SN65HVD7x系列3.3-V全双工RS - 485收发器：设计与应用指南

在工业自动化、智能电表、安防监控等诸多领域，RS - 485通信标准凭借其长距离、多节点通信的优势得到了广泛应用。今天要给大家介绍的是德州仪器（TI）的SN65HVD7x系列3.3 - V全双工RS - 485收发器，它在性能、可靠性和易用性方面都有出色的表现。

文件下载：sn65hvd70.pdf

一、产品概述

SN65HVD7x系列包括SN65HVD70、SN65HVD71、SN65HVD73、SN65HVD74、SN65HVD76和SN65HVD77等型号，它们集成了差分驱动器和差分接收器，由单一的3.3 - V电源供电。每个驱动器和接收器都有独立的输入和输出引脚，支持全双工总线通信设计，适用于长电缆多节点应用。

二、产品特性

1. 高集成与兼容性

该系列器件将驱动器和接收器集成在一起，简化了设计。其5 - V容忍逻辑输入与3.3 - V或5 - V控制器兼容，方便与不同的主控芯片配合使用。

2. 多节点支持

提供1/8单位负载选项，总线上最多可连接256个节点，满足大规模网络通信的需求。

3. 强大的保护功能

• ESD保护：具备> ±30 - kV HBM保护和> ±12 - kV IEC61000 - 4 - 2接触放电保护，能有效抵御静电干扰。
• EFT保护：> ±4 - kV IEC61000 - 4 - 4快速瞬变脉冲群保护，增强了设备在复杂电磁环境下的稳定性。

4. 低功耗设计

• 静态电流低：工作时静态电流<1.1 - mA，待机电流典型值为10 nA，最大值<5 μA，有助于降低系统功耗。
• 睡眠模式：SN65HVD70、SN65HVD73和SN65HVD76通过禁用驱动器和接收器可实现低至<5 - μA的待机电流。

5. 宽温度范围

支持扩展工业温度范围（–40°C至125°C），适用于各种恶劣的工业环境。

6. 高抗噪能力

大接收器迟滞（70 mV）可有效抑制噪声，保证通信的可靠性。

7. 高速通信

提供不同的信号速率选项，分别适用于400 kbps（70、71）、20 Mbps（73、74）和50 Mbps（76、77）的数据传输。

三、引脚配置与功能

不同型号的SN65HVD7x器件引脚配置有所不同，主要分为8引脚（如SN65HVD71、SN65HVD74、SN65HVD77）、10引脚（如SN65HVD70、SN65HVD73、SN65HVD76）和14引脚（如SN65HVD70、SN65HVD73、SN65HVD76）三种封装。下面以8引脚的SN65HVD71为例，简单介绍其引脚功能：	引脚名称	引脚编号	类型	描述
VCC	1	电源	3 - V至3.6 - V电源
R	2	数字输出	接收数据输出
D	3	数字输入	驱动器数据输入
GND	4	参考电位	本地设备接地
Y	5	总线输出	数字总线输出，Y（与Z互补）
Z	6	总线输出	数字总线输出，Z（与Y互补）
B	7	总线输入	数字总线输入，B（与A互补）
A	8	总线输入	数字总线输入，A（与B互补）

四、电气特性

1. 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和保护器件至关重要。例如，电源电压范围为 - 0.5 V至5 V，任何总线引脚（A、B、Y或Z）的电压范围为 - 13 V至16.5 V等。超出这些额定值可能会导致器件永久性损坏。

2. ESD额定值

该系列器件在ESD保护方面表现出色，如人体模型（HBM）可达 + 8000 V，IEC 61000 - 4 - 2接触放电可达 + 12000 V等，有效提高了设备的抗静电能力。

3. 推荐工作条件

为了确保器件的最佳性能和可靠性，需要在推荐工作条件下使用。例如，电源电压推荐为3 V至3.6 V，工作温度范围为 - 40°C至125°C等。

4. 电气参数

包括驱动器差分输出电压、接收器输入阈值、输出电流等参数，这些参数决定了器件的通信性能和稳定性。例如，驱动器差分输出电压幅度在不同负载条件下有明确的要求，接收器输入阈值的设置影响着对信号的识别和处理。

五、应用与设计

1. 典型应用场景

SN65HVD7x系列器件适用于各种需要长距离、多节点通信的场景，如工业自动化中的传感器网络、智能电表的数据采集、安防监控系统的设备互联等。

2. 全双工网络设计

全双工RS - 485网络需要两根信号对（四根线），每个节点可以在一根信号对上发送数据的同时在另一根信号对上接收数据。为了消除线路反射，每个电缆末端需要使用与电缆特性阻抗匹配的终端电阻进行端接。

3. 设计参数考虑

• 数据速率与总线长度：数据速率和电缆长度成反比关系，即数据速率越高，电缆长度越短。在设计时需要根据实际需求进行合理选择。
• Stub长度：节点与总线连接时，Stub长度应尽可能短，以减少反射。不同型号的器件根据其最小驱动器输出上升时间有不同的最大Stub长度要求。
• 总线负载：RS - 485标准规定驱动器需能驱动32个单位负载，而SN65HVD7x系列为1/8单位负载收发器，因此总线上最多可连接256个接收器。
• 接收器故障保护：该系列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，接收器输出为逻辑高电平，确保输出的确定性。
• 瞬态保护：总线引脚具备片上ESD保护，但对于工业环境中的EFT和浪涌瞬变，还需要使用外部瞬态保护器件，如脉冲防护电阻、TVS二极管等。

4. 电源与布局建议

• 电源：为了确保在所有数据速率和电源电压下的可靠运行，每个电源应使用一个100 - nF陶瓷电容进行去耦，且电容应尽可能靠近电源引脚。
• 布局：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，使用VCC和接地平面提供低电感路径，合理设计保护组件的方向，使用旁路电容和上拉/下拉电阻等。

六、总结

SN65HVD7x系列3.3 - V全双工RS - 485收发器凭借其丰富的特性、出色的性能和良好的兼容性，为长距离、多节点通信应用提供了可靠的解决方案。在设计过程中，我们需要充分考虑器件的各项参数和特性，合理进行电路设计和PCB布局，以确保系统的稳定性和可靠性。

各位工程师朋友们，在实际应用中，你们是否遇到过与RS - 485通信相关的问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。