SN65HVD3x：3.3-V全双工RS - 485收发器的详细解析

作为电子工程师，在设计通信系统时，RS - 485收发器是我们常用的器件之一。今天就来深入剖析一下德州仪器（TI）的SN65HVD3x系列3.3 - V全双工RS - 485收发器，希望能为大家在实际设计中提供一些有用的参考。

文件下载：sn65hvd34.pdf

一、器件概述

SN65HVD3x系列包含SN65HVD30、SN65HVD31、SN65HVD32、SN65HVD33、SN65HVD34和SN65HVD35等型号，是专为RS - 422和RS - 485数据传输设计的三态差分线路驱动器和差分输入线路接收器，采用3.3V电源供电。这个系列有三种速度等级，分别适用于1Mbps、5Mbps和26Mbps的数据传输，能满足不同应用场景对数据速率的要求。

二、器件特性

2.1 节点扩展性强

提供1/8单位负载选项，总线上最多可连接256个节点，大大增强了系统的可扩展性。这对于需要连接多个设备的工业自动化、楼宇自动化等应用场景非常友好。

2.2 静电放电（ESD）保护出色

总线引脚的ESD保护超过15kV HBM，能有效防止静电对器件造成损坏，提高了器件在复杂工业环境中的可靠性。

2.3 低功耗待机模式

低电流待机模式下电流小于1μA，在一些对功耗要求较高的应用中，如电池供电的设备，能有效延长设备的续航时间。

2.4 热插拔保护

具备无干扰上电和掉电保护功能，适用于热插拔应用。在设备需要频繁插拔的场景下，能避免因插拔过程中的电压波动对器件和系统造成损害。

2.5 故障安全设计

接收器对总线的空闲、开路和短路等故障状态具有故障安全功能，确保在异常情况下接收器输出确定的逻辑高电平，提高了系统的稳定性。

2.6 宽温度范围

所有器件的工作环境温度范围为 - 40°C至85°C，低功耗特性允许根据封装选项在高达105°C或125°C的温度下工作，能适应不同的恶劣环境。

三、器件对比

基础型号	信号速率	单位负载	使能引脚
SN65HVD30	26Mbps	1/2	无
SN65HVD31	5Mbps	1/8	无
SN65HVD32	1Mbps	1/8	无
SN65HVD33	26Mbps	1/2	有
SN65HVD34	5Mbps	1/8	有
SN65HVD35	1Mbps	1/8	有

从这个对比表中可以看出，不同型号在信号速率、单位负载和使能引脚方面存在差异。在实际设计中，我们可以根据具体的应用需求，如数据传输速率、总线负载能力和控制方式等，来选择合适的型号。

四、引脚配置与功能

SN65HVD3x系列器件有不同的封装形式，如8引脚SOIC、14引脚SOIC和20引脚VQFN等。每个引脚都有其特定的功能，例如：

• A和B：总线输入，作为接收器的互补输入。
• D：数字输入，用于驱动数据输入。
• DE：驱动器使能，高电平有效。
• RE：接收器使能，低电平有效。
• R：数字输出，用于接收数据输出。
• Y和Z：总线输出，作为驱动器的互补输出。

在进行PCB设计时，我们需要根据引脚的功能合理布局，确保信号传输的稳定性和可靠性。

五、电气特性

5.1 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值非常重要，它规定了器件在正常工作时所能承受的最大电压、电流和温度等参数。例如，电源电压Vcc的范围为 - 0.3V至6V，任何总线端子（A、B、Y、Z）的电压范围为 - 9V至14V等。在设计电源和总线电路时，必须确保这些参数在额定范围内，否则可能会导致器件损坏。

5.2 ESD额定值

该系列器件的ESD额定值表现出色，总线引脚和GND的人体模型（HBM）ESD保护达到±16000V，所有引脚的HBM ESD保护为 + 4000V，带电设备模型（CDM）ESD保护为 + 1000V。这使得器件在静电环境中具有较高的抗干扰能力。

5.3 推荐工作条件

推荐工作条件规定了器件在最佳性能下的工作参数范围。例如，电源电压Vcc推荐范围为3V至3.6V，不同型号的信号速率也有相应的推荐值。在设计时，我们应尽量让器件在推荐工作条件下运行，以保证其性能的稳定性和可靠性。

5.4 电气特性详细参数

文档中还详细给出了驱动器和接收器的电气特性参数，如稳态差分输出电压、共模输出电压、输入电流、输出电流等。这些参数对于我们评估器件的性能、设计匹配电路和进行信号完整性分析非常重要。

六、应用与实现

6.1 应用场景

SN65HVD3x系列器件广泛应用于各种领域，如工业、过程和楼宇自动化、销售点（POS）系统、公用事业仪表、DTE和DCE接口等。在这些应用中，RS - 485通信协议以其长距离传输、高抗干扰能力和多节点连接的优势，成为了数据传输的首选方案。

6.2 典型应用设计

在全双工RS - 485网络中，通常由多个收发器并行连接到两条总线电缆上。一条信号对用于主驱动器向多个从接收器传输数据，另一条信号对用于多个从驱动器向主接收器传输数据。为了避免总线冲突，从驱动器需要间歇性地使能和禁用，确保同一时间只有一个驱动器处于工作状态。

6.3 设计注意事项

6.3.1 数据速率与总线长度

数据速率和总线长度之间存在反比关系。数据速率越高，允许的电缆长度就越短；反之，数据速率越低，电缆长度可以更长。在设计时，我们需要根据实际需求合理选择数据速率和电缆长度，以保证数据传输的准确性。

6.3.2 短截线长度

短截线是指节点与总线之间的连接距离，应尽量缩短。短截线过长会引入反射，影响信号质量。一般来说，短截线的电气长度应小于驱动器上升时间的十分之一。

6.3.3 总线负载

RS - 485标准规定，一个合格的驱动器必须能够驱动32个单位负载。SN65HVD30和SN65HVD33是1/2单位负载收发器，总线上最多可连接64个接收器；SN65HVD31、SN65HVD32、SN65HVD34和SN65HVD35是1/8单位负载收发器，总线上最多可连接256个接收器。在设计总线拓扑结构时，需要考虑总线负载的影响，确保驱动器能够正常工作。

6.4 电源与布局建议

6.4.1 电源

为了确保器件在所有数据速率和电源电压下可靠工作，每个电源都应使用一个100nF的陶瓷电容进行去耦，并且该电容应尽可能靠近电源引脚。这样可以减少开关电源输出的电压纹波，补偿PCB电源平面的电阻和电感。

6.4.2 布局

在PCB设计中，应采用高频布局技术，以应对工业环境中可能出现的EFT和浪涌瞬变。例如，将保护电路靠近总线连接器放置，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，避免瞬变电流偏离信号路径等。

七、总结

SN65HVD3x系列3.3 - V全双工RS - 485收发器以其丰富的特性、出色的性能和广泛的应用场景，成为了电子工程师在RS - 485通信设计中的理想选择。在实际设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择器件型号，注意电气特性和设计细节，确保系统的稳定性和可靠性。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地理解和应用SN65HVD3x系列器件。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。