探索NVE IsoLoop® RS - 485窄体隔离收发器评估板

在电子工程领域，隔离技术对于减少噪声、消除接地环路和提高安全性至关重要。今天，我们来深入了解NVE Corporation的IsoLoop® RS - 485窄体隔离收发器评估板（Board No.: IL3585 - 3 - 01），看看它有哪些独特之处。

文件下载：IL3585-3-01.pdf

评估板概述

这款评估板使用超小型IL3585 - 3E窄体隔离收发器，构建了一个完整的隔离RS - 485节点。它提供了螺丝端子和RJ45连接方式，并且展示了包括独立接地平面在内的最佳布局实践。同时，可更改终端、上拉和下拉电阻，以适应不同的扇出和终端方法。

IL3585收发器能够在54Ω负载下提供出色的2.3V差分输出，数据速率可达40 Mbps。而且，它与3.3V输入电源兼容，可直接与标准微控制器接口，无需额外的电平转换。

IL3585 - 3E规格亮点

1. 高速数据传输：40 Mbps的数据速率，满足高速通信需求。
2. 小巧封装：采用16引脚窄体（0.15英寸）SOIC封装，节省空间。
3. 宽电源范围：3V至5.5V的电源供应，适应多种电源环境。
4. 低延迟和抖动：20 ns的传播延迟、5 ns的脉冲偏斜和100 ps的抖动，确保信号传输的准确性。
5. 低功耗：低静态电源电流，降低功耗。
6. 高隔离性能：2,500 (V_{RMS})隔离（1分钟），增强安全性。
7. 抗干扰能力强：20 kV/μs的瞬态抗扰度和15 kV总线ESD保护，有效抵抗干扰。
8. 低电磁干扰：低EMC足迹，减少电磁干扰。
9. 过热保护：具备热关断保护功能，保障设备安全。
10. 宽温度范围：工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，适应不同环境。
11. 标准合规：符合或超过ANSI RS - 485和ISO 8482:1987(E)标准，并且获得UL 1577认可和IEC 61010 - 2001批准。

评估板快速启动

1. 将(V{DD 1})连接到3.3V电源，(V{DD 2})连接到5V电源。
2. 将“DE”置高，“(overline{RE})”置低，以启用输入和输出数据。
3. 将信号发生器连接到“D”输入。
4. 使用示波器观察互补的“A”和“B”输出。

电路原理图

IL3585 - 3E引脚	符号	描述
1	VDD1	输入电源
2	GND1	输入电源接地返回
3	R	来自总线的输出数据
4	RE	读取数据使能（如果RE为高，R为高阻抗）
5	D	到总线的数据输入
6	DE	驱动使能
7	NC	无内部连接
8	NC	无内部连接
9	NC	无内部连接
10	XDE	收发器设备使能（通常连接到引脚14）
11	A	非反相总线线路
12	B	反相总线线路
13	VDD2X	输出收发器电源（通常连接到引脚16）
14	ISODE	隔离DE输出（通常连接到引脚10）
15	GND2	输出电源接地返回
16	VDD2I	输出电源（通常连接到引脚13）

电缆、连接器和总线拓扑

电缆长度

IL3585收发器适用于长达4,000英尺（1,200 m）的网络，但随着电缆长度增加，最大数据速率会降低。

电缆和连接器

双绞线电缆有助于消除共模噪声。在嘈杂环境中，建议使用屏蔽双绞线（STP）CAT5或CAT6电缆和屏蔽连接器。对于屏蔽电缆，其中一个连接器应接地（不是数字地）。对于要求较高的应用，另一个连接器屏蔽应通过R - C网络（通常是47 nF与150 kΩ并联）连接到接地，以抑制屏蔽中感应的交流噪声。

连接器板布局最佳实践

虽然并非总是必要，但以下连接器布局预防措施是最佳实践：

1. 连接器、终端电阻和收发器应尽可能靠近。
2. 同一差分对的两根线应在连接器上相邻。
3. 如果需要长走线，板上的差分微带可以减少反射。
4. 在收发器(V{DD})引脚附近使用47 nF去耦电容，(V{DD 2})上使用10 μF电容。
5. 为两个电源提供接地平面。

网络拓扑和分支

理想的网络拓扑是节点呈连续线排列，避免长分支引起的反射。如果需要从总线到中间节点的短分支，分支长度应小于电信号长度的六分之一。电信号长度定义为： [Electrical Length =t_{r} / (Propagation Delay)] 对于典型的10纳秒上升时间和78%的传播速度，电信号长度为2.3米，因此最大分支长度为39 cm。

偏置和终端

固有故障安全偏置

“故障安全偏置”可在总线“A”和“B”线之间开路或总线上没有驱动器激活时，强制“R”处于逻辑高状态。IL3000系列隔离收发器在接收器部分包括约30 kΩ的内部上拉和下拉电阻，确保在没有终端电阻且最多四个RS - 485最坏情况单位负载（12 kΩ）时的故障安全操作。

终端网络

在1 Mbps以下或小于1,000英尺（300 m）的网络中，有些网络可以不进行终端处理，但在更快或更长的网络中，反射会导致错误。通过在总线两端（而不是每个节点）进行终端处理，可以最小化反射。通常使用两个120 Ω终端电阻来匹配60 Ω电缆阻抗。

外部故障安全偏置电阻

使用终端电阻时，在没有活动驱动器的情况下，导体对两端的差分电压接近零，此时空闲总线不确定且易受噪声影响。在总线一端使用外部故障安全偏置电阻（(R_{FS - EXT})）可确保在终端总线情况下的故障安全操作。偏置应在导体对两端提供至少200 mV的电压，以满足RS - 485输入灵敏度规格。总线上的负载越多，所需的偏置电阻值越低。评估板配备了120 Ω终端电阻和560 Ω偏置电阻，可实现最多四个单位负载的故障安全操作。

隔离网络收发器

NVE提供多种隔离RS - 422、RS - 485和CAN网络收发器。这些型号具有高速、15 kV ESD保护、握手通道和分数负载等特点。它们有0.15英寸和0.3英寸SOIC封装可供选择，是世界上最紧凑的解决方案，同时满足安全标准的爬电距离和间隙要求。所有收发器的隔离额定值为2,500 (V_{RMS})（1分钟），并符合RoHS标准。所有产品均获得UL1577和IEC61010批准，IL3685还符合PROFIBUS标准。

以下是部分型号的特点：	型号	总线输入	Mbps	节点	总线ESD（kV）	关键特性	封装
IL3122	RS - 422	5	32	15	低成本	0.15" SOIC - 16; 0.3" SOIC - 16
IL3185	RS - 485	5	32	15	低成本	0.15" SOIC - 16; 0.3" SOIC - 16
IL3222	RS - 422	5	256	15	分数负载	0.15" SOIC - 16; 0.3" SOIC - 16
IL3285	RS - 485	5	256	15	分数负载	0.15" SOIC - 16; 0.3" SOIC - 16
IL3422	RS - 422	20	32	15	高速	0.15" SOIC - 16; 0.3" SOIC - 16
IL3485	RS - 485	20	32	15	高速	0.15" SOIC - 16; 0.3" SOIC - 16
IL422	RS - 422	25	32	15	行业标准	0.3" SOIC - 16
IL485	RS - 485	35	32	2	行业标准	0.3" SOIC - 16
IL485W	RS - 485	35	32	2	RS - 485 + 握手	0.3" SOIC - 16
IL3522	RS - 422	40	50	15	非常高速	0.3" SOIC - 16
IL3585	RS - 485	40	50	15	非常高速	0.15" SOIC - 16; 0.3" SOIC - 16
IL3685	RS - 485	40	50	15	PROFIBUS合规	0.15" SOIC - 16; 0.3" SOIC - 16

总结

NVE的IsoLoop® RS - 485窄体隔离收发器评估板为电子工程师提供了一个强大的工具，用于开发和测试隔离RS - 485网络。其高速、高隔离性能和丰富的功能使其适用于各种工业和通信应用。在设计过程中，合理选择电缆、连接器和终端电阻，以及优化网络拓扑，对于确保系统的稳定性和可靠性至关重要。你在使用类似评估板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。