ISOx5隔离式3.3 - V半双工和全双工RS - 485收发器技术全解析

在工业自动化、网络通信等众多领域，可靠的数据传输是系统稳定运行的关键，RS - 485接口凭借其出色的电气特性，成为了长距离通信和多节点网络的首选。今天，我们聚焦于TI公司的ISO15、ISO35、ISO15M和ISO35M这一系列隔离式3.3 - V半双工和全双工RS - 485收发器，对其进行深入剖析。

文件下载：iso35.pdf

产品概述

ISO15和ISO15M是隔离式半双工差分线路收发器，而ISO35和ISO35M则是用于TIA/EIA 485/422应用的隔离式全双工差分线路收发器。ISO15M和ISO35M的环境温度范围为 - 55°C至125°C，而ISO15和ISO35的工作温度范围是 - 40°C至85°C。这些设备打破了接地环路，允许更大的共模电压范围，非常适合长距离传输线。其对称隔离屏障经过测试，可在总线线路收发器和逻辑电平接口之间提供高达4000 VPK（VDE标准）和2500 VRMS（UL和CSA标准）的隔离。

特性亮点

电气性能优越

• 高节点能力：满足或超过TIA/EIA RS - 485要求，具备1/8单位负载，一条总线上可连接多达256个节点。
• 高速率传输：信号传输速率高达1 Mbps，能满足大多数中高速通信需求。
• 低电容设计：总线电容仅为16 pF（典型值），有效减少信号传输中的损耗和干扰。
• 瞬态抗扰性强：典型瞬态抗扰度为50 kV/μs，能有效抵御各种电气噪声瞬变。

保护功能齐全

• 热关断保护：当设备温度过高时，自动触发热关断保护，防止设备因过热损坏。
• 失效保护：在总线开路、短路或闲置时，接收器具备失效保护功能，确保输出稳定。

电气兼容性好

3.3 - V输入具有5 - V容差能力，能够与不同电压等级的系统兼容。

安全认证完备

通过了多项安全和法规认证，如符合DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）的4000 - Vpk VioTM、560 - VPK VIORM，符合UL 1577的2500 VRMS隔离等级，以及符合CSA 62368 - 1的2500 VRMS隔离等级。

规格参数

绝对最大额定值

项目	最小值	最大值	单位
Vcc1（供电电压，侧1）	- 0.3	6	V
Vcc2（供电电压，侧2）	- 0.3	6	V
VO（任何总线I/O端子电压）	- 9	14	V
Vit（A、B、Y和Z的瞬态脉冲电压输入）	- 50	50	V
Vi（任何D、DE或RE端子的电压输入）	- 0.5	6	V
lo（接收器输出电流）	- 10	10	mA
TJ（结温）		150	°C
TsTG（存储温度）	- 65	150	°C

ESD额定值

不同的人体模型（HBM）、充电设备模型（CDM）和机器模型下，设备具有不同的ESD额定值，例如总线引脚和GND1的HBM为±6000 V，总线引脚和GND2的HBM为±16000 V等，这表明该设备在静电防护方面表现出色。

推荐工作条件

在推荐工作条件下，Vcc1和Vcc2的供电电压范围为3.15 - 3.6 V，典型值为3.3 V。这些参数是保证设备正常、稳定工作的关键，在实际设计中必须严格遵循。

功能模式

驱动功能模式

当驱动使能引脚DE为逻辑高电平时，差分输出Y和Z跟随数据输入D的逻辑状态。若D为高电平，Y为高，Z为低；若D为低电平，输出状态相反。当DE为低电平时，两个输出均为高阻态。

接收功能模式

当接收使能引脚RE为逻辑低电平时，接收器启用。当差分输入电压VID大于正输入阈值VIT + 时，接收器输出R为高电平；当VID小于负输入阈值VIT - 时，R为低电平。当RE为逻辑高电平或悬空时，接收器输出为高阻态。此外，当收发器与总线断开、总线线路短路或总线闲置时，接收器输出会进入失效保护高电平状态。

应用设计

应用场景广泛

适用于安全系统、化工生产、工厂自动化、电机和运动控制、HVAC和建筑自动化网络以及联网安全站等领域。在这些应用中，设备能够有效抵御电气噪声瞬变，保护昂贵的控制电路。

典型应用电路

半双工收发器配置

在半双工通信中，使用一个信号对进行数据的发送和接收。为了消除线路反射，需要在电缆两端使用终端电阻，其阻值应与电缆的特性阻抗匹配。

全双工RS - 485网络

全双工通信需要两个信号对（四根线），每个节点可以同时在一个信号对上发送数据，在另一个信号对上接收数据。

设计要点

• 数据速率与电缆长度：数据速率和电缆长度成反比关系，数据速率越高，电缆长度应越短。
• 短截线长度：连接节点到总线时，收发器输入与电缆主干之间的短截线应尽可能短，一般短截线的电气长度应小于驱动器上升时间的十分之一。
• 终端电阻：每个电缆端需用终端电阻进行端接，其值应匹配电缆的特性阻抗，以消除线路反射，实现更高的数据速率和更长的电缆传输长度。

布局布线

在工业环境中，由于存在EFT和浪涌瞬变，仅依靠片上IEC - ESD保护是不够的，必须使用外部瞬态保护装置。同时，由于ESD和EFT瞬变的频率带宽较宽（约3 - MHz至3 - GHz），在PCB设计时需要采用高频布局技术。以下是一些布局布线的建议：

• 层数要求：至少使用四层板来实现低EMI的PCB设计，层堆叠顺序为高速信号层、接地平面、电源平面和低频信号层。
• 元件布局：将保护电路靠近总线连接器放置，防止噪声瞬变进入电路板；将旁路电容尽可能靠近收发器、UART和控制器IC的VCC引脚放置；使用至少两个过孔连接旁路电容和保护装置的VCC和接地，以减小过孔电感。
• 信号布线：高速信号布线应在顶层，避免使用过孔，以减少电感引入；在高速信号层旁边放置实心接地平面，为传输线互连建立受控阻抗，并提供低电感回流路径；将较慢速度的控制信号布线在底层，以增加布线的灵活性。

总结

ISO15、ISO35、ISO15M和ISO35M系列隔离式RS - 485收发器以其卓越的电气性能、完善的保护功能和广泛的应用场景，为工程师在工业通信设计中提供了可靠的选择。在设计过程中，我们需要深入理解其规格参数、功能模式和应用要点，并严格遵循布局布线准则，以确保系统的稳定性和可靠性。各位工程师在实际应用中是否也遇到过类似的挑战？欢迎在评论区分享你的经验和见解！