探索ISOx5隔离型RS-485收发器：特性、应用与设计要点

引言

在工业自动化、安全系统等领域，可靠的数据传输至关重要。RS - 485作为一种常用的通信标准，在长距离、多节点通信中发挥着重要作用。而ISOx5系列隔离型3.3 - V半双工和全双工RS - 485收发器，为解决数据传输中的电气隔离和抗干扰问题提供了有效的解决方案。本文将深入探讨ISOx5系列收发器的特性、应用场景以及设计过程中的关键要点。

文件下载：iso15.pdf

一、ISOx5系列收发器概述

ISOx5系列包括ISO15、ISO35、ISO15M和ISO35M等型号。其中，ISO15和ISO15M是隔离型半双工差分线路驱动器和接收器，ISO35和ISO35M则是隔离型全双工差分线路收发器，适用于TIA/EIA 485/422应用。这些器件能够提供高达2500 $V_{rms}$ 的电隔离，确保数据在不同电位之间安全传输。

特性亮点

1. 电气性能优越：满足或超过TIA/EIA RS - 485要求，具有1/8单位负载，允许总线上连接多达256个节点；信号速率高达1 Mbps，能满足大多数应用的数据传输需求。
2. 保护机制完善：具备热关断保护功能，当器件温度过高时自动关闭，防止损坏；低总线电容（典型值为16 pF），减少信号干扰；典型瞬态抗扰度为50 kV/μs，有效抵御电气噪声；接收器具有故障安全功能，在总线开路、短路或空闲时能保证输出稳定。
3. 电压兼容性好：3.3 - V输入具有5 - V容差，增强了与不同电压系统的兼容性。
4. 安全认证齐全：获得了多项安全和法规认证，如符合DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）的4000 - Vpk $V{IOTM}$ 和560 - VPK $V{IORM}$ ，以及UL 1577和CSA 62368 - 1的2500 VRMS隔离额定值。

应用场景广泛

ISOx5系列收发器适用于多种场景，包括安全系统、化工生产、工厂自动化、电机和运动控制、HVAC和建筑自动化网络以及网络安全站等。在这些应用中，电气噪声和瞬态干扰可能会对收发器和敏感电路造成损害，而ISOx5的隔离特性能够显著提高保护能力，降低昂贵控制电路受损的风险。

二、器件详细描述

功能模式

驱动模式

当驱动使能引脚DE为逻辑高电平时，差分输出Y和Z跟随数据输入D的逻辑状态。D为高电平时，Y为高，Z为低，差分输出电压 $V{OD}=V{(Y)}-V{(Z)}$ 为正；D为低电平时，输出状态反转， $V{OD}$ 为负。当DE为低电平时，两个输出均为高阻态。DE引脚内部有下拉电阻接地，因此悬空时驱动器默认禁用；D引脚内部有上拉电阻连接到 $V_{CC}$ ，驱动器使能且D引脚悬空时，输出Y为高，Z为低。

接收模式

当接收使能引脚RE为逻辑低电平时，接收器使能。当差分输入电压 $V{ID}=V{(A)}-V{(B)}$ 为正且高于正输入阈值 $V{IT+}$ 时，接收器输出R为高；当 $V{ID}$ 为负且低于负输入阈值 $V{IT-}$ 时，R为低；当 $V{ID}$ 在 $V{IT+}$ 和 $V_{IT-}$ 之间时，输出不确定。当RE为逻辑高电平或悬空时，接收器输出为高阻态。接收器输入的内部偏置使得在收发器与总线断开（开路）、总线线路短路或总线空闲时，输出为故障安全高电平。

引脚配置与功能

ISOx5系列采用16引脚SOIC封装，各引脚功能明确。例如，A和B引脚分别为非反相和反相总线输入或输出（ISO15x）或输入（ISO35x）；D为驱动器输入；DE为驱动器逻辑高使能输入；RE为接收器逻辑低使能；R为接收器输出等。详细的引脚功能可参考相关表格。

三、规格参数分析

绝对最大额定值

规定了器件在各种条件下能够承受的最大电压、电流和温度等参数。例如，电源电压 $V{CC1}$ 和 $V{CC2}$ 的范围为 - 0.3 V至6 V，任何总线I/O端子的电压范围为 - 9 V至14 V等。超出这些额定值可能会导致器件永久性损坏。

ESD额定值

体现了器件对静电放电的耐受能力。不同引脚的ESD额定值不同，如总线引脚和GND1的人体模型（HBM）ESD额定值为 + 6000 V，总线引脚和GND2的HBM ESD额定值为 ± 16000 V等。

推荐工作条件

为器件的正常工作提供了参考范围。例如，电源电压 $V{CC1}$ 和 $V{CC2}$ 推荐为3.15 V至3.6 V，工作环境温度ISO15和ISO35为 - 40°C至85°C，ISO15M和ISO35M为 - 55°C至125°C等。

电气特性

包括驱动器和接收器的各项电气参数，如驱动器差分输出电压幅度、共模输出电压、输入电流等，以及接收器的输入阈值电压、输出电压等。这些参数对于评估器件的性能和设计电路至关重要。

开关特性

描述了驱动器和接收器在信号切换时的时间特性，如差分输出上升时间和下降时间、传播延迟等。这些特性影响着数据传输的速度和准确性。

四、应用与设计要点

应用信息

ISO15x和ISO35x系列常用于异步数据传输。全双工实现需要两对信号（四根线），允许每个节点在一对线上发送数据的同时在另一对线上接收数据；半双工传输则只使用一对线，用于发送和接收数据共享。为消除线路反射，电缆两端应使用与电缆特性阻抗匹配的终端电阻。

设计要求

在设计RS - 485网络时，需要考虑多个参数，如上拉和下拉电阻取值为1 kΩ至10 kΩ，去耦电容为100 nF等。同时，数据速率和电缆长度之间存在反比关系，连接节点时，收发器输入与电缆主干之间的短截线应尽可能短，一般短截线的电气长度或往返延迟应小于驱动器上升时间的十分之一。

详细设计过程

在PCB设计中，由于片上IEC - ESD保护不足以应对工业环境中的EFT和浪涌瞬变，需要使用外部瞬态保护器件。采用高频布局技术，至少四层PCB设计，层叠顺序为高速信号层、接地层、电源层和低频信号层。将保护电路靠近总线连接器，使用VCC和接地层提供低电感路径，合理放置旁路电容和保护器件，使用脉冲防护电阻等措施，以提高系统的抗干扰能力。

五、总结与思考

ISOx5系列隔离型RS - 485收发器凭借其优越的电气性能、完善的保护机制和广泛的应用场景，为工程师在设计长距离、多节点通信系统时提供了可靠的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择器件和设计电路，充分考虑各项参数和设计要点，以确保系统的稳定性和可靠性。同时，随着技术的不断发展，我们也需要关注新的标准和技术，不断优化设计方案，以适应更复杂的工业环境。你在使用ISOx5系列收发器时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。