电子工程师必看：SN55HVD75-EP RS-485 收发器深度解析

在工业自动化、电信基础设施和运动控制等领域，可靠的通信至关重要。RS-485 作为一种常用的通信标准，以其长距离、多节点通信的优势，在众多应用中得到广泛使用。今天，我们就来深入探讨一款具有 IEC ESD 保护功能的 3.3V 电源供电的 RS-485 收发器——SN55HVD75-EP。

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一、产品概述

SN55HVD75-EP 是一款低功耗、半双工 RS-485 收发器，专为数据传输速率高达 20 Mbps 的应用而设计。它采用小型超薄小外形尺寸无引线（VSON）封装，具有稳健耐用的 3.3V 驱动器和接收器，能满足工业应用的严苛要求。该器件的总线引脚可耐受 ESD 事件，具备针对人体模型和 IEC 接触放电规范的高级保护，运行温度范围为 -55°C 至 125°C，适用于各种恶劣环境。

二、产品特性

2.1 ESD 保护

总线引脚具有出色的 ESD 保护能力，可承受 >±15kV 人体模型（HBM）保护、>±12kV IEC 61000 - 4 - 2 接触放电以及 >±4kV IEC61000 - 4 - 4 快速瞬态突发，有效保障了设备在复杂电磁环境下的稳定性。

2.2 低功耗设计

低待机电源电流小于 2µA，运行过程中的静态电流 $I_{CC}$ < 1 mA，大大降低了系统的功耗，延长了设备的使用寿命。

2.3 高兼容性

与 3.3V 或 5V 控制器兼容的 5V 耐压逻辑输入，方便与各种控制器连接，提高了系统的灵活性。

2.4 大节点连接能力

低单元负载可实现超过 200 个节点的连接，满足大规模网络通信的需求。

2.5 噪声抑制

用于噪声抑制的较大接收器滞后（80mV），有效提高了信号的抗干扰能力，保证了数据传输的准确性。

三、应用范围

3.1 工厂自动化

在工厂自动化系统中，SN55HVD75-EP 可用于各种传感器和执行器之间的通信，确保数据的可靠传输，提高生产效率和质量。

3.2 电信基础设施

在电信基础设施中，该器件可用于远程监控和数据采集，保障通信网络的稳定运行。

3.3 运动控制

在运动控制系统中，SN55HVD75-EP 可实现控制器与电机驱动器之间的高速通信，实现精确的运动控制。

四、引脚配置与功能

PIN	NAME	NO.	TYPE	DESCRIPTION
A	6	Bus I/O	Driver output or receiver input (complementary to B).
B	7	Bus V/O	Driver output or receiver input (complementary to A).
D	4	Digital input	Driver data input.
DE	3	Digital input	Active - high driver enable.
GND	5	Reference potential	Local device ground.
R	1	Digital output	Receive data output.
RE	2	Digital input	Active - low receiver enable.
Vcc	8	Supply	3 - V to 3.6 - V supply.

五、技术参数

5.1 绝对最大额定值

参数	最小值	最大值	单位
电源电压 $V_{cc}$	-0.5	5.5	V
A 或 B 输入电压	-13	16.5	V
任何逻辑引脚输入电压	-0.3	5.7	V
A 和 B 的瞬态脉冲输入电压（通过 100Ω）	-100	100	V
接收器输出电流	-24	24	mA
结温 $T_{J}$	/	170	℃
储存温度 $T_{stg}$	-65	150	℃

5.2 ESD 额定值

该器件在不同 ESD 模型下具有出色的防护能力，如人体模型（HBM）可达 +8000V，带电设备模型（CDM）可达 +1500V 等，具体数据可参考文档。

5.3 推荐工作条件

参数	最小值	标称值	最大值	单位
电源电压 $V_{cc}$	3	3.3	3.6	V
总线端子输入电压 $V_{1}$	-7	/	12	V
高电平输入电压 $V_{IH}$	2	/	$V_{cc}$	V
低电平输入电压 $V_{IL}$	0	/	0.8	V
差分输入电压 $V_{ID}$	-12	/	12	V
驱动器输出电流 $I_{O}$	-60	/	60	mA
接收器输出电流 $I_{O}$	-8	/	8	mA
差分负载电阻 $R$	54	60	/	Ω
差分负载电容 $C_{L}$	/	50	/	pF
信号速率	/	/	20	Mbps
工作环境温度 $T$	-55	/	125	℃
结温 $T_{J}$	-55	/	150	℃

5.4 电气特性

文档详细列出了驱动器差分输出电压幅度、接收器输入电压阈值等多项电气特性参数，为工程师的设计提供了精确的参考。

5.5 开关特性

对于 20 Mbps 设备，文档给出了驱动器和接收器的上升/下降时间、传播延迟等开关特性参数，确保了高速通信的稳定性。

六、应用与设计要点

6.1 应用信息

SN55HVD75-EP 可通过不同的使能引脚配置实现多种工作模式，如独立使能线可实现驱动器和接收器的单独控制，组合使能信号可简化与控制器的接口，将接收器使能输入接地并控制驱动器使能输入可实现节点对自身发送数据的验证。

6.2 典型应用

在 RS - 485 总线网络中，通常将多个 SN55HVD75-EP 收发器并联连接到总线电缆上，并在电缆两端使用终端电阻进行匹配，以消除线路反射。常见的电缆有非屏蔽双绞线（UTP），如 CAT - 5 电缆（$Z{0}=100 Omega$）和 RS - 485 电缆（$Z{0}=120 Omega$）。

6.3 设计要求

6.3.1 数据速率与总线长度

数据速率和总线长度呈反比关系，数据速率越高，电缆长度越短；反之亦然。大多数 RS - 485 系统的数据速率在 10 kbps 至 100 kbps 之间，但一些应用需要在 4000 英尺及更长的距离上实现高达 250 kbps 的数据速率。

6.3.2 支线长度

连接节点时，支线长度应尽可能短，以减少反射。一般来说，支线的电气长度（往返延迟）应小于驱动器上升时间的十分之一。

6.3.3 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）。由于 SN55HVD75-EP 在 12V 时的接收器输入电流为 150µA，因此它是 3/20 UL 收发器，总线上连接的收发器数量不应超过 213 个。

6.3.4 接收器故障保护

该器件的差分接收器对无效总线状态具有故障保护功能，如总线开路、短路或空闲时，接收器将输出故障安全逻辑高电平，确保输出不会不确定。

6.3.5 瞬态保护

SN55HVD75-EP 的总线引脚具有片上 ESD 保护，但对于更高能量的瞬态事件，如浪涌瞬态，需要使用外部瞬态保护器件，文档中给出了相应的电路设计和物料清单。

6.4 详细设计流程

6.4.1 外部瞬态保护

为保护总线节点免受高能瞬态的影响，可采用外部瞬态保护器件，如脉冲防护厚膜电阻、双向瞬态抑制器、双向浪涌抑制器和金属氧化物压敏电阻等。文档中给出了两种不同等级的浪涌保护电路设计。

6.4.2 隔离总线节点设计

许多 RS - 485 网络使用隔离总线节点，以防止接地环路对信号完整性的影响。隔离总线节点通常包括微控制器、多通道数字隔离器、电源隔离电路等。

七、电源与布局建议

7.1 电源建议

为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 100 - nF 陶瓷电容器进行缓冲，并尽可能靠近电源引脚放置。对于 3.3V 电源，可使用 TPS76333 线性电压调节器。

7.2 布局指南

在 PCB 设计中，应采用高频布局技术，将保护电路靠近总线连接器放置，使用 $V_{CC}$ 和接地平面提供低电感，合理设计保护组件的方向，使用旁路电容器和上拉/下拉电阻等，以提高系统的抗干扰能力。

八、总结

SN55HVD75-EP 是一款性能卓越、功能强大的 RS - 485 收发器，具有出色的 ESD 保护、低功耗、高兼容性等特点，适用于各种工业和通信应用。在设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择参数，注意数据速率与总线长度、支线长度、总线负载等因素的影响，并采取有效的瞬态保护和布局措施，以确保系统的稳定运行。希望本文能为电子工程师在使用 SN55HVD75-EP 进行设计时提供有价值的参考。你在实际应用中是否遇到过类似收发器的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。