SN65HVD17xx：高性能RS - 485收发器的全方位解析

在工业自动化、楼宇自动化以及汽车电子等众多领域，可靠的数据通信至关重要。RS - 485作为一种广泛应用的串行通信标准，其收发器的性能直接影响着整个通信系统的稳定性和可靠性。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的SN65HVD17xx系列故障保护型RS - 485收发器。

文件下载：sn65hvd1793.pdf

一、核心特性：为可靠通信保驾护航

1. 强大的总线引脚故障保护

SN65HVD17xx系列在总线引脚故障保护方面表现出色。其中，HVD1785、86、91、92型号能够承受高达±70V的故障电压，而HVD1787、93型号也能承受±30V的故障电压。这种出色的保护能力使得设备在面对诸如电源短路、布线错误、连接器故障等过电压故障时，依然能够稳定运行，大大提高了系统的可靠性。

2. 超宽共模电压范围

该系列器件的共模电压范围为–20V至25V，这一范围超过了TIA/EIA 485标准要求的两倍。超宽的共模电压范围使得设备在复杂的电磁环境中能够更好地抵抗干扰，适用于长电缆传输的多点应用场景。

3. 高ESD防护等级

总线I/O具备±16kV的JEDEC HBM保护，能够有效抵御静电放电（ESD）事件，保护设备免受ESD损坏，提高了设备的稳定性和可靠性。

4. 低单位负载与多节点支持

该系列产品具有低单位负载特性，允许多达256个节点共享同一RS - 485总线。这一特性使得系统的扩展性大大增强，能够满足大规模网络通信的需求。

5. 故障安全接收器

在开路、短路和总线空闲等情况下，故障安全接收器能够确保输出稳定的逻辑电平，避免出现不确定的输出状态，提高了系统的可靠性和稳定性。

6. 低功耗设计

该系列产品具有低功耗特性，典型待机电源电流仅为1μA，工作时的静态电流ICC也仅为5mA。此外，在电源上电和断电过程中，设备能够实现无毛刺运行，进一步降低了功耗。

二、应用场景：广泛适用于各类通信网络

SN65HVD17xx系列器件专为RS - 485和RS - 422网络设计，广泛应用于工业自动化、楼宇自动化、安防监控、汽车电子等领域。在工业自动化中，它可以用于PLC与传感器、执行器之间的通信；在楼宇自动化中，可用于智能照明、门禁系统等设备的通信；在安防监控中，可用于摄像头与监控中心之间的通信；在汽车电子中，可用于汽车内部的CAN总线通信。

三、产品详细剖析：不同型号，各有所长

1. 产品选型指南

型号	双工模式	信号速率	节点数量	电缆长度
SN65HVD1785	半双工	115kbps	最多256个	1500m
SN65HVD1786	半双工	1Mbps	最多256个	150m
SN65HVD1787	半双工	10Mbps	最多64个	50m
SN65HVD1791	全双工	115kbps	最多256个	1500m
SN65HVD1792	全双工	1Mbps	最多256个	150m
SN65HVD1793	全双工	10Mbps	最多64个	50m

从选型指南中可以看出，不同型号的产品在信号速率、电缆长度等方面存在差异。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的型号。例如，如果需要长距离传输，可选择SN65HVD1785或SN65HVD1791；如果需要高速传输，可选择SN65HVD1787或SN65HVD1793。

2. 引脚配置与功能

不同型号的产品引脚配置和功能有所不同。以SN65HVD1785、1786、1787为例，其引脚功能如下：	引脚名称	引脚编号	类型	描述
A	6	总线输入/输出	驱动器输出或接收器输入（与B互补）
B	7	总线输入/输出	驱动器输出或接收器输入（与A互补）
D	4	数字输入	驱动器数据输入
DE	3	数字输入	驱动器使能，高电平有效
GND	5	参考电位	本地设备接地
R	1	数字输出	接收数据输出
RE	2	数字输入	接收器使能，低电平有效
Vcc	8	电源	4.5V至5.5V电源

而SN65HVD1791、1792、1793的引脚功能则有所不同，例如其驱动器输出和接收器输入是分开的引脚，适用于全双工通信。在进行电路设计时，我们需要根据引脚功能正确连接引脚，确保设备正常工作。

四、电气特性与性能指标：确保稳定可靠运行

1. 绝对最大额定值

该系列产品的绝对最大额定值规定了设备能够承受的最大电压、电流等参数。例如，VCC电源电压的范围为–0.5V至7V，总线引脚电压在不同型号中有所不同，最高可达±70V。在使用过程中，我们必须确保设备的工作参数不超过这些额定值，否则可能会导致设备损坏。

2. ESD评级

该系列产品具有较高的ESD防护等级，总线端子和GND的人体模型（HBM）ESD评级为±16000V，所有引脚的HBM ESD评级为±4000V。这使得设备在面对静电放电时能够更好地保护自身，提高了设备的可靠性。

3. 推荐工作条件

推荐工作条件规定了设备正常工作时的电压、温度等参数范围。例如，VCC电源电压的推荐范围为4.5V至5.5V，输入电压在任何总线端子的范围为–20V至25V。在实际应用中，我们应尽量使设备工作在推荐工作条件范围内，以确保设备的性能和可靠性。

4. 热信息

热信息包括结到环境的热阻、结到外壳的热阻等参数。这些参数对于评估设备的散热性能和可靠性非常重要。在设计散热系统时，我们需要根据这些热信息合理选择散热方式和散热器件，确保设备在正常工作温度范围内运行。

5. 电气特性

电气特性包括驱动器差分输出电压幅度、稳态共模输出电压、差分输出电容等参数。这些参数直接影响着设备的通信性能。例如，驱动器差分输出电压幅度的大小决定了信号的传输距离和可靠性。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的设备，并确保设备的电气特性满足系统的要求。

6. 热考虑

热考虑主要涉及功率耗散和热关断结温等参数。在高功率、高温环境下，设备的功率耗散会增加，可能会导致设备温度过高，从而影响设备的性能和可靠性。因此，我们需要根据热考虑参数合理设计散热系统，确保设备在正常工作温度范围内运行。

7. 开关特性

开关特性包括驱动器差分输出上升/下降时间、驱动器传播延迟、接收器输出上升/下降时间等参数。这些参数决定了设备的信号传输速度和响应时间。在高速通信应用中，我们需要选择开关特性良好的设备，以确保信号的快速、准确传输。

8. 典型特性

典型特性通过图表的形式展示了设备在不同条件下的性能表现。例如，驱动器输出电流与电源电压的关系、RMS电源电流与信号速率的关系等。这些典型特性对于我们了解设备的性能和优化电路设计非常有帮助。

五、应用与实现：设计要点与注意事项

1. 应用信息

SN65HVD17xx系列产品包括半双工和全双工收发器，可用于异步数据通信。在半双工实现中，需要一对信号线（两根线）；在全双工实现中，需要两对信号线（四根线）。在多个收发器共享同一通信总线时，需要注意确保同一时间只有一个驱动器处于使能状态，以避免总线竞争。

2. 典型应用

典型的RS - 485网络由多个收发器并联连接到总线电缆上。为了消除线路反射，每个电缆末端需要使用终端电阻RT进行终端匹配，其阻值应与电缆的特性阻抗Z0相匹配。这种并行终端匹配方法可以在较长的电缆长度上实现更高的数据速率。

3. 设计要求

数据速率与总线长度

数据速率和电缆长度之间存在反比关系。数据速率越高，电缆长度越短；反之，数据速率越低，电缆长度越长。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的数据速率和电缆长度。

短截线长度

在将节点连接到总线时，短截线（收发器输入与电缆主干之间的距离）应尽可能短。短截线过长会引入反射，影响信号的传输质量。一般来说，短截线的电气长度（往返延迟）应小于驱动器上升时间的十分之一。

接收器故障安全

该系列产品的差分接收器具有故障安全功能，能够在开路、短路和总线空闲等情况下输出稳定的逻辑电平。这是通过偏移接收器阈值来实现的，确保“输入不确定”范围不包括零伏差分。

4. 详细设计流程

虽然该系列产品内部具有高达16kV的人体模型ESD保护，但在应用层面，我们还可以通过外部保护器件提供更高能量瞬态的保护。例如，在总线连接器附近放置保护电路，使用VCC和接地平面提供低电感电源分配，合理设计保护组件的位置和方向等。

5. 应用曲线

应用曲线可以直观地展示设备在不同条件下的性能表现。例如，SN65HVD1785在115kbps时的差分输出曲线可以帮助我们了解设备的信号传输质量和稳定性。

六、电源供应建议与布局：保障设备稳定运行

1. 电源供应建议

为了确保设备在所有数据速率和电源电压下都能可靠运行，每个电源应使用一个100nF的陶瓷电容进行去耦，该电容应尽可能靠近电源引脚放置。这样可以减少开关电源输出的电源电压纹波，补偿PCB电源平面的电阻和电感。

2. 布局指南

保护电路位置

将保护电路靠近总线连接器放置，以防止噪声瞬态进入电路板。

电源平面设计

使用VCC和接地平面提供低电感电源分配，因为高频电流倾向于沿着电感最小的路径流动，而不是电阻最小的路径。

保护组件设计

将保护组件设计到信号路径的方向上，避免瞬态电流偏离信号路径到达保护设备。

旁路电容应用

在电路板上的收发器、UART或控制器IC的VCC引脚附近尽可能靠近地应用100nF至220nF的旁路电容。

过孔使用

对于旁路电容和保护设备的VCC和接地连接，使用至少两个过孔，以最小化过孔的有效电感。

上拉和下拉电阻

使用1kΩ至10kΩ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。

串联电阻插入

如果TVS钳位电压高于收发器总线端子的指定最大电压，应在A和B总线线上插入串联脉冲防护电阻，以限制进入收发器的残余钳位电流，防止其闩锁。

保护器件选择

对于高达1kV的浪涌瞬态，纯TVS保护就足够了；对于更高的瞬态，需要使用金属氧化物压敏电阻（MOV）将瞬态降低到几百伏的钳位电压，并使用瞬态阻断单元（TBU）将瞬态电流限制在小于1mA。

3. 布局示例

文档中提供了半双工和全双工收发器的布局示例，这些示例可以帮助我们更好地理解布局指南的应用，确保电路板的布局合理、可靠。

七、设备与文档支持：获取更多帮助与信息

1. 文档支持

相关文档包括SN65HVD1781的故障保护型RS - 485收发器文档（SLLS877），这些文档可以为我们提供更多的技术信息和设计参考。

2. 文档更新通知

我们可以通过在ti.com上的设备产品文件夹中订阅更新，接收每周的产品信息更新摘要。同时，我们可以查看修订历史以了解详细的更改信息。

3. 支持资源

TI E2E™支持论坛是工程师获取快速、可靠答案和设计帮助的重要资源。我们可以在论坛上搜索现有答案或提出自己的问题，获得专家的帮助。

4. 商标说明

TI E2E™是德州仪器的商标，所有商标均为其各自所有者的财产。

5. 静电放电注意事项

该集成电路可能会受到静电放电（ESD）的损坏，因此在处理和安装过程中需要采取适当的预防措施，以避免设备损坏。

6. 术语表

文档中提供了术语表，解释了各种术语、缩写和定义，有助于我们更好地理解文档内容。

八、机械、封装与订购信息：选择合适的封装与订购方式

文档中提供了该系列产品的机械、封装和订购信息，包括不同型号的封装类型、引脚数量、包装数量、RoHS合规性、引脚镀层/球材料、MSL评级/峰值回流温度、工作温度范围和零件标记等。我们可以根据具体的需求选择合适的封装和订购方式。

SN65HVD17xx系列故障保护型RS - 485收发器以其出色的性能、丰富的特性和广泛的应用场景，为RS - 485和RS - 422网络通信提供了可靠的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的型号，并遵循设计要点和布局指南，以确保设备的稳定运行和通信性能。希望本文对各位电子工程师在使用SN65HVD17xx系列产品时有所帮助。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。