SN65HVD2x系列RS - 485收发器：长距离通信的理想之选

最近在研究RS - 485通信的时候，我发现了德州仪器（TI）的SN65HVD2x系列收发器，感觉是个非常不错的解决方案，今天就来跟大家分享一下。

文件下载：sn65hvd23.pdf

1. 概述

SN65HVD2x系列包括SN65HVD20、SN65HVD21、SN65HVD22、SN65HVD23和SN65HVD24等型号，它们都是RS - 485兼容的半双工收发器。这些设备能够满足不同的通信速率需求，比如SN65HVD22适用于高达500 kbps的通信速率，SN65HVD24适用于3 Mbps，SN65HVD21适用于5 Mbps，而SN65HVD20和SN65HVD23则能支持高达25 Mbps的速率。

RS - 485通信在工业领域应用十分广泛，像工业监控系统就大量使用了RS - 485总线通讯技术。而SN65HVD2x系列收发器正是为满足工业等领域长距离、可靠通信需求而设计的。它不仅具备优秀的性能，还在很多关键特性上表现出色，下面我们来详细看看。

2. 特性亮点

2.1 宽共模电压范围

该系列收发器的共模电压范围为 - 20 V至25 V，这可是TIA/EIA - 485要求的两倍多。在实际应用中，当节点之间距离较远时，不同节点的参考电位（接地）往往会存在较大差异，这就会导致共模电压的产生。而普通的RS - 485收发器通常只能在 - 7 V至12 V的共模电压范围内工作，SN65HVD2x系列凭借其更宽的共模电压范围，就能很好地适应这种情况，从而保证在长距离通信时信号的稳定性和可靠性。大家在设计长距离通信系统时，这个特性可是非常关键的，能有效避免因共模电压问题导致的通信故障。

2.2 接收器均衡技术

SN65HVD23和SN65HVD24采用了接收器均衡技术，这对于改善差分总线应用中的抖动性能非常有帮助。在长电缆通信中，随着电缆长度的增加，信号会出现衰减，而且高频信号的衰减往往比低频信号更严重，这就会导致信号失真，产生抖动。如果抖动幅度超过了接收端MCU或UART的抖动容忍度，就很容易造成位错误，影响通信质量。而接收器均衡技术可以对信号进行调整，补偿电缆的高频损耗，从而减少数据相关的抖动。就好比给信号做了一次“整形手术”，让它能够更准确地被接收端识别。

2.3 低单位负载与多节点支持

SN65HVD2x系列具有降低的单位负载，这使得总线上最多可以连接256个节点。在一些大型的工业自动化系统中，往往需要连接大量的设备进行数据通信，普通的收发器可能无法满足这么多节点的连接需求。而该系列产品通过降低单位负载，减少了每个节点对总线的影响，从而可以支持更多的节点连接，大大提高了系统的扩展性。

2.4 总线I/O保护与故障安全功能

总线I/O具备超过16 - kV HBM的保护能力，这能有效防止静电放电等因素对设备造成损坏。在工业环境中，静电、浪涌等情况时有发生，如果设备没有良好的保护措施，很容易受到损坏。同时，接收器还具有故障安全功能，在开路、短路和总线空闲等情况下，能在250微秒内提供高电平输出，避免噪声被当作有效数据接收。比如在电缆断开或者线路短路时，这个功能就能保证系统不会误判数据，提高了系统的可靠性。

2.5 低待机电源电流与高接收器迟滞

待机电源电流最大仅为1 µA，这在一些对功耗要求较高的应用中非常重要，能有效降低系统的整体功耗。而超过100 mV的接收器迟滞则有助于提高接收器对噪声的抗干扰能力，使接收器能够更准确地识别信号，减少误判的可能性。

3. 应用场景

3.1 长电缆解决方案

在一些需要长距离通信的场景中，如智能建筑中的分布式控制系统，各个设备之间的距离可能较远，需要使用长电缆进行连接。SN65HVD2x系列凭借其宽共模电压范围和接收器均衡技术，能够很好地适应长电缆带来的信号衰减和干扰问题，保证通信的可靠性。

3.2 工业自动化

工业自动化系统通常包含大量的传感器、执行器等设备，这些设备需要通过总线进行数据通信。该系列产品支持多节点连接，并且具备良好的抗干扰能力和故障安全功能，能够满足工业自动化系统对通信稳定性和可靠性的要求。

3.3 安防网络

安防网络中的摄像头、门禁系统等设备分布广泛，通信距离可能较长。SN65HVD2x系列可以保障这些设备之间的稳定通信，确保安防系统的正常运行。

3.4 其他应用

还适用于建筑HVAC、电力逆变器、工业驱动器和航空电子等领域，在这些领域中，往往存在复杂的电气环境，该系列产品的宽共模电压范围和抗干扰能力能够使其在这种恶劣环境下稳定工作。

4. 不同型号对比

4.1 通信速率与节点数量

型号	电缆长度与信号速率	节点数量
SN65HVD20	25 Mbps时可达50 m，最多64个节点	64
SN65HVD21	5 Mbps（带压摆率限制）时可达150 m，最多256个节点	256
SN65HVD22	500 kbps（带压摆率限制）时可达1200 m，最多256个节点	256
SN65HVD23	25 Mbps（带接收器均衡）时可达160 m，最多64个节点	64
SN65HVD24	3 Mbps（带接收器均衡）时可达500 m，最多256个节点	256

4.2 功能特点差异

SN65HVD20提供高信号速率，适用于对通信速率要求较高的场景；SN65HVD21和SN65HVD22通过控制驱动器输出压摆率，减少高频噪声发射，适用于对噪声敏感的应用；SN65HVD23和SN65HVD24采用接收器均衡技术，能改善长电缆通信中的抖动性能。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，如通信距离、信号速率、噪声环境等因素，来选择合适的型号。

5. 引脚配置与功能

SN65HVD2x系列采用8引脚封装，各引脚功能明确。A和B引脚作为总线输入和输出，用于驱动器输出或接收器输入；D引脚是驱动器数据输入；DE引脚用于驱动器使能，高电平有效；GND为本地设备接地；R引脚是接收数据输出；RE引脚用于接收器使能，低电平有效；VCC提供4.5 - V至5.5 - V的电源。理解这些引脚的功能对于正确使用该系列收发器至关重要。

6. 设计注意事项

6.1 电源与布局

为确保在所有数据速率和电源电压下可靠运行，每个电源都需要用一个100 - nF的陶瓷电容进行去耦，并尽可能靠近电源引脚放置。在布局方面，电源和接地网络应采用平面布线，并且宽度要尽可能大，以减小电阻和电感，同时增大寄生电容。此外，还需要注意差分走线的匹配，尽量减少差分噪声的影响。

6.2 瞬态保护

如果使用外部元件（如瞬态电压抑制二极管）进行瞬态保护，要将它们放置在靠近连接器端口的位置，并确保元件电容足够小，不会影响所选数据速率下的RS - 485信号。还可以使用小阻值的串联脉冲保护电阻来提供额外的抗瞬态能力，但电阻值必须小于10 Ω，以免过度衰减RS - 485信号。

6.3 测试模式

SN65HVD2x系列存在一种测试模式，当输入信号满足特定条件时，驱动器输出可能会暂时禁用。不过，这种情况通常很少发生，并且正常的稳态逻辑输入不会触发该测试模式。在设计时，我们需要了解这些条件，避免意外进入测试模式，影响数据传输。

7. 总结

SN65HVD2x系列收发器以其宽共模电压范围、接收器均衡技术、低单位负载、良好的保护功能和低功耗等特性，为长距离、高可靠性的RS - 485通信提供了优秀的解决方案。在实际设计中，我们要充分考虑不同型号的特点和应用场景的需求，同时注意电源、布局和瞬态保护等方面的设计要点，这样才能充分发挥该系列收发器的性能，确保系统的稳定运行。大家在使用过程中遇到什么问题，欢迎一起讨论交流。