SN65HVD17xx系列RS - 485收发器：可靠通信的理想选择

在工业自动化、楼宇自动化、安防监控等众多领域，RS - 485通信网络凭借其长距离传输、多节点连接和抗干扰能力强等优点，得到了广泛应用。而TI推出的SN65HVD17xx系列故障保护型RS - 485收发器，更是为RS - 485通信提供了可靠的解决方案。今天，我们就来详细了解一下这个系列的收发器。

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一、产品概述

SN65HVD17xx系列包括SN65HVD1785、SN65HVD1786、SN65HVD1787、SN65HVD1791、SN65HVD1792和SN65HVD1793等型号。这些器件专为RS - 485和RS - 422网络设计，能够承受过压故障，如电源短路、接线错误、连接器故障、电缆挤压和工具误操作等，同时对ESD事件也具有很强的鲁棒性。

二、产品特性

1. 总线引脚故障保护

不同型号的器件具有不同的总线引脚故障保护能力：

• HVD1785、86、91、92型号可承受±70V的故障电压。
• HVD1787、93型号可承受±30V的故障电压。

这种高电压保护能力大大提高了器件在复杂工业环境中的可靠性，减少了因意外故障导致的设备损坏。

2. 宽共模电压范围

共模电压范围为 - 20V至25V，是TIA/EIA 485标准要求的两倍多。这使得器件能够在长电缆传输和多点应用中保持稳定的通信性能。

3. 总线I/O保护

具备±16kV的JEDEC HBM保护，有效防止静电放电对器件的损坏，提高了系统的抗干扰能力。

4. 低单位负载

支持多达256个节点，满足大规模网络的需求。在一些大型工业自动化系统中，多个设备需要通过RS - 485总线进行通信，低单位负载特性使得更多的设备可以连接到总线上，而不会影响通信质量。

5. 故障安全接收器

在开路、短路和总线空闲等情况下，接收器能够输出确定的逻辑状态，避免了输出信号的不确定性，保证了系统的稳定性。

6. 低功耗

• 典型待机电源电流仅为1μA，降低了系统的功耗。
• 工作期间的静态电流ICC为5mA，在节能的同时保证了正常的工作性能。

7. 上电、掉电无毛刺操作

在电源开启和关闭过程中，不会产生毛刺信号，避免了对总线的干扰，保证了通信的稳定性。

三、产品应用

SN65HVD17xx系列器件适用于各种RS - 485和RS - 422网络应用，如工业自动化中的传感器数据传输、楼宇自动化中的设备监控、安防监控系统中的摄像头控制等。在这些应用中，器件的高可靠性和稳定性能够保证数据的准确传输，提高系统的整体性能。

四、产品选型

不同型号的SN65HVD17xx器件在信号速率、节点数量和电缆长度等方面有所不同，用户可以根据具体应用需求进行选择。

型号	双工模式	信号速率	节点数量	电缆长度
SN65HVD1785	半双工	115kbps	最多256个	1500m
SN65HVD1786	半双工	1Mbps	最多256个	150m
SN65HVD1787	半双工	10Mbps	最多64个	50m
SN65HVD1791	全双工	115kbps	最多256个	1500m
SN65HVD1792	全双工	1Mbps	最多256个	150m
SN65HVD1793	全双工	10Mbps	最多64个	50m

从选型表中可以看出，信号速率和电缆长度之间存在一定的反比关系。如果需要长距离传输，就需要选择较低的信号速率；如果对传输速度要求较高，则需要缩短电缆长度。大家在实际应用中，要根据具体的需求来平衡这两个因素。

五、引脚配置和功能

不同型号的器件引脚配置和功能有所不同，这里分别介绍SN65HVD1785、1786、1787的8引脚SOIC或PDIP封装和SN65HVD1791、1792、1793的14引脚SOIC封装的引脚功能。

1. SN65HVD1785、1786、1787引脚功能

引脚名称	引脚编号	类型	描述
A	6	总线输入/输出	驱动器输出或接收器输入（与B互补）
B	7	总线输入/输出	驱动器输出或接收器输入（与A互补）
D	4	数字输入	驱动器数据输入
DE	3	数字输入	驱动器使能，高电平有效
GND	5	参考电位	本地设备接地
R	1	数字输出	接收数据输出
RE	2	数字输入	接收器使能，低电平有效
Vcc	8	电源	4.5 - 5.5V电源

2. SN65HVD1791、1792、1793引脚功能

引脚名称	引脚编号	类型	描述
A	12	总线输入	接收器输入（与B互补）
B	11	总线输入	接收器输入（与A互补）
Y	9	总线输出	驱动器输出（与Z互补）
Z	10	总线输出	驱动器输出（与Y互补）
D	5	数字输入	驱动器数据输入
DE	4	数字输入	驱动器使能，高电平有效
GND	6,7	参考电位	本地设备接地
R	2	数字输出	接收数据输出
RE	3	数字输入	接收器使能，低电平有效
Vco	13,14	电源	4.5 - 5.5V电源
NC	1,8	无连接	无连接，应悬空

了解引脚配置和功能是进行电路设计的基础，大家在设计时要根据具体的应用需求正确连接引脚，避免因引脚连接错误导致的问题。

六、规格参数

1. 绝对最大额定值

• 电源电压VCC： - 0.5V至7V
• 总线引脚电压：不同型号有所不同，如HVD1785、86、91、92、93的A、B引脚为 - 70V至70V，HVD1787的A、B引脚为 - 70V至30V，HVD1793的Y、Z引脚为 - 70V至30V
• 任何逻辑引脚的输入电压： - 0.3V至VCC + 0.3V
• 瞬态过压脉冲：通过100Ω电阻时为 - 100V至100V
• 接收器输出电流： - 24mA至24mA
• 结温TJ：170°C
• 存储温度Tstg：160°C

2. ESD额定值

• 人体模型（HBM）：总线端子和GND为±16000V，所有引脚为±4000V
• 充电设备模型（CDM）：±2000V
• 机器模型：±400V
• IEC 60749 - 26 ESD（人体模型）：总线端子和GND为±16000V

3. 推荐工作条件

• 电源电压VCC：4.5V至5.5V
• 任何总线端子的输入电压VI： - 20V至25V
• 高电平输入电压VIH：2V至VCC
• 低电平输入电压VIL：0V至0.8V
• 差分输入电压VID： - 25V至25V
• 驱动器输出电流： - 60mA至60mA
• 接收器输出电流： - 8mA至8mA
• 差分负载电阻RL：54Ω至60Ω
• 差分负载电容CL：50pF
• 信号速率：不同型号有所不同，如HVD1785、1791为115kbps，HVD1786、1792为1Mbps，HVD1787、1793为10Mbps
• 工作环境温度TA： - 40°C至105°C
• 结温TJ： - 40°C至150°C

在实际应用中，要确保器件的工作条件在推荐范围内，否则可能会影响器件的性能和可靠性。大家在设计电路时，要根据这些参数合理选择电源、负载等元件，保证器件的正常工作。

七、详细描述

1. 功能框图

SN65HVD17xx系列器件包括半双工和全双工两种类型，其功能框图如下：

• 半双工收发器：驱动器差分输出和接收器差分输入内部连接，适合两线总线通信。
• 全双工收发器：驱动器差分输出和接收器差分输入为独立引脚，适合四线总线通信。

2. 特性描述

热插拔功能

器件支持热插拔应用，具有上电、掉电无毛刺操作、默认禁用输入/输出引脚和故障安全接收器等特点。内部的上电复位电路可确保在电源电压达到可靠工作水平之前，驱动器输出处于高阻态，避免了总线引脚输出的杂散转换。

接收器故障安全功能

差分接收器对开路、短路和总线空闲等无效总线状态具有故障安全功能。通过偏移接收器阈值，使“输入不确定”范围不包括零伏差分，确保在这些情况下接收器输出确定的逻辑高电平。接收器的参数VIT +、VIT - 和VHYS决定了故障安全性能，在电气特性表中，VIT - 的典型值为 - 150mV，最小值为 - 200mV，VIT + 的典型值为 - 100mV，最大值为 - 10mV，这保证了差分信号在不同条件下能产生确定的接收器输出。

70V故障保护

SN65HVD17xx系列器件设计为能够承受高达±70V的总线引脚故障，但对于高速信号速率（10Mbps）的型号，在特定条件下（如设备通电、驱动器使能且输入信号为高电平时，总线引脚直接短路到高于30V的电压）可能会损坏。具体的器件状态和可能的损坏情况如下表所示：

电源状态	驱动器使能DE	输入D	A引脚电压	B引脚电压	结果
关闭	X	X	- 70V < VA < 70V	- 70V < VB < 70V	器件正常
开启	低	X	- 70V < VA < 70V	- 70V < VB < 70V	器件正常
开启	高	低	- 70V < VA < 70V	- 70V < VB < 30V	器件正常
开启	高	低	- 70V < VA < 70V	30V < VB	可能损坏
开启	高	高	- 70V < VA < 30V	- 70V < VB < 30V	器件正常
开启	高	高	30V < VA	- 70V < VB < 30V	可能损坏

其他选项

该系列器件还提供J1708应用、始终启用的全双工版本（行业标准SN65LBC179封装）和反极性版本等选项，用户可根据需要联系当地TI代表获取相关信息。

3. 器件功能模式

驱动器功能模式

输入D	使能DE	输出A	输出B	描述
H	H	H	L	主动驱动总线高电平
L	H	L	H	主动驱动总线低电平
X	L	Z	Z	驱动器禁用
X	OPEN	Z	Z	驱动器默认禁用
OPEN	H	H	L	默认主动驱动总线高电平

接收器功能模式

差分输入VID	使能RE	输出R	描述
VIT + < VID	L	H	接收有效总线高电平
VIT - < VID < VIT +	L	?	不确定总线状态
VID < VIT -	L	L	接收有效总线低电平
X	H	Z	接收器禁用
X	OPEN	Z	接收器默认禁用
开路总线	L	H	故障安全高电平输出
短路总线	L	H	故障安全高电平输出
空闲（端接）总线	L	H	故障安全高电平输出

八、应用与实现

1. 应用信息

SN65HVD17xx系列包括半双工和全双工收发器，可用于异步数据通信。半双工实现需要一对信号线（两根线），全双工实现需要两对信号线（四根线）。通过驱动器和接收器使能引脚可以控制数据流向。在多个收发器共享同一通信总线的系统中，要确保同一时间只有一个驱动器启用，以避免总线争用。

2. 典型应用

RS - 485总线由多个收发器并联连接到总线电缆组成，为消除线路反射，每个电缆末端需使用终端电阻RT，其值与电缆的特性阻抗Z0匹配，这种方法称为并联终端，可实现更长电缆长度下的更高数据速率。

3. 设计要求

数据速率和总线长度

数据速率和电缆长度成反比关系，即数据速率越高，电缆长度越短；反之亦然。大多数RS - 485系统的数据速率在10kbps至100kbps之间，但一些应用需要在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%的小信号抖动可以实现更长距离的传输。对于SN65HVD1787和SN65HVD1793等型号，在互连足够短（或在信号频率下具有适当低的衰减）的情况下，可实现更高的数据速率（如10Mbps）。

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，最大物理短截线长度可通过公式 $L{stub } leq 0.1 × t{r} × v × c$ 计算，其中 $t_{r}$ 是驱动器的10/90上升时间，c是光速（$3 ×10^{8} ~m / s$），v是电缆或走线的信号速度与光速的比值。

接收器故障安全功能

如前文所述，差分接收器对开路、短路和总线空闲等无效总线状态具有故障安全功能，通过偏移接收器阈值确保在这些情况下接收器输出确定的逻辑高电平。

4. 详细设计步骤

尽管SN65HVD17xx系列器件内部具有高达16kV的人体模型ESD保护，但在应用层面可通过外部保护器件提供更高能量瞬态的额外保护。

九、电源供应建议

为确保器件在所有数据速率和电源电压下可靠工作，每个电源应使用一个100nF的陶瓷电容进行去耦，且该电容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的电源电压纹波，并补偿PCB电源平面的电阻和电感。

十、布局建议

1. 布局准则

• 将保护电路靠近总线连接器放置，防止噪声瞬态进入电路板。
• 使用VCC和接地平面提供低电感电源分配，高频电流倾向于遵循电感最小的路径而非电阻最小的路径。
• 设计保护组件时应与信号路径方向一致，避免瞬态电流偏离信号路径到达保护器件。
• 在电路板上的收发