探索 SN65HVD2x 系列：高性能 RS - 485 收發(fā)器的理想之選

引言

在工業(yè)自動(dòng)化、安防網(wǎng)絡(luò)等眾多領(lǐng)域，RS - 485 通信標(biāo)準(zhǔn)憑借其出色的抗干擾能力和長(zhǎng)距離傳輸特性，一直占據(jù)著重要地位。然而，隨著通信距離的增加和環(huán)境復(fù)雜度的提升，傳統(tǒng)的 RS - 485 收發(fā)器在應(yīng)對(duì)較大的共模電壓差異和信號(hào)抖動(dòng)問題時(shí)顯得力不從心。德州儀器（TI）的 SN65HVD2x 系列擴(kuò)展共模 RS - 485 收發(fā)器，為解決這些問題提供了卓越的解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這個(gè)系列的產(chǎn)品。

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SN65HVD2x 系列概述

SN65HVD2x 系列包括 SN65HVD20、SN65HVD21、SN65HVD22、SN65HVD23 和 SN65HVD24 等型號(hào)，它們均為 RS - 485 兼容的半雙工收發(fā)器。這些器件支持高達(dá) 500 kbps（SN65HVD22）、3 Mbps（SN65HVD24）、5 Mbps（SN65HVD21）或 25 Mpbs（SN65HVD20 和 SN65HVD23）的通信速率，并且具備擴(kuò)展的共模范圍支持，能夠有效抵御節(jié)點(diǎn)間因長(zhǎng)距離通信而產(chǎn)生的較大接地電位差。其中，SN65HVD23 和 SN65HVD24 還采用了接收器均衡技術(shù)，可顯著減少長(zhǎng)電纜高頻損耗帶來(lái)的數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)。

主要特性亮點(diǎn)

1. 擴(kuò)展共模電壓范圍

標(biāo)準(zhǔn) RS - 485 收發(fā)器的共模電壓范圍通常為 - 7 V 至 12 V，而 SN65HVD2x 系列將這一范圍擴(kuò)展到了 - 20 V 至 25 V，大大提高了節(jié)點(diǎn)間的通信距離，使得在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中也能實(shí)現(xiàn)可靠的長(zhǎng)距離通信。

2. 接收器均衡技術(shù)

SN65HVD23 和 SN65HVD24 采用的接收器均衡技術(shù)，能夠有效補(bǔ)償長(zhǎng)電纜帶來(lái)的高頻損耗，降低數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)，確保在高速率和長(zhǎng)距離通信時(shí)仍能保持良好的信號(hào)質(zhì)量。例如，SN65HVD23 在長(zhǎng)達(dá) 160 米的電纜上，以 25 Mbps 的數(shù)據(jù)速率傳輸時(shí)，能實(shí)現(xiàn)出色的抖動(dòng)性能；SN65HVD24 在 1000 米的電纜長(zhǎng)度下，數(shù)據(jù)速率從 1 Mbps 到 10 Mbps 時(shí)也能有良好表現(xiàn)。

3. 低單位負(fù)載與多節(jié)點(diǎn)連接

該系列器件具有低單位負(fù)載特性，最多可支持 256 個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到總線上，滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)通信的需求。

4. 總線 I/O 保護(hù)與故障安全功能

具備超過(guò) 16 - kV HBM 的總線 I/O 保護(hù)能力，能有效抵御靜電放電等干擾。同時(shí)，接收器內(nèi)置故障安全電路，在輸入信號(hào)丟失（如電纜斷開、線路短路或總線上無(wú)活動(dòng)發(fā)送器）后的 250 微秒內(nèi)，可提供高電平輸出，防止噪聲被誤接收為有效數(shù)據(jù)。

5. 低待機(jī)電源電流

最大待機(jī)電源電流僅為 1 μA，有助于降低系統(tǒng)功耗，提高能源效率。

6. 寬接收器滯后

接收器滯后典型值為 130 mV，遠(yuǎn)大于普通 RS - 485 收發(fā)器，能有效抑制雜散噪聲信號(hào)，避免接收器輸出狀態(tài)的誤變化。

各型號(hào)詳細(xì)對(duì)比

從上述對(duì)比可以看出，不同型號(hào)在電纜長(zhǎng)度、信號(hào)速率和節(jié)點(diǎn)數(shù)量等方面各有優(yōu)勢(shì)，工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。例如，如果需要高速短距離通信，SN65HVD20 是不錯(cuò)的選擇；而對(duì)于長(zhǎng)距離低速通信，SN65HVD22 則更為合適。

應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 典型應(yīng)用場(chǎng)景

SN65HVD2x 系列適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，如長(zhǎng)電纜解決方案、工廠自動(dòng)化、安防網(wǎng)絡(luò)、建筑 HVAC 系統(tǒng)、惡劣電氣環(huán)境、電力逆變器和工業(yè)驅(qū)動(dòng)器等。在這些場(chǎng)景中，其擴(kuò)展的共模范圍和抗干擾能力能夠確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

2. 設(shè)計(jì)要求與挑戰(zhàn)

在 RS - 485 網(wǎng)絡(luò)中，隨著節(jié)點(diǎn)間距離的增加，參考（接地）電位差異會(huì)導(dǎo)致共模電壓變化，標(biāo)準(zhǔn) RS - 485 收發(fā)器可能無(wú)法滿足長(zhǎng)距離通信需求。而 SN65HVD2x 系列擴(kuò)展的共模電壓范圍有效解決了這一問題。此外，長(zhǎng)電纜會(huì)導(dǎo)致信號(hào)抖動(dòng)增加，尤其是在高速率通信時(shí)，接收器均衡技術(shù)可以顯著改善這一情況。

3. 布局與布線指南

• 電源和接地網(wǎng)絡(luò)：將電源和接地網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為平面，盡量增大其寬度，以降低電阻和電感，同時(shí)增加寄生電容。
• 瞬態(tài)保護(hù)：若使用外部瞬態(tài)保護(hù)元件（如瞬態(tài)電壓抑制二極管），應(yīng)將其放置在靠近連接器端口的信號(hào)線路路徑上，并確保元件電容足夠小，以免影響所選數(shù)據(jù)速率下的 RS - 485 信號(hào)。
• 脈沖防護(hù)電阻：可使用小阻值的串聯(lián)脈沖防護(hù)電阻來(lái)增強(qiáng)對(duì)瞬態(tài)干擾的免疫力，但電阻值應(yīng)小于 10 Ω，以避免過(guò)度衰減 RS - 485 信號(hào)。
• 差分噪聲控制：在電路板布局中，要盡量縮短差分輸入走線長(zhǎng)度，匹配每對(duì)線的長(zhǎng)度、物理尺寸和布線，保持線路緊密靠近，匹配連接到每根線的元件，并將輸入與高電壓、高頻或高電流信號(hào)分開，以減少差分噪聲。

測(cè)試模式注意事項(xiàng)

雖然 SN65HVD2x 系列性能出色，但在特定條件下可能會(huì)進(jìn)入測(cè)試模式，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器輸出暫時(shí)禁用。例如，當(dāng)輸入信號(hào)滿足以下條件時(shí)，可能會(huì)觸發(fā)測(cè)試模式：

• SN65HVD21 和 SN65HVD24 的輸入信號(hào)速率高于 4 Mbps；
• SN65HVD20 和 SN65HVD23 的輸入信號(hào)速率高于 6 Mbps；
• 信號(hào)平均幅度在 1.2 V 至 1.6 V（1.4 V ± 200 mV）之間；
• 平均信號(hào)幅度在該范圍內(nèi)保持 100 μs 或更長(zhǎng)時(shí)間。

不過(guò)，正常的穩(wěn)態(tài)邏輯輸入不會(huì)觸發(fā)測(cè)試模式，且該測(cè)試模式不會(huì)損壞器件，當(dāng)條件不滿足時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會(huì)重新啟用并恢復(fù)正常工作。

總結(jié)

SN65HVD2x 系列擴(kuò)展共模 RS - 485 收發(fā)器憑借其擴(kuò)展的共模電壓范圍、接收器均衡技術(shù)、低單位負(fù)載、總線 I/O 保護(hù)和故障安全功能等優(yōu)勢(shì)，為長(zhǎng)距離、高速率和復(fù)雜環(huán)境下的 RS - 485 通信提供了可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并遵循布局和布線指南，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，要注意測(cè)試模式的觸發(fā)條件，避免因意外觸發(fā)而影響數(shù)據(jù)傳輸。你在使用 RS - 485 收發(fā)器時(shí)遇到過(guò)哪些問題？你認(rèn)為 SN65HVD2x 系列能否滿足你的項(xiàng)目需求呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的看法。