详解THVD1428：高性能RS - 485收发器的卓越之选

在电子工程师的日常工作中，选择合适的收发器对于通信系统的稳定性和性能至关重要。今天，我们就来详细探讨一下THVD1428，一款具有3kV浪涌保护功能的3.3 - V至5 - V RS - 485收发器。

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一、产品概述

THVD1428是一款半双工RS - 485收发器，它集成了浪涌保护功能，通过在标准8引脚SOIC（D）封装中集成瞬态电压抑制器（TVS）二极管来实现。这种设计不仅提高了设备的可靠性，增强了对耦合到数据电缆的噪声瞬变的抗扰能力，还省去了外部保护组件。

该器件可在3.3V或5V单电源下工作，具有较宽的共模电压范围，适用于长电缆的多点应用。支持高达20Mbps的数据传输速率，工作环境温度范围为 - 40°C至125°C，共模范围为 ± 12V。此外，它还采用了行业标准的SOIC封装，无需对PCB进行任何更改即可轻松替换。

二、关键特性剖析

（一）电气特性

1. 电源电压与保护：支持3 - 5.5V的电源电压，总线I/O具有出色的保护能力。例如，能承受 ± 16kV HBM ESD、± 4kV IEC 61000 - 4 - 2接触放电、± 8kV IEC 61000 - 4 - 2气隙放电、± 4kV IEC 61000 - 4 - 4电快速瞬变以及 ± 3kV IEC 61000 - 4 - 5 1.2/50 - μs浪涌。
2. 驱动与接收性能
   • 驱动输出电压：在不同负载电阻和电源电压条件下，驱动差分输出电压幅度有明确的范围。例如，当RL = 60Ω ， - 12V ≤ Vest ≤ 12V时，典型值为1.5 - 3.5V；当RL = 100Ω 时，典型值为2 - 4V。
   • 接收特性：具有30mV的输入滞后，可有效抑制噪声。输入电流在不同条件下有相应的范围，输出高、低电压也有明确规定。
3. 功耗表现：功耗较低，待机电源电流小于2μA，工作电流小于3mA，并且在不同负载和工作条件下，功率耗散也有所不同。例如，在未端接（RL = 300Ω ，CL = 50pF）时为350mW，RS - 422负载（RL = 100Ω ，CL = 50pF）时为290mW，RS - 485负载（RL = 54Ω ，CL = 50pF）时为300mW。

（二）保护特性

1. ESD保护：总线引脚具备片上ESD保护，可抵御 ± 16kV HBM和 ± 4kV IEC 61000 - 4 - 2接触放电。IEC ESD测试比HBM ESD测试更为严格，片上实现IEC ESD保护显著提高了设备的鲁棒性。
2. EFT保护：内部ESD保护电路可保护收发器免受 ± 4kV的电快速瞬变影响，能有效应对继电器、开关接触器或重型电机等感性负载在过渡过程中产生的高频脉冲。
3. 浪涌保护：该器件能承受 ± 3kV的浪涌瞬变，无需任何外部组件。浪涌瞬变通常由雷击、电力系统开关等引起，在工业环境中较为常见，THVD1428的浪涌保护能力使其在这些环境中表现出色。
4. 故障安全接收器：差分接收器对无效总线状态具有故障安全功能。在总线开路、短路或空闲等情况下，差分接收器输出故障安全逻辑高电平，确保接收器输出不会不确定。

三、引脚配置与功能

THVD1428采用8引脚D封装（SOIC），各引脚功能明确：	PIN	NO.	I/O	DESCRIPTION
A	6	Bus input/output	总线I/O端口，A（与B互补）
B	7	Bus input/output	总线I/O端口，B（与A互补）
D	4	Digital input	驱动器数据输入（2 - MΩ内部上拉）
DE	3	Digital input	驱动器使能，高电平有效（2 - MΩ内部下拉）
GND	5	Ground	设备接地
R	1	Digital output	接收数据输出
Vcc	8	Power	3.3 - V至5 - V电源
RE	2	Digital input	接收器使能，低电平有效（2 - MΩ内部上拉）

四、应用场景与设计要点

（一）应用场景

THVD1428适用于多种领域，如无线基础设施、楼宇自动化（HVAC系统）、工厂自动化与控制、电网基础设施、智能电表、过程分析以及视频监控等。

（二）典型应用设计

1. RS - 485总线网络：RS - 485总线由多个收发器并联连接到总线电缆。为消除线路反射，每个电缆末端需使用一个终端电阻RT，其值应与电缆的特性阻抗Z₀匹配，这种方法称为并联终端，可实现长电缆上的更高数据速率。
2. 设计要求考虑
   • 数据速率与总线长度：数据速率和电缆长度成反比关系。大多数RS - 485系统使用10kbps至100kbps的数据速率，但某些应用需要在4000英尺及更长距离上达到250kbps的数据速率。通过允许高达5%或10%的小信号抖动，可实现更长的距离。对于THVD1428，在互连足够短（或在信号频率下衰减足够低）的情况下，可实现20Mbps的数据速率。
   • 短截线长度：连接节点到总线时，收发器输入与电缆干线之间的距离（短截线）应尽可能短。短截线过长会引入反射，一般来说，短截线的电气长度（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，合规驱动器必须能够驱动32个单位负载（UL），1个单位负载约为12kΩ的负载阻抗。由于THVD1428是1/8 UL收发器，因此可在总线上连接多达256个接收器。

（三）详细设计流程

在设计RS - 485收发器时，通常需要在总线引脚处提供浪涌保护。与普通RS - 485收发器（如THVD14x0）相比，THVD1428的内部TVS保护可实现 ± 3kV IEC 61000 - 4 - 5浪涌保护，无需任何额外的外部组件，从而降低了系统级物料清单成本。

五、电源与布局建议

（一）电源建议

为确保在所有数据速率和电源电压下可靠运行，每个电源应使用一个100nF陶瓷电容器进行去耦，该电容器应尽可能靠近电源引脚放置。这有助于减少开关模式电源输出上的电源电压纹波，并补偿PCB电源平面的电阻和电感。

（二）布局指南

1. 使用Vcc和接地平面提供低电感。高频电流倾向于遵循阻抗最小的路径，而不是电阻最小的路径。在板上的收发器、UART和/或控制器IC的Vcc引脚附近尽可能靠近地应用100 - nF至220 - nF的去耦电容器。
2. 对于去耦电容器的Vcc和接地连接，使用至少两个过孔以最小化有效过孔电感。
3. 为使能线使用1kΩ至10kΩ的上拉和下拉电阻，以限制瞬态事件期间这些线路中的噪声电流。

六、总结

THVD1428凭借其出色的电气特性、强大的保护功能、广泛的应用场景以及合理的设计建议，成为电子工程师在RS - 485通信系统设计中的理想选择。在实际应用中，我们应根据具体需求，合理设计电路和布局，充分发挥其性能优势。大家在使用THVD1428的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。