深入剖析LTC2870/LTC2871 RS232/RS485多协议收发器

引言

在当今的电子设备通信领域，RS232和RS485协议是应用广泛的通信标准。LTC2870/LTC2871作为Linear Technology（现属Analog Devices）推出的多协议收发器，为工程师们提供了一种灵活且强大的解决方案。本文将深入探讨这两款收发器的特性、应用以及设计要点，帮助电子工程师更好地理解和应用它们。

文件下载：DC1786A.pdf

产品概述

基本特性

• 多协议支持：LTC2870/LTC2871支持RS232、RS485和RS422协议，可在单个3V至5.5V电源下工作。LTC2870可配置为两个RS232单端收发器或一个RS485差分收发器；LTC2871则能独立控制两个RS232收发器和一个RS485收发器。
• 高速通信：RS485数据速率可达20Mbps，RS232数据速率可达500kbps。
• 集成终端电阻：自动选择集成的RS485（120Ω）和RS232（5kΩ）终端电阻，无需外部电阻和控制继电器。
• 高ESD保护：LTC2870具有±26kV的ESD保护，LTC2871具有±16kV的ESD保护。
• 逻辑回环模式：支持逻辑回环模式，方便进行诊断自测试。
• 宽逻辑接口：逻辑接口电压范围为1.7V至5.5V。
• 多节点支持：RS485接收器支持每个总线最多256个节点。
• 故障保护：RS485接收器具有故障保护功能，可避免UART锁定。

绝对最大额定值

在设计中，必须遵守绝对最大额定值，以确保设备的安全和可靠性。例如，输入电源电压范围为–0.3V至7V，不同引脚的电压和电流限制也有明确规定。同时，不同型号的工作温度范围也有所不同，如LTC2870C/LTC2871C为0°C至70°C，LTC2870I/LTC2871I为–40°C至85°C，LTC2870H为–40°C至125°C。

引脚配置

LTC2870有28引脚的4mm × 5mm QFN和TSSOP封装，LTC2871有38引脚的5mm × 7mm QFN和TSSOP封装。每个引脚都有特定的功能，如VCC为输入电源（3V至5.5V），VL为逻辑电源（1.7V至5.5V），VDD为RS232驱动器的正电源（+7V），VEE为RS232驱动器的负电源（–6.3V）等。

电气特性

电源供应

• VCC电源：工作电压范围为3V至5.5V，在关断模式下，VCC电源电流为8至60µA；在收发器模式下（输出空载），电流为3.3mA。
• VL电源：逻辑电源电压范围为1.7V至VCC，在收发器模式下（输出空载），电流为0至5µA。

RS485驱动器

• 差分输出电压：在不同负载和电源电压条件下，差分输出电压有不同的取值范围，如RL = ∞，VCC = 3V时，最小为1.5V。
• 共模输出电压：在负载为27Ω或50Ω时，共模输出电压最大为3V。
• 三态输出电流：在特定电压条件下，三态输出电流范围为–100至125µA。
• 最大短路电流：最大短路电流为–250至250mA。

RS485接收器

• 输入电流：在特定电压条件下，输入电流范围为–100至125µA。
• 输入电阻：输入电阻为96至125kΩ。
• 差分输入信号阈值电压：为±200mV。
• 输入迟滞：为220mV。
• 差分输入故障保护阈值电压：为–200至0mV。

RS232驱动器和接收器

RS232驱动器和接收器也有各自的电气特性，如输出电压、输入阈值电压、输入电阻等。例如，RS232驱动器的输出低电压为–5至–7.5V，输出高电压为5至7.5V。

开关特性

• RS485交流特性：最大数据速率为20Mbps，驱动器和接收器的传播延迟、上升/下降时间等都有明确的规格。
• RS232交流特性：最大数据速率为100至500kbps，驱动器的压摆率、传播延迟等也有相应的规定。

典型应用

协议切换与终端选择

通过自动选择终端电阻，实现RS232和RS485协议的切换，适用于需要灵活通信的场景。

RS485双工切换

支持半双工和全双工模式的切换，满足不同的通信需求。

同时运行多种协议

可以同时运行RS232和RS485协议，提高系统的通信能力。

设计要点

DC/DC转换器

• 外部组件：DC/DC转换器需要一个10µH的电感器和一些电容器，如2.2µF的旁路电容器、220nF的电荷泵电容器和1µF的存储电容器。
• 多设备供电：多个LTC2870或LTC2871设备可以使用一个设备的升压调节器供电，但需要注意一些限制，如最多四个RS232驱动器可以由一个设备供电。

电感和电容选择

• 电感：推荐使用饱和电流至少为220mA、DCR小于1.3Ω的10µH电感器。
• 电容：使用X5R或X7R介质类型的陶瓷电容器，电压额定值至少为10V。

布局考虑

• 电源引脚：所有VCC引脚必须用低阻抗走线或专用平面连接在一起，VCC引脚附近应放置2.2µF或更大的去耦电容器。
• 信号引脚：连接高速信号A/B和Y/Z的PCB走线应对称且尽可能短，以减少电容不平衡和保持良好的差分信号完整性。

总结

LTC2870/LTC2871多协议收发器具有丰富的特性和广泛的应用场景。电子工程师在设计时，需要充分考虑其电气特性、引脚配置和布局要求，以确保系统的稳定性和可靠性。通过合理的设计和应用，这两款收发器可以为各种通信系统提供高效、灵活的解决方案。你在使用这两款收发器时，是否遇到过一些独特的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。