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[参考译文] SN65HVD71:串联电阻器、端接电阻器和上拉/下拉电阻器、用于失效防护。

Guru**** 2540720 points
Other Parts Discussed in Thread: SN65HVD71

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/interface-group/interface/f/interface-forum/1556104/sn65hvd71-series-resistor-termination-resistor-and-pull-up-and-pull-down-for-fail-safe

部件号:SN65HVD71


工具/软件:

您好、
我有一些与设计相关的问题

我的应用将在 40mA 附近使用、这意味着 40mA RS RS-485 IC 必须在两个器件之间使用大约 1.8m 的电缆通过该电缆  
仅 设备 A 主器件和从器件之间的 UART 通信模式。

1.我是否需要上拉和下拉以提供额外保护、说 IC 具有失效防护操作、应该如何确定上拉和下拉的值。

2.由于 RS RS-485 连接器会暴露在外界环境中、总是存在 ESD 风险、因此我的标准规定 8kV 空气接触放电和 4kV 接触放电、所以我需要在设计时使其能够承受 ESD、那么我应该只使用 TVS 二极管或使用串联电阻的齐纳二极管吗?

是否需要串联电阻、该电阻的值应该是多少? 串联电阻器的位置和保护之前或之后的位置。

需要端接电阻器、因为我只有一个器件连接到主器件 、是否仍需要端接电阻器? 鉴于我的产品处于电池供电状态、我应该选择什么值以及它会如何影响我的电流消耗。

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    您好!

    1.差分总线上不需要上拉/下拉电阻、因为该器件具有集成的空闲总线、开路总线、短路总线失效防护保护功能。 即当总线开路、空闲或短路时、“R"引“引脚的输出将为逻辑高电平。 但对于“R"引“引脚输出、通常最好添加上拉电阻器、因为大多数 UART 应用中通常需要上拉电阻器 — 该值会有所不同,但通常在 1.5k 和 10k 之间是最常见的值(通常 1.5k 至 4.7k 是最常见的值、但有些基于 10k 的应用可以正常工作)。  

    2. TVS 二极管始终是一般推荐的保护方式 — 通常某些 SM712 型器件最常用于 RS - 485 应用。  

    3.不需要串联电阻 — 但如果在 IC 和 TVS 二极管之间添加一个防脉冲 10 欧姆电阻器(因此会形成厚膜或绕线),则可以提高节点的稳健性 — 该电阻在大多数应用中不是必需的,但依次为:IC ->串联电阻->差分端接(差分对之间 120 欧姆)-> TVS 二极管(TVS 二极管应靠近连接器) ->连接 RS RS-485 总线其余部分的连接器。  

    4.一般而言, RS 485 标准规定您需要在总线的开始和结束处有 2 个 120 欧姆端接 — 因此,对于像这样的点 对点应用,这意味着每个差分对端接一个 120 欧姆电阻器,传输介质具有 120 欧姆的特性阻抗,这是标准,最好遵循。 此设备是全双工的、因此将有 4 个终端 — 每个节点 2 个、A 和 B 之间一个、Y 和 Z 之间一个  

    也就是说 、并非所有应用都真正 需要端接、这主要取决于数据速率和您使用的转换时间特定器件(列出的最快值)。  

    在我们查看特定数据速率之前(该器件的最大速率为 400kbps,如果您需要更快地进行选择,则需要选择不同的器件)。  

    对于 SN65HVD71、最短差分驱动器时间为 100ns、这意味着在开始看到反射之前允许的最长未端接传输线路一段基于以下公式:

    L <=(t_r、t_f (min))/10 * Vp — 其中此器件的 tr、tf 的 (min) 为 100ns、Vp 是通过传输介质的信号相位速度(因此将是 C 的某个百分比 — 标准 RS –485 电缆的 Vp 为 78%* c — 但 Vp 是两个节点之间 PCB 布线和电缆的物理属性)。 为了让事情简单从一个例子的角度来看,让我们假设 Vp = 0.78*c 为您的系统(它可能不是这样,所以你应该再次检查你的侧)  

    L <= 100ns/10 * 0.78 * c -> 2.338m;即如果 Vp 为 0.78c、此器件的最大未端接残桩长度为 2.338m — 任何小于该长度的器件都不需要端接,您可以假装没有传输线路效应。 如果超过 2.338m,产生的反射仅发生在信号转换时,因为这种情况只涉及信号转换,但这是系统中最严格的长度要求 — 由于直接数据速率只有 1.8m、最大数据速率为 400kbps、您不会看到反射。  

    在您的应用中,您很可能不需要端接 — 但是,我会为端接添加一个电阻焊盘,以防您以后确实需要它们(这种情况不太可能发生-这是一个非常慢的器件,因此在需要端接之前,您可以获得更多的空间) 

    此致、

    Parker Dodson

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    尊敬的 Parker:
    解释得很好
    我需要更多的回答

    1.考虑到我有上拉和下拉电阻、这些电阻由 4.7K 和 3.3V 上拉、因为它们将形成分压器、我应该使用哪种封装为 120 欧姆。

    对于串联、我计划使用具有 18V 齐纳二极管的 10 欧姆电阻器、因为 IC 已经受到高达 12kV 的 ESD 保护、这超过了我的标准要求  
    对于 10 欧姆电阻器、应该使用什么封装。

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    您好!

    1.封装尺寸更小,额定功率更多 — 通常,由于驱动器在端接上转储电流,我们建议在 3.3V 下至少使用 A1/8W 电阻 — 您设置的共模偏置将通过端接施加非常小的电流(如果有 1 对上拉/下拉电阻、则在 3.3V 下拉/下拉电阻器上放置~20mV (总线每侧一个)终端只需约~40mV、最大仅约 13uW)。 安全估算电阻额定功率为 VCC^2/R_TERM — 也就是说,如果总线的一条线短接至 VCC、而另一条接地端、则可以强制 VCC 跨接 — 在 120 Ω 且 3.3V 时、可为您提供 90.75mW — 因此 1/8W 电阻器可提供足够的裕度 — 您可能会使用 1/10W 电阻器、但会获得的裕度更小。 如果您采用 1/8W 额定值、可以选择尺寸与 0805 封装一样小的电阻器、但如果您可以在 1/10W 上留有较小的裕度、则可以使用 0603、甚至 0402。 通常、驱动器仅生成 2V 输出差分、因此功耗为 33.3mW、所以在大多数情况下、使用 1/10W 可能会有所收获。

    2.我们建议用于串联电阻的电阻是 CRCW060310R0JNEAC — 它是 0603 封装。 有关齐纳二极管的注意事项是、A/B/Y/Z 引脚的额定绝对最大电压仅为 16.5V、因此超过 16.5 个 ESD 脉冲但低于齐纳导通点的瞬变可能会损坏器件 — 此处串联电阻器将提供帮助-但这确实会增加风险。 之所以将 SM712 TVS 二极管(我们通常建议的二极管是 CDSOT23-SM712) 用于这些类型的应用、是因为它们在制造时考虑了 RS RS-485 器件 — 虽然它们在技术上可以钳制在绝对最大额定值以上-这需要大量电流才能实现(超过典型瞬态所能提供的电流) 它们在 RS 485 标准总线电压工作范围之外开始导通、因此通常非常适合大多数 RS RS-485 应用、并且通常 具有非常高的成本效益。  

    此致、

    Parker Dodson

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    您好、
    感谢您的答复
    什么是计划  
    1.DNP、用于失效防护、因为我信任 IC

    2.DNP 120 欧姆 0603 封装由于我的长度小于 2 米,你能给我计算,我可以证明它。

    根据数据表和 24mA、我要在 8kV 下添加 7V 和 19V 钳位电压的 TVS 二极管、引脚最大可处理的电压为 16.5V、因此我的 TVS 二极管预计会出现约 18V 的电压、最大为 16V 的 IC 可以处理除以 24mA 的电压、当然我不能使用很大的值、但最大为 22 Ω、我将选择 0603 封装。

    现在、如果我直接看到 8kV、我将再选择一个钳位二极管、它会处理电流、以确保没有电流通过我的引脚

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    您好!

    好的、感谢您提供的信息。  

    为了让计算表明您是否需要端接、最严格的如下所示:

    L <= t_r、t_f (min)/10 * Vp

    t_r、t_f (min)-是数据表中列出的最小差分转换时间(下降时间或上升时间-如果它们列为不同规格,以最快为准)、此器件的时间为 100ns。

    Vp — 这是传输介质的相位速度,将是 c * x、其中 x 是 0 和 1 之间的值、c 是光速。 您将需要检查 PCB 布线和节点之间电缆的 Vp、因为这是一个系统参数。 大多数 RS –485 电缆的 Vp 将为大约。 0.78*c — 但请仔细检查,因为这会更改最大长度。  

    其中 Vp = 0.78c 且 t_r、t_f (min)= 100ns、这将为您提供 appx 的最大未端接长度。 2.34m — 在信号转换(信号期间能量最多的位置)时、长度比反射的长度长。 这只占总信号的一小部分。  

    请参阅下面的、了解更多详细注意事项、其中包括数据流中的所有能量、而不仅仅是高频能量、这对于您的特定应用并不那么重要、但您可能会发现此信息对您有所帮助。  

    -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    其他考虑因素将是数据速率推导、但会导致总线时间变长。 即您可以进行的另一项分析是查看谐波和基频。 例如、假设您以 400kbps 的最大速度使用该器件、这种情况下的最坏频率为 200kHz 方波、这意味着基频为 200kHz、因为最坏情况是 200kHz 的脉冲序列、这意味着我们可以忽略偶次谐波、仅关注奇数谐波。  

    当信号波长大于或等于系统电气长度的 1/10(这是总线总长度)时、会发生反射并对应用有害。  

    如果我们查看基频并将其转换为波长-->Vp/f =波长、如果假设 Vp = 0.78c、则公式为 0.78c/200kHz =1.17km、其中 1/10 为 117m、因此在达到 117m 的总线长度之前、您不会期望基频的反射。  

    但是,我们还需要考虑谐波 — 通常我们会切断大约 9 次谐波 — 因此我们可以直接看看这一点。  

    n 次谐波波波长= Vp/(n*f)、这将在因 9 次谐波发生反射之前提供大约 13m 的未端接电缆。  

    因此、最严格的措施基于驱动器的转换时间、这就是 2.34m 数字、而在谐波开始产生影响之前、至少需要 13m 的未端接电缆。 然而最大的能量组成部分是基本的,你不会有这种反射,直到 117m 左右。  

    因此、基本上有三项检查:

    由于驱动器转换时间:2.34m、反射可能开始显示

    谐波引起的反射可能开始显示(第 9 次):13m

    由于基波反射可能开始显示: 117m  

    如何理解这一点是总线长度小于 2.34m 时不存在反射问题的风险 — 2.34m 和 13m 之间的反射风险很小、随着时间的推移风险会高得多。 因此、2.5m 之类的器件可能会在没有适当端接匹配的情况下发生反射、但很可能会很小。  

    请记住、我正在使用 Vp = 0.78c,但您的系统可能并非如此 — 它只是 RS RS-485 系统中非常常见的 Vp 值、因此请务必仔细检查、因为由于信号相位速度的差异、长度可能会略有不同。  

    ----------------------------------------------------------------------------------------

    2. 22 欧姆电阻器应该有助于缓解很大的风险 — 但是如果器件引脚在持续时间内直接暴露在高于最大额定值的情况下,您可能会看到器件损坏-因此我会确保电阻器+ TVS 组合在系统鉴定期间适用于您的系统。  

    如果您有任何其他问题、请告诉我!

    此致、

    Parker Dodson

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    尊敬的 Parker:
    感谢您的详细答复
    我有几个问题

    1.这是我要使用的最终电路  
    2.你看到它的任何部分有任何挑战吗?

    3.信任失效防护偏置功能我具有 DNP R43 和 R50 以及 120 Ω、根据我的计算、我的电缆长度为 2m、波特率为 9600
    4.如何计算 750 欧姆是我的 PCB 上有面积问题,我需要选择 0402 封装
    0.2= Vcc* Rt/Rt+2R、其中 Vcc 为 3.3 Rt 为 120 欧姆、0.2 是 A 和 B 之间的差值
    因此我得到了约 820 欧姆  
    然后使用 3.3/120+2 (820)= 1.87mA 来计算 I
    因此、我可以得到 Va 和 Vb =1.824-1.476 之间的差值、该差值大于 0.3V  
    5.我对你的问题是我做得好还是我错过了任何部分的钙化  
    6.即使我忽略 120 欧姆,我的上拉和下拉的包会变高,我是对的?

    7.解耦我的数据表显示 100nF 我添加了 1uF 我是否正确?

    我正在通过具有最小压降的 MOSFET 启用和禁用 VCC 线路、以便它不会影响我的 Vcc

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    您好!

    串联电阻的放置

    因此、一般而言、我需要立即注意的是失效防护电阻器焊盘相对于串联电阻器的放置。

    基本上、它应该是:

    IC ->串联电阻器->失效防护电阻器焊盘和端接电阻器焊盘。  

    失效防护电阻器计算

    至于失效防护电阻器的计算:

    (所有这些计算均可在此处找到:www.ti.com/.../slyt324.pdf = 1757001275138&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F)   

    VAB = Vs/((0.036 * RFS)- 1)

    其中、RFS 是失效防护电阻器值 (R43 和 R50)

    通常、您会选择 VAB = 250mV(对于符合 RS - 485 标准的器件为 200mV + 50mV 裕度)  

    VS = 3.3V(上拉电压)

    您已将 RFS 设置为 750 — 此公式假设只有一个节点具有失效防护电阻器(只有一个节点应该具有失效防护电阻器 — 单个节点将对整个总线施加偏置。  

    VAB = 3.3/((0.036 * 750)–1)= 126.9mV

    因此、电流设置确实会增加器件失效防护的裕度(器件具有集成的失效防护功能,因此 VID >= 0V 被读为高电平 — 因此 126.9mV 的空闲偏置电压会增加裕度 — 但该值不足以满足传统<xmt-block1> RS</xmt-block> - 485 的要求、因为传统<xmt-block2> RS</xmt-block> 的空闲 VAB 应该>=200mV)。 RS。</s> RS  

    使用 3.3V 电源时、您实际上无法获得 250mV 偏置电压、但对于这种器件来说、这不应该是个问题、因为您甚至不需要失效防护(保留焊盘仍然是一个好主意)。  

    750 欧姆适用于该器件。  

    您可以尝试降低电阻来获得更多偏置、但对于此器件来说没有必要。  

    但是、如果要最大程度地提高此值、则可以执行检查。  

    您需要找到刚好等于 1/(1/RCM - 1/RFS) 的 RINEQ、其中 RCM = 375 Ω(来自 RS –485 标准)、RFS 是失效防护电阻器值。  

    接下来、您需要计算失效防护网络使用的单位负载数

    N = UL/RINEQ = 12k/RINEQ

    UL =一个单位负载= 12k

    使用当前设置:

    N = 12k/750 = 16 — 因此您当前的设置可以处理多达 16 个 UL 节点 — 您当前使用的设备是 1/8 单位负载、因此使用 750 欧姆电阻器您可以支持 16 个 8 节点 — 由于您仅使用 2 个、因此您应该在那里使用。  

    其他原理图问题:

    1.您只需要在 VCC 引脚上使用 100nF 电容 — 您不需要 1uF -但我认为它不应该导致太多的问题才能保留它 — 但它不是必需的。  

    2.您可以让 FET 开启和关闭设备 — 但需要确保输入电压>= 3V 并确保 VCC 电压不小于 3V。

    3.如果您使用 UART 通常、“R"引“引脚通常通过 1.5k 电阻器上拉至 VCC。 这不是器件问题 — 如果“R"线路“线路在空闲条件下未拉至高电平并且“R"引“引脚为高阻态、则许多 UART 应用程序将具有错误的启动条件。  

    4.如果您安装了失效防护电阻器 — 它们只能安装在一个节点上。  

    5.如果您安装了失效防护电阻器 — 安装了这些电阻器的节点端接电阻器不能为 120,因为负载阻抗已发生变化 — 您需要使用 130 欧姆 — 请参阅以下内容:

    此致、

    Parker Dodson