探索 THVD24xxV：高性能 RS - 485 收发器的卓越之选

在工业自动化、电力系统等众多领域，可靠的通信是系统稳定运行的关键。RS - 485 作为一种广泛应用的通信标准，其收发器的性能直接影响着数据传输的质量和系统的可靠性。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）推出的 THVD24xxV 系列 ±70V 故障保护型 3V 至 5.5V RS - 485 收发器。

文件下载：thvd2412v.pdf

1. 产品概述

THVD24xxV 系列包括 THVD2410V、THVD2412V、THVD2450V 和 THVD2452V 等型号，它们是 ±70V 总线故障保护、±25V 共模电压范围的半双工和全双工 RS - 485 收发器。该系列产品满足或超越了 TIA/EIA - 485A 和 TIA/EIA - 422B 标准，为数据传输提供了坚实的保障。

2. 核心特性

2.1 宽电压范围与灵活 I/O

• 电源电压：采用 3V 至 5.5V 的 RS - 485 电源电压，以及 1.65V 至 5.5V 的逻辑信号接口电源，这种灵活的电源设计使得该系列收发器能够适应不同的系统电源要求，提高了系统的兼容性和设计灵活性。
• 数据速率选择：通过 SLR 引脚可选择不同的数据速率。例如，THVD2410V 和 THVD2412V 可在 250kbps 和 1Mbps 之间切换，而 THVD2450V 和 THVD2452V 则可在 20Mbps 和 50Mbps 之间选择。这种可调节的数据速率特性，让工程师可以根据实际应用场景灵活配置，以达到最佳的性能和效率。

2.2 强大的保护功能

• ±70V 故障保护：在工业环境中，总线故障是常见的问题。THVD24xxV 系列收发器具备 ±70V 的故障保护能力，无需额外的外部保护组件，大大简化了系统设计，降低了成本。相比传统的 RS - 485 设备，这一特性使得该系列产品在面对复杂的工业环境时更加可靠。
• 集成 ESD 保护：内部 ESD 保护电路可根据 IEC 61000 - 4 - 2 标准，为半双工设备提供高达 ±15kV 的接触和空气放电保护，为全双工设备提供高达 ±8kV 的接触和空气放电保护。同时，总线结构还能根据 IEC 61000 - 4 - 4 标准，提供高达 ±4kV 的电气快速瞬变（EFT）保护。这种集成的保护设计，有效提高了设备的抗干扰能力，确保了系统在恶劣环境下的稳定运行。
• 驱动过压和过流保护：THVD24xxV 驱动器能够在 - 70V 至 +70V 的直流电源短路范围内得到保护，内部将短路电流限制在 ±250mA，以符合 TIA/EIA - 485A 标准。此外，当输出故障电压超过 |±25V| 时，折返电流限制电路会进一步将驱动短路电流降低至小于 ±5mA。这种双重保护机制，有效防止了驱动器因过压和过流而损坏，提高了设备的可靠性。

2.3 高噪声抑制与故障安全特性

• 增强的接收器噪声抑制：该系列收发器的差分接收器具有完全对称的阈值，即使在输入幅度较小的情况下，也能保持信号的占空比。此外，典型的 250mV 迟滞特性提供了良好的抗噪声能力。在 250kbps 的压摆率限制模式下，接收器信号链中的典型 700ns 毛刺滤波器可防止总线上的高频噪声脉冲出现在输出引脚 R 上。
• 故障安全操作：接收器能够在多种故障情况下输出故障安全逻辑高电平，包括总线开路、短路和空闲等情况。当输入幅度在小于 |VTH_FSH| 的情况下持续时间超过 tD(OFS) 时，接收器将输出高电平，确保了系统在故障情况下的安全性和可靠性。

2.4 低功耗关机模式

通过将 DE 引脚置低、RE 引脚置高持续超过 500ns，可将设备置于关机模式。如果 DE 引脚变高或 RE 引脚变低，计数器将复位。当使能引脚处于禁用状态的时间小于 50ns 时，设备不会进入关机模式，这一特性有效防止了设备因 DE 和 RE 之间的偏差而意外进入关机模式，降低了系统的功耗。

3. 引脚配置与功能

不同型号的 THVD24xxV 收发器在引脚配置上略有差异，但主要功能基本一致。以 THVD2410V 和 THVD2450V 的 10 引脚 DRC 封装（VSON）为例，各引脚功能如下：	NO.	NAME	TYPE	DESCRIPTION
1	Vio	Logic Supply	逻辑 VO 信号（R、RE、D、DE 和 SLR）的电源
2	R	Digital Output	接收数据输出
3	DE	Digital Input	驱动器使能输入，集成下拉电阻
4	RE	Digital Input	接收器使能输入，集成上拉电阻
5	D	Digital Input	传输数据输入；集成上拉电阻
6	GND	Reference Potential	本地设备接地
7	SLR	Digital Input	压摆率选择。对于 THVD2410V：低电平 = 1Mbps，高电平 = 250kbps。若 SLR 悬空，默认为 1Mbps。对于 THVD2450V：低电平 = 50Mbps，高电平 = 20Mbps。若悬空，默认为 50Mbps
8	A	Bus I/O	RS 485 总线 V/O，A
9	B	Bus I/O	RS 485 总线 V/O，B
10	Vcc	Bus Supply	总线电源
	Thermal Pad		连接到 GND 以实现最佳热性能

这些引脚的设计使得工程师可以方便地对收发器进行配置和控制，以满足不同的应用需求。

4. 规格参数

4.1 绝对最大额定值

在使用 THVD24xxV 收发器时，需要注意其绝对最大额定值。例如，逻辑电源电压 VIo 的范围为 - 0.5V 至 Vcc + 0.2V，总线电源电压 Vcc 的范围为 - 0.5V 至 6.5V，总线电压范围为 - 70V 至 70V 等。超出这些额定值可能会导致设备永久性损坏，因此在设计时必须严格遵守。

4.2 ESD 额定值

该系列收发器具有出色的 ESD 保护能力。总线端子和 GND 的人体模型（HBM）静电放电额定值为 ±16kV，除总线端子和 GND 外的所有引脚为 +4kV。此外，带电设备模型（CDM）的额定值为 ±1.5kV。这些 ESD 额定值确保了设备在生产和使用过程中的安全性。

4.3 推荐工作条件

为了确保收发器的正常工作，推荐在特定的工作条件下使用。例如，电源电压 Vcc 推荐范围为 3V 至 5.5V，I/O 电源电压 VIo 为 1.65V 至 Vcc，输入电压在不同引脚和模式下也有相应的范围要求。同时，不同型号和数据速率下的信号速率、工作环境温度等参数也需要严格控制。

4.4 热信息

热性能也是评估收发器性能的重要指标之一。不同封装的 THVD24xxV 收发器具有不同的热阻参数，如 THVD2410V 和 THVD2450V 的 DRC（VSON）封装的结到环境热阻 RJA 为 46.7°C/W，而 THVD2412V 和 THVD2452V 的 D（SOIC）封装的 RJA 为 87.5°C/W。了解这些热信息有助于工程师进行合理的散热设计，确保设备在正常温度范围内工作。

5. 应用与设计要点

5.1 典型应用

RS - 485 总线通常由多个收发器并联连接到总线电缆组成。为了消除线路反射，每个电缆末端需要使用一个终端电阻 RT，其值应与电缆的特性阻抗 Z0 匹配。这种并行终端方法通常允许在更长的电缆长度上实现更高的数据速率。

5.2 设计要求

• 数据速率与总线长度：数据速率和电缆长度之间存在反比关系。一般来说，数据速率越高，电缆长度越短；反之，数据速率越低，电缆长度越长。对于 THVD24xxV 系列收发器，在某些情况下，当互连足够短（或在信号频率下具有适当的低衰减）时，甚至可以实现 50Mbps 的高数据速率。
• Stub 长度：在将节点连接到总线时，收发器输入与电缆主干之间的距离（即 Stub 长度）应尽可能短。较长的 Stub 长度可能会引入反射，影响信号质量。一般来说，Stub 的电气长度（或往返延迟）应小于驱动器上升时间的十分之一。
• 总线负载：RS - 485 标准规定，合规的驱动器必须能够驱动 32 个单位负载（UL），每个单位负载的负载阻抗约为 12kΩ。由于 THVD24xxV 设备由 1/8 UL 收发器组成，因此在 - 7V 至 12V 的有限共模范围内，可以将多达 256 个接收器连接到总线。
• 瞬态保护：尽管 THVD24xxV 系列收发器具有集成的 ESD 保护，但在工业环境中，还需要考虑对更长持续时间的瞬态（如浪涌瞬态）进行保护。设计时可以使用外部保护电路，如 TVS 二极管，来提高设备的抗浪涌能力。

5.3 电源供应与布局

• 电源供应：为了确保在所有数据速率和电源电压下的可靠运行，每个电源应使用至少 100nF 的陶瓷电容进行去耦，并将其尽可能靠近电源引脚放置。这有助于减少开关模式电源输出上的电源电压纹波，并补偿 PCB 电源平面的电阻和电感。
• 布局：在 PCB 设计中，应采用高频布局技术。例如，将保护电路靠近总线连接器放置，使用 VCC 和接地平面以提供低电感，将去耦电容尽可能靠近 VCC 和 VIo 引脚等。合理的布局可以有效提高设备的抗干扰能力和可靠性。

6. 总结

THVD24xxV 系列 RS - 485 收发器以其出色的性能、强大的保护功能和灵活的设计特性，为工业通信领域提供了一种可靠的解决方案。无论是在恶劣的工业环境中，还是对数据速率和可靠性有较高要求的应用场景，该系列收发器都能发挥出其优势。作为电子工程师，在设计 RS - 485 通信系统时，不妨考虑一下 THVD24xxV 系列收发器，相信它会给你的设计带来意想不到的惊喜。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区留言分享。