深入解析SN65HVD7x系列3.3-V全双工RS-485收发器

在工业自动化、安防监控等众多领域，可靠的数据传输至关重要。RS-485作为一种常用的通信标准，能够实现长距离、多节点的数据通信。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的SN65HVD7x系列3.3-V全双工RS-485收发器，了解它的特点、应用以及设计要点。

文件下载：sn65hvd74.pdf

一、产品概述

SN65HVD7x系列包括SN65HVD70、SN65HVD71、SN65HVD73、SN65HVD74、SN65HVD76和SN65HVD77等型号。这些器件将差分驱动器和差分接收器集成在一起，采用单一3.3-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，适用于全双工总线通信设计。该系列产品具有宽共模电压范围，非常适合长电缆多节点应用。

二、产品特性

（一）电气特性

1. 低功耗：静态电流小于1.1 mA，待机电流典型值为10 nA，最大值小于5 μA，有效降低了系统功耗。
2. 高ESD保护：具备±30-kV HBM保护、±12-kV IEC61000 - 4 - 2接触放电保护和±4-kV IEC61000 - 4 - 4快速瞬变脉冲群保护，增强了器件的可靠性。
3. 宽温度范围：工作温度范围为 - 40°C至125°C，可适应各种恶劣的工业环境。
4. 高噪声抑制：接收器具有70 mV的大滞后，能有效抑制噪声干扰。

（二）功能特性

1. 多种速率可选：不同型号针对不同的信号速率进行了优化，如400 kbps（SN65HVD70、SN65HVD71）、20 Mbps（SN65HVD73、SN65HVD74）和50 Mbps（SN65HVD76、SN65HVD77），满足不同应用场景的需求。
2. 1/8单位负载选项：允许总线上最多连接256个节点，提高了系统的扩展性。
3. 部分器件无需外部使能引脚：SN65HVD71、SN65HVD74和SN65HVD77器件无需外部使能引脚，使用更加方便。

三、引脚配置与功能

不同型号的SN65HVD7x器件引脚配置有所不同，但主要的引脚功能包括电源引脚（VCC、GND）、数据输入输出引脚（D、R）、总线输入输出引脚（A、B、Y、Z）以及使能引脚（DE、RE）等。例如，对于SN65HVD71、SN65HVD74和SN65HVD77的8引脚封装，VCC为3 - 3.6 V的电源引脚，R为接收数据输出引脚，D为驱动器数据输入引脚等。

四、应用与实现

（一）应用场景

SN65HVD7x系列全双工RS - 485收发器常用于异步数据传输，如工业自动化中的传感器数据采集、安防监控系统中的设备通信等。全双工实现需要两对信号（四根线），每个节点可以在一对线上发送数据，同时在另一对线上接收数据。

（二）设计要点

1. 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。在实际设计中，需要根据具体需求选择合适的数据速率和电缆长度。
2. Stub长度：连接节点到总线时，收发器输入与电缆主干之间的距离（Stub）应尽可能短，以减少反射。一般来说，Stub的电气长度应小于驱动器上升时间的十分之一。
3. 总线负载：RS - 485标准规定，兼容的驱动器必须能够驱动32个单位负载（UL）。SN65HVD7x系列为1/8 UL收发器，因此总线上最多可连接256个接收器。
4. 接收器故障安全：该系列器件的差分接收器对无效总线状态具有故障安全功能，如总线开路、短路或空闲时，接收器输出为逻辑高状态，确保输出不会不确定。
5. 瞬态保护：为了保护总线节点免受高能瞬态干扰，需要使用外部瞬态保护器件，如脉冲防护电阻、双向瞬态抑制器等。

五、电源与布局建议

（一）电源建议

为确保在所有数据速率和电源电压下可靠运行，每个电源应使用一个100 - nF的陶瓷电容进行缓冲，并尽可能靠近电源引脚放置。TPS76333是适用于3.3 - V电源的线性电压调节器。

（二）布局指南

1. 保护电路布局：将保护电路靠近总线连接器放置，防止噪声瞬态进入电路板。
2. 电源和地平面：使用VCC和地平面提供低电感路径，高频电流会遵循电感最小的路径。
3. 保护组件设计：将保护组件设计在信号路径方向上，避免瞬态电流偏离信号路径。
4. 旁路电容：在收发器、UART、控制器IC的VCC引脚附近尽可能靠近地使用100 - nF至220 - nF的旁路电容。
5. 过孔使用：旁路电容和保护器件的VCC和地连接使用至少两个过孔，以最小化过孔电感。
6. 上拉和下拉电阻：使用1 - kΩ至10 - kΩ的上拉和下拉电阻来限制使能线在瞬态事件中的噪声电流。
7. 脉冲防护电阻：如果TVS钳位电压高于收发器总线引脚的指定最大电压，在A和B总线线上插入脉冲防护电阻，防止收发器闩锁。
8. 高瞬态保护：对于高于1 kV的浪涌瞬态，需要使用金属氧化物压敏电阻（MOVs）和瞬态阻断单元（TBUs）。

六、总结

SN65HVD7x系列3.3 - V全双工RS - 485收发器以其低功耗、高ESD保护、宽温度范围和多种速率可选等优点，为工业自动化、安防监控等领域的数据通信提供了可靠的解决方案。在设计过程中，我们需要充分考虑数据速率、总线长度、负载、瞬态保护等因素，并遵循电源和布局建议，以确保系统的稳定性和可靠性。希望本文能为电子工程师在使用SN65HVD7x系列收发器时提供一些有用的参考。你在使用这类收发器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区留言分享。