ISO308x隔離式RS - 485收發(fā)器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言

在工業(yè)自動(dòng)化、安防系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域，可靠的數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要。RS - 485作為一種常用的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，在長(zhǎng)距離、多節(jié)點(diǎn)通信中表現(xiàn)出色。而ISO308x系列隔離式5 - V全雙工和半雙工RS - 485收發(fā)器，更是為RS - 485通信提供了更強(qiáng)大的功能和更高的可靠性。下面我們就來(lái)詳細(xì)了解一下ISO308x系列收發(fā)器。

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一、產(chǎn)品特性

1. 高性能通信

ISO308x系列收發(fā)器滿足或超過(guò)TIA/EIA RS - 485要求，信號(hào)傳輸速率高達(dá)20 Mbps，能夠?qū)崿F(xiàn)高速的數(shù)據(jù)通信。同時(shí)，它采用1/8單位負(fù)載設(shè)計(jì)，一條總線上最多可連接256個(gè)節(jié)點(diǎn)，大大增加了網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性。

2. 完善的保護(hù)機(jī)制

• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)芯片溫度過(guò)高時(shí)，熱關(guān)斷保護(hù)功能會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，防止芯片因過(guò)熱而損壞。
• 低總線電容：典型值為16 pF的低總線電容，減少了信號(hào)的衰減和失真，提高了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。
• 高瞬態(tài)抗擾度：具有50 kV/μs的典型瞬態(tài)抗擾度，能夠有效抵抗各種電氣噪聲瞬態(tài)的干擾。
• 故障安全接收器：當(dāng)總線出現(xiàn)開路、短路或空閑狀態(tài)時(shí)，故障安全接收器能確保接收器輸出處于一個(gè)安全的狀態(tài)。

3. 靜電放電（ESD）保護(hù)

總線引腳具有良好的ESD保護(hù)性能，總線引腳與GND2之間的HBM（人體模型）為12 kV，總線引腳與GND1之間的HBM為6 kV，有效保護(hù)芯片免受靜電損壞。

4. 安全認(rèn)證

• 符合DIN EN IEC 60747 - 17（VDE 0884 - 17）標(biāo)準(zhǔn)，具有4000 - (V{PK})基本絕緣，560 (V{PK}) (V_{IORM})。
• 通過(guò)UL 1577認(rèn)證，提供2500 (V_{RMS})隔離。
• 滿足CSA 62368 - 1標(biāo)準(zhǔn)，具有4000 (V_{PK})隔離。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

ISO308x系列收發(fā)器適用于多種領(lǐng)域，如安防系統(tǒng)、化工生產(chǎn)、工廠自動(dòng)化、電機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制、HVAC和樓宇自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)以及聯(lián)網(wǎng)安全站等。在這些應(yīng)用中，RS - 485通信需要長(zhǎng)距離、多節(jié)點(diǎn)的可靠數(shù)據(jù)傳輸，ISO308x的高性能和完善保護(hù)機(jī)制能夠很好地滿足這些需求。

三、產(chǎn)品描述

1. 類型與功能

• ISO3080和ISO3086是隔離式全雙工差分線路驅(qū)動(dòng)器和接收器，適用于需要同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的場(chǎng)景。
• ISO3082和ISO3088是隔離式半雙工差分線路收發(fā)器，適用于數(shù)據(jù)發(fā)送和接收分時(shí)進(jìn)行的場(chǎng)景。

2. 隔離特性

該系列器件打破了接地回路，允許更大的共模電壓范圍，非常適合長(zhǎng)傳輸線路。其對(duì)稱隔離屏障經(jīng)過(guò)測(cè)試，根據(jù)UL 1577標(biāo)準(zhǔn)，在總線線路收發(fā)器和邏輯電平接口之間提供2500 (V_{RMS})的隔離，持續(xù)時(shí)間為60 s。

3. 抗干擾能力

由于任何電纜I/O都可能受到各種電氣噪聲瞬態(tài)的影響，這些噪聲瞬態(tài)可能會(huì)損壞收發(fā)器或附近的敏感電路。而ISO308x系列的隔離設(shè)計(jì)能夠顯著增強(qiáng)保護(hù)，降低對(duì)昂貴控制電路的損壞風(fēng)險(xiǎn)。

4. 工作溫度范圍

ISO308x系列器件的工作溫度范圍為–40°C至 + 85°C，能夠適應(yīng)不同的惡劣工業(yè)環(huán)境。

四、參數(shù)規(guī)格

1. 絕對(duì)最大額定值

包括電源電壓、總線I/O端子電壓、輸入電壓、輸出電流、結(jié)溫、存儲(chǔ)溫度等參數(shù)的最大額定值。例如，電源電壓 (V{CC1}) 和 (V{CC2}) 的范圍為 - 0.3 V至6 V，超過(guò)這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞。

2. ESD額定值

提供了人體模型（HBM）和帶電設(shè)備模型（CDM）的ESD額定值。如總線引腳與GND1之間的HBM為±6000 V，總線引腳與GND2之間的HBM為±12000 V，所有引腳的CDM為±1000 V。

3. 推薦工作條件

對(duì)邏輯側(cè)電源電壓 (V{CC1})、總線側(cè)電源電壓 (V{CC2})、總線I/O引腳電壓、輸入電壓、差分輸入電壓、負(fù)載電阻、輸出電流、工作環(huán)境溫度等參數(shù)給出了推薦值。例如，(V{CC1}) 的推薦范圍為3.15 V至5.5 V，(V{CC2}) 的推薦范圍為4.5 V至5.5 V。

4. 熱信息

列出了熱阻、表征參數(shù)等信息，如結(jié)到環(huán)境的熱阻 (R_{theta JA}) 為79.6 °C/W，這些參數(shù)對(duì)于散熱設(shè)計(jì)非常重要。

5. 絕緣規(guī)格

包括外部間隙、外部爬電距離、絕緣距離、比較跟蹤指數(shù)、隔離電壓等參數(shù)。如外部間隙和外部爬電距離均為8 mm，最大重復(fù)峰值隔離電壓 (V{IORM}) 為560 (V{PK})，最大瞬態(tài)隔離電壓 (V{IOTM}) 為4000 (V{PK})。

6. 安全相關(guān)認(rèn)證

獲得了VDE、CSA、UL等安全認(rèn)證，具體認(rèn)證信息包括基本絕緣、隔離等級(jí)、工作電壓等，為產(chǎn)品在安全要求較高的應(yīng)用中提供了保障。

7. 安全限制值

旨在最小化輸入或輸出電路故障時(shí)對(duì)隔離屏障的潛在損壞，如安全輸入、輸出或電源電流 (I{S}) 的最大值為286 mA，最大安全溫度 (T{S}) 為150 °C。

8. 電氣特性

• 驅(qū)動(dòng)器特性：包括驅(qū)動(dòng)差分輸出電壓、共模輸出電壓、輸入電流、短路輸出電流、共模瞬態(tài)抗擾度等參數(shù)。例如，在無(wú)負(fù)載時(shí)，驅(qū)動(dòng)差分輸出電壓幅值典型值為4.3 V。
• 接收器特性：如正輸入閾值電壓、負(fù)輸入閾值電壓、輸入遲滯、高電平輸出電壓、低電平輸出電壓、輸入電流、差分輸入電阻、差分輸入電容等。例如，輸入遲滯典型值為30 mV。

9. 開關(guān)特性

包括驅(qū)動(dòng)器和接收器的傳播延遲、脈沖寬度失真、輸出上升時(shí)間和下降時(shí)間等參數(shù)。例如，ISO3080/82的驅(qū)動(dòng)器傳播延遲典型值為0.7 - 1.3 μs。

10. 典型特性曲線

提供了如安全限制電流與溫度的熱降額曲線、電源電流與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系曲線等，幫助工程師更好地了解器件的性能。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

在RS - 485網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，全雙工需要兩對(duì)信號(hào)線（四根線），半雙工只需一對(duì)信號(hào)線。為消除線路反射，電纜兩端需使用與電纜特性阻抗匹配的終端電阻進(jìn)行并聯(lián)終端匹配，這樣可以在更長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮數(shù)據(jù)速率與電纜長(zhǎng)度的關(guān)系，以及節(jié)點(diǎn)與總線連接時(shí)的短截線長(zhǎng)度，短截線應(yīng)盡可能短，其電氣長(zhǎng)度應(yīng)小于驅(qū)動(dòng)器上升時(shí)間的十分之一。

2. 電源供應(yīng)

為確保在所有數(shù)據(jù)速率和電源電壓下可靠運(yùn)行，建議在輸入和輸出電源引腳 ((V{CC 1}) 和 (V{CC 2})) 處使用0.1 - μF的旁路電容，并將其盡可能靠近電源引腳放置。如果應(yīng)用中只有一個(gè)初級(jí)側(cè)電源，可借助變壓器驅(qū)動(dòng)器（如德州儀器的SN6501）為次級(jí)側(cè)生成隔離電源。

3. 電路板布局

由于工業(yè)環(huán)境中存在EFT和浪涌瞬變，僅靠片上IEC - ESD保護(hù)是不夠的，需要使用外部瞬態(tài)保護(hù)器件。PCB設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用高頻布局技術(shù)，至少需要四層板，層疊順序?yàn)楦咚傩盘?hào)層、接地平面、電源平面和低頻信號(hào)層。高速信號(hào)應(yīng)在頂層布線，避免使用過(guò)孔；接地平面應(yīng)靠近高速信號(hào)層；電源平面應(yīng)靠近接地平面以增加高頻旁路電容；低速控制信號(hào)可在底層布線。同時(shí)，保護(hù)電路應(yīng)靠近總線連接器，旁路電容應(yīng)靠近 (V{CC}) 引腳，使用至少兩個(gè)過(guò)孔連接 (V{CC}) 和接地，在使能線上使用1 kΩ至10 kΩ的上拉和下拉電阻，必要時(shí)在A和B總線線路中插入脈沖保護(hù)電阻。

六、總結(jié)

ISO308x系列隔離式RS - 485收發(fā)器具有高性能、完善的保護(hù)機(jī)制和多種安全認(rèn)證等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種工業(yè)領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，工程師需要根據(jù)產(chǎn)品的參數(shù)規(guī)格和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似收發(fā)器的相關(guān)問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。