探索 THVD24x0：工业通信的可靠 RS - 485 收发器解决方案

在工业通信领域，可靠的数据传输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通信的质量和稳定性。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的 THVD2410 和 THVD2450 这两款 ±70V 故障保护、半双工 RS - 422/RS - 485 收发器。

文件下载：thvd2450.pdf

特性亮点：为工业环境量身打造

标准兼容与功能安全

THVD24x0 符合或超过 TIA/EIA - 485A 和 TIA/EIA - 422B 标准的要求，并且提供功能安全相关文档，这对于进行功能安全系统设计的工程师来说至关重要。它就像是一把精确的钥匙，能够完美适配各种符合标准的工业系统，为系统的安全运行提供坚实保障。

宽电源电压与高性能输出

3V 至 5.5V 的电源电压范围，使得该收发器能够适应多种电源环境。在 5V 电源下，差分输出超过 2.1V，并且与 PROFIBUS 兼容，这意味着它可以在不同的工业现场总线系统中稳定工作，就像一个多面手，能够应对各种复杂的工业通信场景。

强大的总线保护能力

在工业环境中，总线故障和静电放电等问题是常见的挑战。THVD24x0 具备 ±70V 直流总线故障保护、±16kV HBM ESD、±12kV IEC 61000 - 4 - 2 接触放电和空气间隙放电以及 ±4kV IEC 61000 - 4 - 4 快速瞬变脉冲保护能力。这一系列的保护措施就像是给收发器穿上了一层坚固的铠甲，能够有效抵御各种外部干扰和故障，确保通信的可靠性。

双速选择与低功耗设计

THVD2410 提供 500kbps 的速率，而 THVD2450 则能达到 50Mbps 的高速率，工程师可以根据实际应用需求选择合适的器件。同时，该收发器具有低功耗特性，低待机电源电流小于 1µA，运行期间的电流小于 5.6mA，这不仅有助于降低系统的能耗，还能减少发热，延长器件的使用寿命。

其他特性

它还具有增强型接收器迟滞，可获得更好的抗噪能力；适用于热插拔功能的无干扰上电/断电设计；开路、短路和空闲总线失效防护以及热关断功能。此外，1/8 单位负载（多达 256 个总线节点）的设计和小型 VSON、VSSOP 或 SOIC 封装，为系统设计提供了更多的灵活性和便利性。

应用广泛：涵盖多个工业领域

THVD24x0 的应用范围十分广泛，包括电机驱动器、工厂自动化和控制、HVAC 系统、楼宇自动化、电网基础设施、电表、过程分析和视频监控等领域。在这些应用中，它就像一个默默的守护者，保障着各个系统之间的数据通信稳定可靠。

规格参数：深入了解器件性能

绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用器件至关重要。THVD24x0 的电源电压范围为 - 0.5V 至 7V，总线电压范围为 - 70V 至 70V，输入电压范围为 - 0.3V 至 5.7V 等。超出这些范围的运行可能会对器件造成永久损坏，因此在设计时必须严格遵守这些参数。

ESD 等级

该器件的 ESD 等级表现出色，总线端子和 GND 的人体放电模型（HBM）为 ±16,000V，除总线端子和 GND 外的所有引脚为 ±8,000V，充电器件模型（CDM）为 ±1,500V。这表明它在静电防护方面具有很强的能力，能够有效避免因静电放电而导致的器件损坏。

建议运行条件

在建议运行条件下，器件能够正常工作并发挥最佳性能。例如，电源电压建议在 3V 至 5.5V 之间，信令速率 THVD2410 为 500kbps，THVD2450 为 50Mbps，运行环境温度范围为 - 40°C 至 125°C 等。在设计时，我们应该尽量使器件工作在这些建议条件下，以确保系统的稳定性和可靠性。

热性能信息

热性能对于器件的长期稳定运行也非常重要。不同封装的 THVD24x0 具有不同的热指标，如结至环境热阻、结至外壳热阻等。了解这些热性能信息，有助于我们在设计散热方案时做出合理的选择，保证器件在合适的温度范围内工作。

电气特性和开关特性

电气特性包括驱动器差分输出电压幅度、共模输出电压等，开关特性则涉及到驱动器和接收器的上升/下降时间、传播延迟等参数。这些特性直接影响着器件的数据传输速度和信号质量，在设计高速通信系统时，需要重点关注这些参数。

详细说明：剖析器件的工作原理和功能模式

概述

THVD2410 和 THVD2450 是半双工 RS - 485 收发器，由 3V 至 5.5V 的单电源供电。在所有运行模式下，它们都能保护总线接口引脚不受过压条件破坏，并且具有集成式 IEC ESD 保护，无需外部系统级保护组件。

特性说明

±70V 故障保护

与通用 RS - 485 器件相比，THVD24x0 无需任何外部元件即可在高达 ±70V 的电压下受到保护，这大大简化了系统设计并降低了整体系统成本。

集成 IEC ESD 和 EFT 保护

内部 ESD 保护电路可根据高达 ±12kV 的 IEC 61000 - 4 - 2 标准和高达 ±4kV 的 IEC 61000 - 4 - 4 标准保护收发器，有助于限制电压偏移并快速从中恢复。

驱动器过压和过流保护

驱动器可防止 - 70V 至 +70V 范围内的任何直流电源短路，内部将短路电流限制为 ±250mA，并且在输出故障电压超过 |±25V| 时，折返式限流电路可进一步将驱动器短路电流降至 ±5mA 以下。同时，热关断保护功能可在结温过高时禁用驱动器和接收器，保护器件安全。

增强型接收器抗噪性能

差分接收器具有完全对称的阈值和 250mV（典型值）的迟滞，即使在输入振幅很小的情况下也能保持信号的占空比，确保出色的抗噪性能。

接收器失效防护状态运行

当出现总线开路、短路或空闲等无效总线状态时，如果输入振幅停留时间超过 (t{D(OFS)}) 至少 (|V{TH_FSH}|)，接收器将输出失效防护逻辑高电平状态，保证系统的稳定性。

低功耗关断模式

通过控制驱动 DE 和 (overline{RE}) 的电平，可以使器件进入关断模式，并且该功能可防止器件由于 DE 和 RE 之间的偏差而意外进入关断模式。

器件功能模式

驱动器使能引脚 DE 为逻辑高电平时，差分输出 A 和 B 跟随数据输入 D 的逻辑状态；DE 为低电平时，两个输出都变为高阻态。接收器使能引脚 (overline{RE}) 为逻辑低电平时，接收器被启用；(overline{RE}) 为逻辑高电平或处于开路时，接收器输出为高阻抗。通过合理控制这些引脚的电平，可以实现不同的工作模式，满足各种应用需求。

应用和实现：设计中的要点和注意事项

应用信息

THVD2410 和 THVD2450 通常用于异步数据传输，其驱动器和接收器使能引脚允许配置不同的工作模式，为系统设计提供了更多的灵活性。

典型应用

在典型的 RS - 485 网络中，多个收发器并联到总线电缆，每个电缆末端需要用一个端接电阻 RT 来消除线路反射。在设计时，需要考虑数据速率和总线长度、桩线长度、总线负载和瞬态保护等因素。

数据速率和总线长度

数据速率与电缆长度成反比关系，在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的数据速率和电缆长度。通过允许一定的小信号抖动，可以实现更长的距离。

桩线长度

桩线长度应尽可能短，其电气长度或往返延迟应小于驱动器上升时间的十分之一，以减少反射对信号的影响。

总线负载

由于 THVD24x0 器件包含 1/8 UL 收发器，因此可将多达 256 个接收器连接到总线，这为大规模工业网络的设计提供了便利。

瞬态保护

THVD24x0 收发器系列的总线引脚包括片上 ESD 保护，但对于持续时间较长的瞬变（如浪涌瞬变），可能需要额外的保护措施。在设计时，可以使用保护电路来抵御浪涌瞬变，如使用 SMAJ30CA TVS 二极管等。

详细设计过程

在设计针对半双工器件的浪涌瞬变的瞬态保护电路时，需要合理选择保护元件，并根据实际情况进行布局和布线。同时，还需要对设计进行验证和测试，以确保系统的功能和性能符合要求。

电源相关建议和布局指南：确保系统的稳定性

电源相关建议

为确保在所有数据速率和电源电压下可靠运行，应使用 100nF 陶瓷电容对各个电源进行去耦，并且该电容应尽可能靠近电源引脚。这样可以减少开关模式电源输出中出现的电源电压波纹，补偿 PCB 电源层的电阻和电感。

布局指南

在 PCB 设计过程中，应应用高频布局技术。将保护电路放置在靠近总线连接器的位置，使用 (V{CC}) 和接地平面来提供低电感，将保护元件设计成信号路径的方向，在靠近 (V{CC}) 引脚的位置应用去耦电容器，使用上拉和下拉电阻限制噪声电流，必要时插入防脉冲电阻器等。这些布局指南有助于提高系统的抗干扰能力和稳定性。

总结

THVD2410 和 THVD2450 作为德州仪器的高性能 RS - 485 收发器，具有丰富的特性、广泛的应用范围和出色的性能表现。在工业通信系统设计中，合理选择和使用这两款器件，并遵循相关的设计建议和布局指南，能够为系统的稳定运行提供有力保障。希望本文能够为电子工程师们在设计工业通信系统时提供一些有益的参考和帮助。

你在使用 THVD24x0 进行设计的过程中遇到过哪些问题呢？或者对于 RS - 485 通信系统的设计，你还有哪些其他的经验和见解？欢迎在评论区分享交流！