ISO308x隔离式RS - 485收发器：特性、应用与设计要点

引言

在工业自动化、安防系统等众多领域，可靠的数据传输至关重要。RS - 485作为一种常用的串行通信标准，在长距离、多节点通信中表现出色。而ISO308x系列隔离式5 - V全双工和半双工RS - 485收发器，更是为RS - 485通信提供了更强大的功能和更高的可靠性。下面我们就来详细了解一下ISO308x系列收发器。

文件下载：iso3080.pdf

一、产品特性

1. 高性能通信

ISO308x系列收发器满足或超过TIA/EIA RS - 485要求，信号传输速率高达20 Mbps，能够实现高速的数据通信。同时，它采用1/8单位负载设计，一条总线上最多可连接256个节点，大大增加了网络的扩展性。

2. 完善的保护机制

• 热关断保护：当芯片温度过高时，热关断保护功能会自动启动，防止芯片因过热而损坏。
• 低总线电容：典型值为16 pF的低总线电容，减少了信号的衰减和失真，提高了信号传输的质量。
• 高瞬态抗扰度：具有50 kV/μs的典型瞬态抗扰度，能够有效抵抗各种电气噪声瞬态的干扰。
• 故障安全接收器：当总线出现开路、短路或空闲状态时，故障安全接收器能确保接收器输出处于一个安全的状态。

3. 静电放电（ESD）保护

总线引脚具有良好的ESD保护性能，总线引脚与GND2之间的HBM（人体模型）为12 kV，总线引脚与GND1之间的HBM为6 kV，有效保护芯片免受静电损坏。

4. 安全认证

• 符合DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）标准，具有4000 - (V{PK})基本绝缘，560 (V{PK}) (V_{IORM})。
• 通过UL 1577认证，提供2500 (V_{RMS})隔离。
• 满足CSA 62368 - 1标准，具有4000 (V_{PK})隔离。

二、应用领域

ISO308x系列收发器适用于多种领域，如安防系统、化工生产、工厂自动化、电机和运动控制、HVAC和楼宇自动化网络以及联网安全站等。在这些应用中，RS - 485通信需要长距离、多节点的可靠数据传输，ISO308x的高性能和完善保护机制能够很好地满足这些需求。

三、产品描述

1. 类型与功能

• ISO3080和ISO3086是隔离式全双工差分线路驱动器和接收器，适用于需要同时进行发送和接收数据的场景。
• ISO3082和ISO3088是隔离式半双工差分线路收发器，适用于数据发送和接收分时进行的场景。

2. 隔离特性

该系列器件打破了接地回路，允许更大的共模电压范围，非常适合长传输线路。其对称隔离屏障经过测试，根据UL 1577标准，在总线线路收发器和逻辑电平接口之间提供2500 (V_{RMS})的隔离，持续时间为60 s。

3. 抗干扰能力

由于任何电缆I/O都可能受到各种电气噪声瞬态的影响，这些噪声瞬态可能会损坏收发器或附近的敏感电路。而ISO308x系列的隔离设计能够显著增强保护，降低对昂贵控制电路的损坏风险。

4. 工作温度范围

ISO308x系列器件的工作温度范围为–40°C至 + 85°C，能够适应不同的恶劣工业环境。

四、参数规格

1. 绝对最大额定值

包括电源电压、总线I/O端子电压、输入电压、输出电流、结温、存储温度等参数的最大额定值。例如，电源电压 (V{CC1}) 和 (V{CC2}) 的范围为 - 0.3 V至6 V，超过这些额定值可能会导致器件永久性损坏。

2. ESD额定值

提供了人体模型（HBM）和带电设备模型（CDM）的ESD额定值。如总线引脚与GND1之间的HBM为±6000 V，总线引脚与GND2之间的HBM为±12000 V，所有引脚的CDM为±1000 V。

3. 推荐工作条件

对逻辑侧电源电压 (V{CC1})、总线侧电源电压 (V{CC2})、总线I/O引脚电压、输入电压、差分输入电压、负载电阻、输出电流、工作环境温度等参数给出了推荐值。例如，(V{CC1}) 的推荐范围为3.15 V至5.5 V，(V{CC2}) 的推荐范围为4.5 V至5.5 V。

4. 热信息

列出了热阻、表征参数等信息，如结到环境的热阻 (R_{theta JA}) 为79.6 °C/W，这些参数对于散热设计非常重要。

5. 绝缘规格

包括外部间隙、外部爬电距离、绝缘距离、比较跟踪指数、隔离电压等参数。如外部间隙和外部爬电距离均为8 mm，最大重复峰值隔离电压 (V{IORM}) 为560 (V{PK})，最大瞬态隔离电压 (V{IOTM}) 为4000 (V{PK})。

6. 安全相关认证

获得了VDE、CSA、UL等安全认证，具体认证信息包括基本绝缘、隔离等级、工作电压等，为产品在安全要求较高的应用中提供了保障。

7. 安全限制值

旨在最小化输入或输出电路故障时对隔离屏障的潜在损坏，如安全输入、输出或电源电流 (I{S}) 的最大值为286 mA，最大安全温度 (T{S}) 为150 °C。

8. 电气特性

• 驱动器特性：包括驱动差分输出电压、共模输出电压、输入电流、短路输出电流、共模瞬态抗扰度等参数。例如，在无负载时，驱动差分输出电压幅值典型值为4.3 V。
• 接收器特性：如正输入阈值电压、负输入阈值电压、输入迟滞、高电平输出电压、低电平输出电压、输入电流、差分输入电阻、差分输入电容等。例如，输入迟滞典型值为30 mV。

9. 开关特性

包括驱动器和接收器的传播延迟、脉冲宽度失真、输出上升时间和下降时间等参数。例如，ISO3080/82的驱动器传播延迟典型值为0.7 - 1.3 μs。

10. 典型特性曲线

提供了如安全限制电流与温度的热降额曲线、电源电流与数据速率的关系曲线等，帮助工程师更好地了解器件的性能。

五、设计要点

1. 应用与实现

在RS - 485网络设计中，全双工需要两对信号线（四根线），半双工只需一对信号线。为消除线路反射，电缆两端需使用与电缆特性阻抗匹配的终端电阻进行并联终端匹配，这样可以在更长的电缆长度上实现更高的数据速率。设计时，需要考虑数据速率与电缆长度的关系，以及节点与总线连接时的短截线长度，短截线应尽可能短，其电气长度应小于驱动器上升时间的十分之一。

2. 电源供应

为确保在所有数据速率和电源电压下可靠运行，建议在输入和输出电源引脚 ((V{CC 1}) 和 (V{CC 2})) 处使用0.1 - μF的旁路电容，并将其尽可能靠近电源引脚放置。如果应用中只有一个初级侧电源，可借助变压器驱动器（如德州仪器的SN6501）为次级侧生成隔离电源。

3. 电路板布局

由于工业环境中存在EFT和浪涌瞬变，仅靠片上IEC - ESD保护是不够的，需要使用外部瞬态保护器件。PCB设计时，应采用高频布局技术，至少需要四层板，层叠顺序为高速信号层、接地平面、电源平面和低频信号层。高速信号应在顶层布线，避免使用过孔；接地平面应靠近高速信号层；电源平面应靠近接地平面以增加高频旁路电容；低速控制信号可在底层布线。同时，保护电路应靠近总线连接器，旁路电容应靠近 (V{CC}) 引脚，使用至少两个过孔连接 (V{CC}) 和接地，在使能线上使用1 kΩ至10 kΩ的上拉和下拉电阻，必要时在A和B总线线路中插入脉冲保护电阻。

六、总结

ISO308x系列隔离式RS - 485收发器具有高性能、完善的保护机制和多种安全认证等优点，适用于多种工业领域。在设计应用时，工程师需要根据产品的参数规格和设计要点进行合理设计，确保系统的可靠性和稳定性。大家在实际应用中是否遇到过类似收发器的相关问题呢？欢迎在评论区分享交流。