ISO15、ISO35、ISO15M、ISO35M RS - 485 隔离收发器详解

在电子工程师的日常工作中，可靠的通信和信号传输至关重要。RS - 485 作为一种常用的通信标准，在工业控制、自动化等领域有着广泛的应用。今天，我们就来详细了解一下 TI 公司的 ISO15、ISO35、ISO15M、ISO35M 这几款隔离型 3.3 - V 半双工和全双工 RS - 485 收发器。

文件下载：iso15.pdf

一、产品概述

1.1 特性亮点

这些收发器具有诸多令人瞩目的特性。它们完全满足或超越了 TIA/EIA RS - 485 的要求，具备 1/8 单位负载，这使得一条总线上最多可连接 256 个节点，大大增加了系统的扩展性。信号传输速率最高可达 1 Mbps，能满足大多数中高速通信的需求。同时，还配备了热关断保护功能，当芯片温度过高时自动保护，避免损坏。其总线电容低至 16 pF（典型值），能有效减少信号干扰。典型的 50 kV/μs 瞬态抗扰度，让它在复杂的电磁环境中也能稳定工作。另外，对于总线开路、短路、空闲等情况，接收器具备故障安全功能，确保系统的可靠性。并且，3.3 - V 输入能耐受 5 - V 电压，增强了兼容性。在安全和法规认证方面，也符合多项严格标准，如 DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）规定的 4000 - VPK VIOTM、560 - VPK VIORM，以及 UL 1577 和 CSA 62368 - 1 规定的 2500 VRMS 隔离等级。

1.2 产品差异

ISO15 是隔离型半双工差分线路收发器，而 ISO35 则是隔离型全双工差分线路驱动器和接收器，适用于 TIA/EIA 485/422 应用。ISO15M 和 ISO35M 的环境温度范围扩展到了 - 55°C 至 125°C，相比之下，ISO15 和 ISO35 的工作温度范围为 - 40°C 至 85°C。这使得 ISO15M 和 ISO35M 更适合在极端温度环境下使用。

二、应用场景

这些收发器的应用场景十分广泛，涵盖了安全系统、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，任何有线 I/O 都可能受到各种来源的电噪声瞬变影响。如果这些噪声瞬变的幅度和持续时间足够大，就可能损坏收发器和附近的敏感电路。而这些隔离型设备能显著增强保护能力，降低昂贵控制电路受损的风险。

三、引脚配置与功能

3.1 引脚定义

PIN	ISO15x NO.	ISO35x NO.	I/O	DESCRIPTION
A	12	14	I/O	ISO15x：非反相总线输入或输出；ISO35x：非反相总线输入
B	13	13	I/O	ISO15x：反相总线输入或输出；ISO35x：反相总线输入
D	6	6	I	驱动器输入
DE	5	5	I	驱动器逻辑高使能输入
GND1	2,7,8	2,7,8	-	逻辑侧接地；内部连接
GND2	9,10,15	9,10,15	-	总线侧接地；内部连接
NC	11,14	-	-	内部未连接；可悬空
R	3	3	O	接收器输出
RE	4	4	I	接收器逻辑低使能
VCC1	1	1	-	逻辑侧电源
VCC2	16	16	-	总线侧电源
Y	-	11	O	非反相总线输出
Z	-	12	O	反相总线输出

3.2 功能说明

• 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 Y 和 Z 跟随数据输入 D 的逻辑状态。D 为高电平时，Y 为高，Z 为低；D 为低电平时，输出状态反转。当 DE 为低电平时，两个输出都变为高阻态。
• 接收器功能：当接收器使能引脚 RE 为逻辑低电平时，接收器使能。当差分输入电压 (V{ID}=V{(A)}-V{(B)}) 为正且高于正输入阈值 (V{IT+}) 时，接收器输出 R 为高；当 (V{ID}) 为负且低于负输入阈值 (V{IT -}) 时，R 为低。当 RE 为逻辑高电平或悬空时，接收器输出为高阻态。

四、规格参数

4.1 绝对最大额定值

在使用这些收发器时，需要注意其绝对最大额定值，例如电源电压 VCC1 和 VCC2 的范围为 - 0.3 V 至 6 V，任何总线 I/O 端子的电压范围为 - 9 V 至 14 V 等。超过这些额定值可能会对设备造成永久性损坏。

4.2 ESD 额定值

该系列产品具有良好的静电放电（ESD）防护能力，不同引脚的 ESD 额定值有所不同。例如，人体模型（HBM）下，总线引脚和 GND1 的 ESD 额定值为 ±6000 V，总线引脚和 GND2 为 ±16000 V 等。

4.3 推荐工作条件

为了保证设备的正常工作和性能，推荐的工作条件包括电源电压 VCC1 和 VCC2 为 3.15 V 至 3.6 V，工作环境温度 ISO15 和 ISO35 为 - 40°C 至 85°C，ISO15M 和 ISO35M 为 - 55°C 至 125°C 等。

4.4 热信息和功率额定值

热信息方面，给出了结到环境、结到外壳等的热阻参数。功率额定值方面，在特定测试条件下，最大功耗为 220 mW。

4.5 绝缘规格和安全相关认证

绝缘规格包括外部间隙、外部爬电距离、内部间隙等参数。安全相关认证方面，获得了 VDE、CSA、UL 等多项认证，确保了产品在安全方面的可靠性。

4.6 电气特性

详细给出了驱动器和接收器的各项电气特性参数，如驱动器的差分输出电压幅度、共模输出电压等，接收器的输入阈值电压、输入滞后等。这些参数对于设计和评估系统性能至关重要。

4.7 开关特性

包括驱动器和接收器的开关特性，如差分输出的上升时间和下降时间、传播延迟等。这些参数影响着信号的传输速度和质量。

五、应用与实现

5.1 应用信息

ISO15x 和 ISO35x 系列常用于异步数据传输。全双工实现需要两对信号（四根线），允许每个节点在一对线上发送数据的同时在另一对线上接收数据；半双工传输则只有一对线用于数据的发送和接收。为了消除线路反射，每个电缆末端需要用一个终端电阻 R(T) 进行端接，其值应与电缆的特性阻抗 Z0 匹配。

5.2 典型应用

给出了半双工和全双工的典型应用电路示例，如独立驱动器和接收器使能信号、组合使能信号用于方向控制引脚、接收器始终开启等配置。

5.3 设计要求和详细设计步骤

在设计 RS - 485 网络时，需要考虑数据速率和电缆长度的关系，数据速率越高，电缆长度越短。连接节点到总线时，收发器输入与电缆干线之间的短截线应尽可能短，以减少反射。RS - 485 标准规定，一个合规的驱动器必须能够驱动 32 个单位负载，而这些设备是 1/8 UL 收发器，因此总线上最多可连接 256 个接收器。

六、布局建议

6.1 布局准则

在 PCB 设计中，由于片上 IEC - ESD 保护在工业环境中不足以应对 EFT 和浪涌瞬变，因此需要使用外部瞬态保护设备。同时，由于 ESD 和 EFT 瞬变的频率带宽较宽，需要应用高频布局技术。建议使用至少四层 PCB，层叠顺序为高速信号层、接地层、电源层和低频信号层。保护电路应靠近总线连接器，以防止噪声瞬变进入电路板。使用 VCC 和接地层提供低电感路径，旁路电容器应尽可能靠近 VCC 引脚，VCC 和接地连接应使用至少两个过孔以减小过孔电感等。

6.2 布局示例

给出了推荐的层叠结构示例，包括高速走线、接地层、电源层和低速走线的布局方式。

七、总结

ISO15、ISO35、ISO15M、ISO35M 这几款 RS - 485 隔离收发器具有丰富的特性和良好的性能，适用于多种工业和自动化应用场景。在使用时，我们需要根据具体的应用需求，合理选择产品型号，并严格遵循其规格参数和布局建议，以确保系统的可靠性和稳定性。希望本文能为电子工程师们在设计相关系统时提供一些有用的参考。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。