ISO15、ISO35、ISO15M、ISO35M RS - 485 隔離收發(fā)器詳解

在電子工程師的日常工作中，可靠的通信和信號(hào)傳輸至關(guān)重要。RS - 485 作為一種常用的通信標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)控制、自動(dòng)化等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。今天，我們就來詳細(xì)了解一下 TI 公司的 ISO15、ISO35、ISO15M、ISO35M 這幾款隔離型 3.3 - V 半雙工和全雙工 RS - 485 收發(fā)器。

文件下載：iso15.pdf

一、產(chǎn)品概述

1.1 特性亮點(diǎn)

這些收發(fā)器具有諸多令人矚目的特性。它們完全滿足或超越了 TIA/EIA RS - 485 的要求，具備 1/8 單位負(fù)載，這使得一條總線上最多可連接 256 個(gè)節(jié)點(diǎn)，大大增加了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。信號(hào)傳輸速率最高可達(dá) 1 Mbps，能滿足大多數(shù)中高速通信的需求。同時(shí)，還配備了熱關(guān)斷保護(hù)功能，當(dāng)芯片溫度過高時(shí)自動(dòng)保護(hù)，避免損壞。其總線電容低至 16 pF（典型值），能有效減少信號(hào)干擾。典型的 50 kV/μs 瞬態(tài)抗擾度，讓它在復(fù)雜的電磁環(huán)境中也能穩(wěn)定工作。另外，對(duì)于總線開路、短路、空閑等情況，接收器具備故障安全功能，確保系統(tǒng)的可靠性。并且，3.3 - V 輸入能耐受 5 - V 電壓，增強(qiáng)了兼容性。在安全和法規(guī)認(rèn)證方面，也符合多項(xiàng)嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，如 DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）規(guī)定的 4000 - VPK VIOTM、560 - VPK VIORM，以及 UL 1577 和 CSA 62368 - 1 規(guī)定的 2500 VRMS 隔離等級(jí)。

1.2 產(chǎn)品差異

ISO15 是隔離型半雙工差分線路收發(fā)器，而 ISO35 則是隔離型全雙工差分線路驅(qū)動(dòng)器和接收器，適用于 TIA/EIA 485/422 應(yīng)用。ISO15M 和 ISO35M 的環(huán)境溫度范圍擴(kuò)展到了 - 55°C 至 125°C，相比之下，ISO15 和 ISO35 的工作溫度范圍為 - 40°C 至 85°C。這使得 ISO15M 和 ISO35M 更適合在極端溫度環(huán)境下使用。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

這些收發(fā)器的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，涵蓋了安全系統(tǒng)、化工生產(chǎn)、工廠自動(dòng)化、電機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制、HVAC 和建筑自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)以及聯(lián)網(wǎng)安全站等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，任何有線 I/O 都可能受到各種來源的電噪聲瞬變影響。如果這些噪聲瞬變的幅度和持續(xù)時(shí)間足夠大，就可能損壞收發(fā)器和附近的敏感電路。而這些隔離型設(shè)備能顯著增強(qiáng)保護(hù)能力，降低昂貴控制電路受損的風(fēng)險(xiǎn)。

三、引腳配置與功能

3.1 引腳定義

3.2 功能說明

• 驅(qū)動(dòng)器功能：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能引腳 DE 為邏輯高電平時(shí)，差分輸出 Y 和 Z 跟隨數(shù)據(jù)輸入 D 的邏輯狀態(tài)。D 為高電平時(shí)，Y 為高，Z 為低；D 為低電平時(shí)，輸出狀態(tài)反轉(zhuǎn)。當(dāng) DE 為低電平時(shí)，兩個(gè)輸出都變?yōu)楦咦钁B(tài)。
• 接收器功能：當(dāng)接收器使能引腳 RE 為邏輯低電平時(shí)，接收器使能。當(dāng)差分輸入電壓 (V{ID}=V{(A)}-V{(B)}) 為正且高于正輸入閾值 (V{IT+}) 時(shí)，接收器輸出 R 為高；當(dāng) (V{ID}) 為負(fù)且低于負(fù)輸入閾值 (V{IT -}) 時(shí)，R 為低。當(dāng) RE 為邏輯高電平或懸空時(shí)，接收器輸出為高阻態(tài)。

四、規(guī)格參數(shù)

4.1 絕對(duì)最大額定值

在使用這些收發(fā)器時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，例如電源電壓 VCC1 和 VCC2 的范圍為 - 0.3 V 至 6 V，任何總線 I/O 端子的電壓范圍為 - 9 V 至 14 V 等。超過這些額定值可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。

4.2 ESD 額定值

該系列產(chǎn)品具有良好的靜電放電（ESD）防護(hù)能力，不同引腳的 ESD 額定值有所不同。例如，人體模型（HBM）下，總線引腳和 GND1 的 ESD 額定值為 ±6000 V，總線引腳和 GND2 為 ±16000 V 等。

4.3 推薦工作條件

為了保證設(shè)備的正常工作和性能，推薦的工作條件包括電源電壓 VCC1 和 VCC2 為 3.15 V 至 3.6 V，工作環(huán)境溫度 ISO15 和 ISO35 為 - 40°C 至 85°C，ISO15M 和 ISO35M 為 - 55°C 至 125°C 等。

4.4 熱信息和功率額定值

熱信息方面，給出了結(jié)到環(huán)境、結(jié)到外殼等的熱阻參數(shù)。功率額定值方面，在特定測(cè)試條件下，最大功耗為 220 mW。

4.5 絕緣規(guī)格和安全相關(guān)認(rèn)證

絕緣規(guī)格包括外部間隙、外部爬電距離、內(nèi)部間隙等參數(shù)。安全相關(guān)認(rèn)證方面，獲得了 VDE、CSA、UL 等多項(xiàng)認(rèn)證，確保了產(chǎn)品在安全方面的可靠性。

4.6 電氣特性

詳細(xì)給出了驅(qū)動(dòng)器和接收器的各項(xiàng)電氣特性參數(shù)，如驅(qū)動(dòng)器的差分輸出電壓幅度、共模輸出電壓等，接收器的輸入閾值電壓、輸入滯后等。這些參數(shù)對(duì)于設(shè)計(jì)和評(píng)估系統(tǒng)性能至關(guān)重要。

4.7 開關(guān)特性

包括驅(qū)動(dòng)器和接收器的開關(guān)特性，如差分輸出的上升時(shí)間和下降時(shí)間、傳播延遲等。這些參數(shù)影響著信號(hào)的傳輸速度和質(zhì)量。

五、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 應(yīng)用信息

ISO15x 和 ISO35x 系列常用于異步數(shù)據(jù)傳輸。全雙工實(shí)現(xiàn)需要兩對(duì)信號(hào)（四根線），允許每個(gè)節(jié)點(diǎn)在一對(duì)線上發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)在另一對(duì)線上接收數(shù)據(jù)；半雙工傳輸則只有一對(duì)線用于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。為了消除線路反射，每個(gè)電纜末端需要用一個(gè)終端電阻 R(T) 進(jìn)行端接，其值應(yīng)與電纜的特性阻抗 Z0 匹配。

5.2 典型應(yīng)用

給出了半雙工和全雙工的典型應(yīng)用電路示例，如獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器和接收器使能信號(hào)、組合使能信號(hào)用于方向控制引腳、接收器始終開啟等配置。

5.3 設(shè)計(jì)要求和詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

在設(shè)計(jì) RS - 485 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要考慮數(shù)據(jù)速率和電纜長(zhǎng)度的關(guān)系，數(shù)據(jù)速率越高，電纜長(zhǎng)度越短。連接節(jié)點(diǎn)到總線時(shí)，收發(fā)器輸入與電纜干線之間的短截線應(yīng)盡可能短，以減少反射。RS - 485 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一個(gè)合規(guī)的驅(qū)動(dòng)器必須能夠驅(qū)動(dòng) 32 個(gè)單位負(fù)載，而這些設(shè)備是 1/8 UL 收發(fā)器，因此總線上最多可連接 256 個(gè)接收器。

六、布局建議

6.1 布局準(zhǔn)則

在 PCB 設(shè)計(jì)中，由于片上 IEC - ESD 保護(hù)在工業(yè)環(huán)境中不足以應(yīng)對(duì) EFT 和浪涌瞬變，因此需要使用外部瞬態(tài)保護(hù)設(shè)備。同時(shí)，由于 ESD 和 EFT 瞬變的頻率帶寬較寬，需要應(yīng)用高頻布局技術(shù)。建議使用至少四層 PCB，層疊順序?yàn)楦咚傩盘?hào)層、接地層、電源層和低頻信號(hào)層。保護(hù)電路應(yīng)靠近總線連接器，以防止噪聲瞬變進(jìn)入電路板。使用 VCC 和接地層提供低電感路徑，旁路電容器應(yīng)盡可能靠近 VCC 引腳，VCC 和接地連接應(yīng)使用至少兩個(gè)過孔以減小過孔電感等。

6.2 布局示例

給出了推薦的層疊結(jié)構(gòu)示例，包括高速走線、接地層、電源層和低速走線的布局方式。

七、總結(jié)

ISO15、ISO35、ISO15M、ISO35M 這幾款 RS - 485 隔離收發(fā)器具有豐富的特性和良好的性能，適用于多種工業(yè)和自動(dòng)化應(yīng)用場(chǎng)景。在使用時(shí)，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇產(chǎn)品型號(hào)，并嚴(yán)格遵循其規(guī)格參數(shù)和布局建議，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。希望本文能為電子工程師們?cè)?a href="http://m.sdkjxy.cn/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)提供一些有用的參考。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。