探索 SN65HVD2x 系列：高性能 RS - 485 收发器的理想之选

引言

在工业自动化、安防网络等众多领域，RS - 485 通信标准凭借其出色的抗干扰能力和长距离传输特性，一直占据着重要地位。然而，随着通信距离的增加和环境复杂度的提升，传统的 RS - 485 收发器在应对较大的共模电压差异和信号抖动问题时显得力不从心。德州仪器（TI）的 SN65HVD2x 系列扩展共模 RS - 485 收发器，为解决这些问题提供了卓越的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这个系列的产品。

文件下载：sn65hvd21.pdf

SN65HVD2x 系列概述

SN65HVD2x 系列包括 SN65HVD20、SN65HVD21、SN65HVD22、SN65HVD23 和 SN65HVD24 等型号，它们均为 RS - 485 兼容的半双工收发器。这些器件支持高达 500 kbps（SN65HVD22）、3 Mbps（SN65HVD24）、5 Mbps（SN65HVD21）或 25 Mpbs（SN65HVD20 和 SN65HVD23）的通信速率，并且具备扩展的共模范围支持，能够有效抵御节点间因长距离通信而产生的较大接地电位差。其中，SN65HVD23 和 SN65HVD24 还采用了接收器均衡技术，可显著减少长电缆高频损耗带来的数据相关抖动。

主要特性亮点

1. 扩展共模电压范围

标准 RS - 485 收发器的共模电压范围通常为 - 7 V 至 12 V，而 SN65HVD2x 系列将这一范围扩展到了 - 20 V 至 25 V，大大提高了节点间的通信距离，使得在复杂的工业环境中也能实现可靠的长距离通信。

2. 接收器均衡技术

SN65HVD23 和 SN65HVD24 采用的接收器均衡技术，能够有效补偿长电缆带来的高频损耗，降低数据相关抖动，确保在高速率和长距离通信时仍能保持良好的信号质量。例如，SN65HVD23 在长达 160 米的电缆上，以 25 Mbps 的数据速率传输时，能实现出色的抖动性能；SN65HVD24 在 1000 米的电缆长度下，数据速率从 1 Mbps 到 10 Mbps 时也能有良好表现。

3. 低单位负载与多节点连接

该系列器件具有低单位负载特性，最多可支持 256 个节点连接到总线上，满足大规模网络通信的需求。

4. 总线 I/O 保护与故障安全功能

具备超过 16 - kV HBM 的总线 I/O 保护能力，能有效抵御静电放电等干扰。同时，接收器内置故障安全电路，在输入信号丢失（如电缆断开、线路短路或总线上无活动发送器）后的 250 微秒内，可提供高电平输出，防止噪声被误接收为有效数据。

5. 低待机电源电流

最大待机电源电流仅为 1 µA，有助于降低系统功耗，提高能源效率。

6. 宽接收器滞后

接收器滞后典型值为 130 mV，远大于普通 RS - 485 收发器，能有效抑制杂散噪声信号，避免接收器输出状态的误变化。

各型号详细对比

型号	电缆长度与信号速率	节点数量	标记
SN65HVD20	25 Mbps 时可达 50 m	最多 64 个	D: VP20, P: 65HVD20
SN65HVD21	5 Mbps（带压摆率限制）时可达 150 m	最多 256 个	D: VP21, P: 65HVD21
SN65HVD22	500 kbps（带压摆率限制）时可达 1200 m	最多 256 个	D: VP22, P: 65HVD22
SN65HVD23	25 Mbps（带接收器均衡）时可达 160 m	最多 64 个	D: VP23, P: 65HVD23
SN65HVD24	3 Mbps（带接收器均衡）时可达 500 m	最多 256 个	D: VP24, P: 65HVD24

从上述对比可以看出，不同型号在电缆长度、信号速率和节点数量等方面各有优势，工程师可以根据具体的应用需求进行选择。例如，如果需要高速短距离通信，SN65HVD20 是不错的选择；而对于长距离低速通信，SN65HVD22 则更为合适。

应用与设计要点

1. 典型应用场景

SN65HVD2x 系列适用于多种应用场景，如长电缆解决方案、工厂自动化、安防网络、建筑 HVAC 系统、恶劣电气环境、电力逆变器和工业驱动器等。在这些场景中，其扩展的共模范围和抗干扰能力能够确保数据的可靠传输。

2. 设计要求与挑战

在 RS - 485 网络中，随着节点间距离的增加，参考（接地）电位差异会导致共模电压变化，标准 RS - 485 收发器可能无法满足长距离通信需求。而 SN65HVD2x 系列扩展的共模电压范围有效解决了这一问题。此外，长电缆会导致信号抖动增加，尤其是在高速率通信时，接收器均衡技术可以显著改善这一情况。

3. 布局与布线指南

• 电源和接地网络：将电源和接地网络设计为平面，尽量增大其宽度，以降低电阻和电感，同时增加寄生电容。
• 瞬态保护：若使用外部瞬态保护元件（如瞬态电压抑制二极管），应将其放置在靠近连接器端口的信号线路路径上，并确保元件电容足够小，以免影响所选数据速率下的 RS - 485 信号。
• 脉冲防护电阻：可使用小阻值的串联脉冲防护电阻来增强对瞬态干扰的免疫力，但电阻值应小于 10 Ω，以避免过度衰减 RS - 485 信号。
• 差分噪声控制：在电路板布局中，要尽量缩短差分输入走线长度，匹配每对线的长度、物理尺寸和布线，保持线路紧密靠近，匹配连接到每根线的元件，并将输入与高电压、高频或高电流信号分开，以减少差分噪声。

测试模式注意事项

虽然 SN65HVD2x 系列性能出色，但在特定条件下可能会进入测试模式，导致驱动器输出暂时禁用。例如，当输入信号满足以下条件时，可能会触发测试模式：

• SN65HVD21 和 SN65HVD24 的输入信号速率高于 4 Mbps；
• SN65HVD20 和 SN65HVD23 的输入信号速率高于 6 Mbps；
• 信号平均幅度在 1.2 V 至 1.6 V（1.4 V ± 200 mV）之间；
• 平均信号幅度在该范围内保持 100 µs 或更长时间。

不过，正常的稳态逻辑输入不会触发测试模式，且该测试模式不会损坏器件，当条件不满足时，驱动器会重新启用并恢复正常工作。

总结

SN65HVD2x 系列扩展共模 RS - 485 收发器凭借其扩展的共模电压范围、接收器均衡技术、低单位负载、总线 I/O 保护和故障安全功能等优势，为长距离、高速率和复杂环境下的 RS - 485 通信提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体需求选择合适的型号，并遵循布局和布线指南，以确保系统的稳定性和可靠性。同时，要注意测试模式的触发条件，避免因意外触发而影响数据传输。你在使用 RS - 485 收发器时遇到过哪些问题？你认为 SN65HVD2x 系列能否满足你的项目需求呢？欢迎在评论区分享你的看法。