EP 和 THVD2452V - EP 这三款具有 1.8V VIO 功能的增强型 3V 至 5.5V RS - 485 收发器，揭开它们的特性、应用及设计要点。

文件下载：thvd2450v-ep.pdf

特性亮点：卓越性能，保驾护航

增强型产品，适应严苛环境

THVD24xxV - EP 系列属于增强型产品，能在军用级温度范围（–55°C 至 125°C）稳定工作。而且，它们由一个晶圆制造厂和一个封装测试厂生产，采用金键合线和 NiPdAu 铅涂层，具备晶圆批次可追溯性，有效延长了产品生命周期。这使得该系列产品在恶劣环境下也能保持出色的性能和可靠性。

宽电源电压范围与高兼容性

该系列产品支持 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。同时，数据和使能信号电源范围为 1.65V 至 5.5V，为不同的应用场景提供了更多的电源选择。

灵活的数据速率选择

通过 SLR 引脚，用户可以根据实际需求选择不同的数据速率。THVD2410V - EP 可在 250kbps 和 1Mbps 之间切换，而 THVD2450V - EP、THVD2452V - EP 则能在 20Mbps 和 50Mbps 之间灵活调整，满足多样化的通信速率要求。

强大的总线 I/O 保护

在总线保护方面，THVD24xxV - EP 表现出色。它能承受 ±70V 直流总线故障，具备 ±16kV HBM ESD 保护。其中，THVD2410V - EP、THVD2450V - EP 支持 ±15kV IEC 61000 - 4 - 2 接触放电和气隙放电，THVD2452V - EP 支持 ±8kV IEC 61000 - 4 - 2 接触放电和气隙放电，以及 ±4kV IEC 61000 - 4 - 4 快速瞬态突发保护，有效防止静电和瞬态干扰对器件的损害。

低功耗与高抗噪能力

该系列产品具有低功耗特性，低待机电源电流小于 1µA，运行期间电流小于 5.3mA。同时，增强型接收器迟滞设计提供了高噪声抑制能力，确保在复杂电磁环境下也能实现可靠的数据通信。此外，它还具备适用于热插拔功能的无干扰上电/断电、开路、短路和空闲总线失效防护以及热关断等功能，进一步提升了系统的稳定性和可靠性。

多种封装选择

半双工器件采用小型 3mm x 3mm VSON 封装，节省布板空间，适用于空间受限型应用；全双工器件则采用标准 14 - SOIC 封装，方便插接。

应用领域：广泛覆盖，满足多样需求

THVD24xxV - EP 系列凭借其卓越的性能，在多个领域得到了广泛应用。航电设备、智能弹药、传感器、成像和雷达以及加固型通信等领域，都能看到它们的身影。在这些对数据通信可靠性和稳定性要求极高的应用场景中，THVD24xxV - EP 系列能够发挥出其最大的优势，确保数据的准确传输。

详细说明：深入了解，精准设计

器件概述

THVD2410V - EP 和 THVD2450V - EP 是半双工 RS - 485 收发器，适用于速率高达 1Mbps 和 50Mbps 的数据传输；THVD2452V - EP 是全双工收发器，可通过 SLR 引脚配置为 20Mbps 和 50Mbps 两种速度。这些器件均具有高电平有效的驱动器使能引脚和低电平有效的接收器使能引脚，禁用驱动器和接收器后可获得低于 1µA 的关断电流，有效降低功耗。

功能特性详解

故障保护

与标准 RS - 485 器件相比，THVD24xxV - EP 加强了总线故障保护，无需任何外部元件即可在高达 ±70V 的电压下受到保护，简化了系统设计并降低了整体系统成本。

集成 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，保护收发器免受静电放电（ESD）的影响，并根据高达 ±4kV 的 IEC 61000 - 4 - 4 标准保护收发器免受电气快速瞬变（EFT）的影响，确保系统在复杂电磁环境下的可靠性。

驱动器保护

驱动器可防止 - 70V 至 +70V 范围内的任何直流电源短路，内部将短路电流限制为 ±250mA，符合 TIA/EIA - 485A 标准。此外，如果输出故障电压超过 |±25V|，折返式限流电路可进一步将驱动器短路电流降至 ±5mA 以下。同时，所有器件都具有热关断保护功能，当结温超过阈值时，会禁用驱动器和接收器，保护器件安全。

接收器性能

差分接收器具有完全对称的阈值，即使在输入振幅很小的情况下也能保持信号的占空比。250mV（典型值）的迟滞可提供抗噪能力，提高了接收器的稳定性和可靠性。当输入同时开路或短路时，接收器失效防护功能可确保逻辑高电平，避免数据误判。

低功耗关断模式

如果驱动 DE 低电平和 RE 高电平的时间多于 500ns，器件进入关断模式；如果 DE 变为高电平或 RE 变为低电平，计数器复位。如果使能引脚处于禁用状态的时间少于 50ns，器件不会进入关断模式，有效防止器件因 DE 和 RE 之间的偏差而意外进入关断模式。

器件功能模式

驱动器功能

当驱动器使能引脚 DE 为逻辑高电平时，差分输出 A 和 B 跟随数据输入 D 的逻辑状态；当 DE 为低电平时，两个输出都变为高阻态。DE 引脚有一个内部下拉电阻接地，当处于开路状态时，驱动器默认禁用（高阻抗）；D 引脚有一个内部上拉电阻接 $V_{CC}$，当启用驱动器且处于开路状态时，输出 A 变为高电平，B 变为低电平。

接收器功能

当接收器使能引脚 RE 为逻辑低电平时，接收器被启用。当通过 $V{ID}=V{A}-V{B}$ 公式计算的差分输入电压高于正输入阈值 $V{TH}$ 时，接收器输出 R 变为高电平；当 $V{ID}$ 低于负输入阈值 $V{TH}$ 时，接收器输出 R 变为低电平。当 RE 为逻辑高电平或处于开路时，接收器输出为高阻抗。当收发器与总线断开（开路）、总线与其他线路短接（短路）或未对总线进行有源驱动（空闲总线）时，接收器输入的内部偏置会导致输出失效防护高电平。

压摆率选择

SLR 引脚具有集成下拉功能，器件保持在高速模式，直到 SLR 被拉至高电平，这会限制压摆率并将器件置于低速模式。THVD2410V - EP 在 SLR 为低电平或悬空时，发送器（TX）和接收器（RX）最大速度均为 1Mbps；SLR 为高电平时，TX 和 RX 最大速度都限制为 250kbps。THVD2450V - EP、THVD2452V - EP 在 SLR 为低电平或悬空时，发送器（TX）和接收器（RX）最大速度均为 50Mbps；SLR 为高电平时，TX 和 RX 最大速度都限制为 20Mbps。

欠压场景行为

在欠压场景中，当 $V{IO}$ 和 $V{CC}$ 均大于上升欠压阈值时，驱动器输出由 DE 和 D 输入决定，接收器输出由 RE 和 A - B 决定；当 $V{CC}$ 小于下降欠压阈值且 $V{IO}$ 大于上升欠压阈值，或 $V{CC}$ 大于上升欠压阈值且 $V{IO}$ 小于下降欠压阈值，或 $V{CC}$ 和 $V{IO}$ 均小于下降欠压阈值时，驱动器和接收器输出均为高阻抗。

应用设计：合理规划，确保成功

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关系，大多数 RS - 485 系统使用介于 10kbps 和 100kbps 之间的数据速率，在 4000 英尺或更远距离范围内，某些应用需要的数据速率高达 250kbps。通过允许高达 5% 或 10% 的小信号抖动，可以实现更长的距离。在互连足够短（或在信号频率下具有适当的低衰减）、不会降低数据质量的情况下，甚至可以实现更高的数据速率（如 THVD2450 速率为 50Mbps）。

短线长度

将节点连接到总线时，收发器输入和电缆干线之间的距离（桩线）应尽可能短。桩线是一段无端接的总线线路，随着长度的增加，桩线会引入相位不同的反射。作为通用指南，桩线的电气长度或往返延迟应小于驱动器上升时间的十分之一。

总线负载

RS - 485 标准规定，符合标准的驱动器必须能够驱动 32 个单元负载（UL），其中 1 个单元负载表示大约 12kΩ 的负载阻抗。由于 THVD24xxV - EP 器件包含 1/8 UL 收发器，因此可将多达 256 个接收器连接到总线，大大增加了系统的可扩展性。

瞬态保护

THVD24xxV - EP 收发器的总线引脚包括针对 ±30kV HBM 和 ±12kV IEC 61000 - 4 - 2 接触放电的片上 ESD 保护。IEC ESD 保护的片上实现可显著提高设备的稳健性。设计人员可以选择针对持续时间较长的瞬变（通常称为浪涌瞬变）实施保护，以应对工业环境中常见的 EFT 和浪涌瞬变。

详细设计过程

为了抵御 1kV 浪涌（IEC 61000 - 4 - 5）瞬变，建议使用保护电路。例如，可采用 SMAJ30CA TVS 二极管，其额定工作电压高达 30V，可确保在直接 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，该电容的位置应尽可能靠近电源引脚。这样有助于减少开关模式电源输出中出现的电源电压波纹，并且有助于补偿 PCB 电源层的电阻和电感。

布局指南

在 PCB 设计过程中，应应用高频布局技术。将保护电路放置在靠近总线连接器的位置，使用 $V{CC}$ 和接地平面来提供低电感，将保护元件设计成信号路径的方向。在尽可能靠近电路板上收发器、UART 和/或控制器 IC 的 $V{CCI}$ 和 $V_{IO}$ 引脚的位置应用 100nF 至 220nF 的去耦电容器，在电源引脚和保护器件的去耦电容器接地连接时，应至少使用两个过孔以最大限度减小实际过孔电感。使用 1kΩ 至 10kΩ 的上拉和下拉电阻用于使能线路，从而在瞬态事件期间限制这些线路中的噪声电流。如果 TVS 钳位电压高于收发器总线引脚的指定最大电压，则在 A 和 B 总线线路中插入防脉冲电阻器，以限制进入收发器的剩余钳位电流并防止其锁存。

总结

THVD24xxV - EP 系列 RS - 485 收发器以其卓越的性能、丰富的功能和灵活的设计，为电子工程师在数据通信领域提供了一个强大的解决方案。无论是在复杂的工业环境中，还是在对空间和功耗要求较高的应用场景中，THVD24xxV - EP 系列都能展现出其独特的优势。作为电子工程师，我们在设计过程中应充分了解其特性和应用要点，合理规划电路和布局，以确保系统的可靠性和稳定性。你在使用 RS - 485 收发器的过程中遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。