抗噪能手：THVD14xx系列RS-485收发器的设计与应用

在工业环境中进行数据传输，对稳定性和抗干扰性要求极高。RS-485作为一种常用的通信标准，能够满足长距离、多节点的数据传输需求。TI推出的THVD14xx系列3.3V至5V RS-485收发器，凭借其出色的特性和性能，成为了工业通信领域的理想选择。

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特性亮点

抗噪与ESD保护

THVD14xx系列是专门为恶劣工业环境设计的抗噪RS-485/RS-422收发器。其总线引脚具备强大的抗干扰能力，可耐受高级别的IEC电气快速瞬变（EFT）和IEC静电放电（ESD）事件。具体来说，总线I/O ESD保护达到了±30kV HBM、±18kV IEC 61000 - 4 - 2接触放电、±25kV IEC 61000 - 4 - 2气隙放电以及±4kV IEC 61000 - 4 - 4快速瞬变脉冲。这意味着在实际应用中，无需额外使用系统级保护组件，大大简化了设计，降低了成本。

宽电压范围与低功耗

该系列器件通过3V至5.5V的单电源供电运行，具有低功耗的特点。待机电源电流小于1µA，运行期间的电流小于3mA。这种低功耗设计不仅可以降低系统的整体功耗，还能减少发热，提高系统的稳定性和可靠性。

扩展共模电压范围

THVD14xx系列具有扩展级运行共模范围，达到±15V。这使得它适用于长电缆上的应用，能够有效减少信号传输过程中的干扰和失真，保证数据的准确传输。

高数据速率与低EMI

提供低EMI的500kbps和50Mbps数据速率，满足不同应用场景对数据传输速率的要求。在高速数据传输的同时，还能有效降低电磁干扰，提高系统的电磁兼容性。

多种封装形式

该系列器件提供小型VSON和VSSOP封装，适用于空间受限的应用；同时也有SOIC封装，可实现快插兼容性。不同的封装形式为设计师提供了更多的选择，能够根据实际应用需求进行灵活设计。

器件对比与功能模式

器件对比

器件型号	封装	封装尺寸(标称值)	双工模式	使能引脚	信号速率	节点数量
THVD1410	VSSOP (8)、SOIC (8)	3.00mm × 3.00mm、4.90mm × 3.91mm	半双工	DE、RE	500 kbps	256
THVD1450	VSON (8)、VSSOP (8)、SOIC (8)	3.00mm × 3.00mm、3.00mm × 3.00mm、4.90mm × 3.91mm	半双工	DE、RE	50 Mbps	-
THVD1451	VSON (8)、SOIC (8)	3.00mm × 3.00mm、4.90mm × 3.91mm	全双工	无	50 Mbps	-
THVD1452	VSSOP (10)、SOIC (14)	3.00mm × 3.00mm、8.65mm × 3.91mm	全双工	DE、RE	50 Mbps	-

从表中可以看出，不同型号的器件在封装、双工模式、使能引脚、信号速率等方面存在差异。设计师可以根据具体的应用需求选择合适的器件。

功能模式

THVD1410和THVD1450

这两款器件为半双工模式，通过DE和RE引脚控制驱动和接收。当DE为高电平时，驱动输出跟随数据输入D的逻辑状态；当DE为低电平时，驱动输出为高阻态。当RE为低电平时，接收器使能，根据差分输入电压的大小输出相应的逻辑状态；当RE为高电平时，接收器输出为高阻态。

THVD1451

该器件为全双工模式，无外部使能引脚，始终处于工作状态。其驱动输出和接收输出根据输入信号自动调整。

THVD1452

同样为全双工模式，通过DE和RE引脚控制驱动和接收。其工作原理与THVD1410和THVD1450类似，但在具体的逻辑控制上有所不同。

应用场景

工业自动化领域

在电机驱动器、工厂自动化和控制、电网基础设施等工业自动化场景中，THVD14xx系列收发器可以实现设备之间的可靠通信。其抗干扰能力和高数据速率能够保证数据的准确传输，确保系统的稳定运行。

楼宇自动化与HVAC系统

在楼宇自动化和HVAC系统中，需要对多个设备进行集中控制和监测。THVD14xx系列收发器可以连接各种传感器和执行器，实现数据的实时传输和处理，提高系统的智能化水平。

视频监控与无线基础设施

在视频监控和无线基础设施中，对数据传输的实时性和稳定性要求较高。THVD14xx系列收发器的高数据速率和低EMI特性，能够满足这些应用场景的需求，保证视频和数据的流畅传输。

设计要点

数据速率与总线长度

数据速率和总线长度之间存在反比关系。在设计时，需要根据实际应用需求选择合适的数据速率和总线长度。一般来说，数据速率越高，总线长度越短；反之，数据速率越低，总线长度越长。

短截线长度

在连接节点到总线时，短截线的长度应尽可能短。短截线过长会引入反射，影响信号的传输质量。一般建议短截线的电气长度小于驱动上升时间的十分之一。

总线负载

RS-485标准规定，一个合规的驱动器必须能够驱动32个单位负载（UL）。THVD14xx系列收发器为1/8 UL，因此可以连接多达256个接收器到总线上。

瞬态保护

虽然THVD14xx系列收发器具有内置的ESD保护，但在实际应用中，还需要考虑对更长持续时间的瞬态进行保护，如浪涌瞬变。可以通过添加保护电路来实现对浪涌瞬变的防护。

布局建议

保护电路位置

将保护电路靠近总线连接器放置，防止噪声瞬变进入电路板。这样可以有效减少噪声对器件的影响，提高系统的稳定性。

电源和地平面

使用VCC和接地平面提供低电感路径。高频电流倾向于沿着阻抗最小的路径流动，而不是电阻最小的路径。因此，合理的电源和地平面设计可以减少高频干扰。

保护组件方向

将保护组件设计在信号路径的方向上，避免瞬态电流偏离信号路径到达保护设备。这样可以确保保护组件能够及时有效地发挥作用。

去耦电容

在电路板上的收发器、UART和/或控制器IC的VCC引脚附近尽可能靠近地应用100-nF至220-nF的去耦电容。去耦电容可以减少电源噪声，提高器件的稳定性。

过孔使用

对于去耦电容和保护设备的VCC和接地连接，至少使用两个过孔，以最小化过孔的有效电感。过孔电感过大会影响信号的传输质量，因此需要采取措施降低过孔电感。

上拉和下拉电阻

对于使能线，使用1-kΩ至10-kΩ的上拉和下拉电阻，以限制瞬态事件期间这些线路中的噪声电流。上拉和下拉电阻可以稳定使能线的电平，减少噪声干扰。

脉冲电阻

如果TVS钳位电压高于收发器总线引脚的指定最大电压，则在A和B总线线路中插入脉冲电阻。这些电阻可以限制进入收发器的残余钳位电流，防止器件闩锁。

总结

THVD14xx系列RS-485收发器以其出色的抗干扰能力、宽电压范围、高数据速率、多种封装形式等特性，为工业通信领域提供了可靠的解决方案。在设计过程中，设计师需要根据具体的应用需求选择合适的器件，并注意数据速率与总线长度、短截线长度、总线负载、瞬态保护等设计要点。同时，合理的布局设计也能够提高系统的稳定性和可靠性。相信在未来的工业通信应用中，THVD14xx系列收发器将发挥越来越重要的作用。

各位工程师朋友们，你们在使用RS-485收发器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。