深入剖析LTC2870/LTC2871 RS232/RS485多協(xié)議收發(fā)器

引言

在當今的電子設備通信領域，RS232和RS485協(xié)議是應用廣泛的通信標準。LTC2870/LTC2871作為Linear Technology（現(xiàn)屬Analog Devices）推出的多協(xié)議收發(fā)器，為工程師們提供了一種靈活且強大的解決方案。本文將深入探討這兩款收發(fā)器的特性、應用以及設計要點，幫助電子工程師更好地理解和應用它們。

文件下載：DC1786A.pdf

產(chǎn)品概述

基本特性

• 多協(xié)議支持：LTC2870/LTC2871支持RS232、RS485和RS422協(xié)議，可在單個3V至5.5V電源下工作。LTC2870可配置為兩個RS232單端收發(fā)器或一個RS485差分收發(fā)器；LTC2871則能獨立控制兩個RS232收發(fā)器和一個RS485收發(fā)器。
• 高速通信：RS485數(shù)據(jù)速率可達20Mbps，RS232數(shù)據(jù)速率可達500kbps。
• 集成終端電阻：自動選擇集成的RS485（120Ω）和RS232（5kΩ）終端電阻，無需外部電阻和控制繼電器。
• 高ESD保護：LTC2870具有±26kV的ESD保護，LTC2871具有±16kV的ESD保護。
• 邏輯回環(huán)模式：支持邏輯回環(huán)模式，方便進行診斷自測試。
• 寬邏輯接口：邏輯接口電壓范圍為1.7V至5.5V。
• 多節(jié)點支持：RS485接收器支持每個總線最多256個節(jié)點。
• 故障保護：RS485接收器具有故障保護功能，可避免UART鎖定。

絕對最大額定值

在設計中，必須遵守絕對最大額定值，以確保設備的安全和可靠性。例如，輸入電源電壓范圍為–0.3V至7V，不同引腳的電壓和電流限制也有明確規(guī)定。同時，不同型號的工作溫度范圍也有所不同，如LTC2870C/LTC2871C為0°C至70°C，LTC2870I/LTC2871I為–40°C至85°C，LTC2870H為–40°C至125°C。

引腳配置

LTC2870有28引腳的4mm × 5mm QFN和TSSOP封裝，LTC2871有38引腳的5mm × 7mm QFN和TSSOP封裝。每個引腳都有特定的功能，如VCC為輸入電源（3V至5.5V），VL為邏輯電源（1.7V至5.5V），VDD為RS232驅(qū)動器的正電源（+7V），VEE為RS232驅(qū)動器的負電源（–6.3V）等。

電氣特性

電源供應

• VCC電源：工作電壓范圍為3V至5.5V，在關斷模式下，VCC電源電流為8至60μA；在收發(fā)器模式下（輸出空載），電流為3.3mA。
• VL電源：邏輯電源電壓范圍為1.7V至VCC，在收發(fā)器模式下（輸出空載），電流為0至5μA。

RS485驅(qū)動器

• 差分輸出電壓：在不同負載和電源電壓條件下，差分輸出電壓有不同的取值范圍，如RL = ∞，VCC = 3V時，最小為1.5V。
• 共模輸出電壓：在負載為27Ω或50Ω時，共模輸出電壓最大為3V。
• 三態(tài)輸出電流：在特定電壓條件下，三態(tài)輸出電流范圍為–100至125μA。
• 最大短路電流：最大短路電流為–250至250mA。

RS485接收器

• 輸入電流：在特定電壓條件下，輸入電流范圍為–100至125μA。
• 輸入電阻：輸入電阻為96至125kΩ。
• 差分輸入信號閾值電壓：為±200mV。
• 輸入遲滯：為220mV。
• 差分輸入故障保護閾值電壓：為–200至0mV。

RS232驅(qū)動器和接收器

RS232驅(qū)動器和接收器也有各自的電氣特性，如輸出電壓、輸入閾值電壓、輸入電阻等。例如，RS232驅(qū)動器的輸出低電壓為–5至–7.5V，輸出高電壓為5至7.5V。

開關特性

• RS485交流特性：最大數(shù)據(jù)速率為20Mbps，驅(qū)動器和接收器的傳播延遲、上升/下降時間等都有明確的規(guī)格。
• RS232交流特性：最大數(shù)據(jù)速率為100至500kbps，驅(qū)動器的壓擺率、傳播延遲等也有相應的規(guī)定。

典型應用

協(xié)議切換與終端選擇

通過自動選擇終端電阻，實現(xiàn)RS232和RS485協(xié)議的切換，適用于需要靈活通信的場景。

RS485雙工切換

支持半雙工和全雙工模式的切換，滿足不同的通信需求。

同時運行多種協(xié)議

可以同時運行RS232和RS485協(xié)議，提高系統(tǒng)的通信能力。

設計要點

DC/DC轉(zhuǎn)換器

• 外部組件：DC/DC轉(zhuǎn)換器需要一個10μH的電感器和一些電容器，如2.2μF的旁路電容器、220nF的電荷泵電容器和1μF的存儲電容器。
• 多設備供電：多個LTC2870或LTC2871設備可以使用一個設備的升壓調(diào)節(jié)器供電，但需要注意一些限制，如最多四個RS232驅(qū)動器可以由一個設備供電。

電感和電容選擇

• 電感：推薦使用飽和電流至少為220mA、DCR小于1.3Ω的10μH電感器。
• 電容：使用X5R或X7R介質(zhì)類型的陶瓷電容器，電壓額定值至少為10V。

布局考慮

• 電源引腳：所有VCC引腳必須用低阻抗走線或?qū)Ｓ闷矫孢B接在一起，VCC引腳附近應放置2.2μF或更大的去耦電容器。
• 信號引腳：連接高速信號A/B和Y/Z的PCB走線應對稱且盡可能短，以減少電容不平衡和保持良好的差分信號完整性。

總結(jié)

LTC2870/LTC2871多協(xié)議收發(fā)器具有豐富的特性和廣泛的應用場景。電子工程師在設計時，需要充分考慮其電氣特性、引腳配置和布局要求，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過合理的設計和應用，這兩款收發(fā)器可以為各種通信系統(tǒng)提供高效、靈活的解決方案。你在使用這兩款收發(fā)器時，是否遇到過一些獨特的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。