[参考译文] THVD1451：数据表中 THVD1451的功耗确认

大家好、TI-Support、Eric Schott、

问题仍未解决。

我以前曾发现过该图7。

使用此图、我可以计算出76、7欧姆的有效阻抗。 减去54欧姆的负载电阻、我得到驱动器内部电阻为22、7欧姆。

当我使用300欧姆的负载电阻时、我将获得10mA 的信号电流。

到目前为止、很好。 一切似乎都很清楚。

加上最大3mA 的静态电源电流(驱动器和接收器被启用)、我得到的总电流为13mA。

也没关系。

但看一下“7.6功率耗散”(第9页)的表，列出了300欧姆负载下的典型功耗为360mW。

即使我牢记、该值是在 V_CC = 5、5V 时给出的、它也对应于65.5mA 的电源电流。

当我根据电源电压(即所有内部和外部电阻保持恒定)线性调节此功耗(假设非常粗略)时、3.3V 的电源电压需要39.3mA 的电源电流

这是我的问题。

对于300欧姆的负载、电源电流方面的功耗是必需的。

12mA (正常)或393mA (可能超出电源的能力)。

由于这两个数据值都是根据数据表计算的、并且只有一个值是正确的、因此这些计算中的某个位置必须存在故障。

请帮我识别此错误。

或者、您能否至少为此器件的电源电流提供正确的值。

由3、3V 电源供电。 负载电阻= 300欧姆。 以及驱动器和接收器均已启用、并且工作速率约为30Mbps。

此致

H.-L Reischmann

您好 Reischmann、

我认为、我们在这里看到的不同计算之间的主要差异是交流电流消耗的存在。  上图7显示了不存在通信时器件的电流消耗(D=Vcc)。 由于 RS-485对两个逻辑值都使用对称结构、因此每次总线上发生状态转换时、驱动收发器都必须将总线电容从之前的状态充电至新的所需电压。 这样做的频率越高、所需的平均电流就越大。 这个交流分量被添加到基线计算中、最终得到其他图形中显示的较大电流值和第9页上的功率计算。  

此交流分量主要受总线上的容性负载影响、而直流分量(您使用图7计算得出)随电阻负载变化最大。 为了估算较高电阻负载下的总电源电流需求、我们需要分离交流和直流组件。

首先、让我们从数据表中查看54欧姆负载的规格。 为了找到交流分量、我们可以在给定数据速率下从该负载所需的总电源电流和电压中减去直流分量(在我的初始答复中的图中可以找到43mA)。 从下图中、我们发现该值约为58mA。  

我们得到的交流分量为 TOTAL_54 - DC_54 = 58mA - 43mA = 15mA。 由于该电流取决于总线电容、因此在更改总线的电阻负载时、该电流将几乎保持不变。 要以相同的数据速率、3.3V 和300欧姆找到我们的新总电流、我们可以将您计算得出的13mA 直流分量添加到我们刚刚找到的交流分量中。 TOTAL_300 = DC_300 + AC = 13mA + 15mA = 28mA。

请记住、有一些估算基于许多变量保持不变的假设。 例如、如果您的系统的容性负载与用于创建这些规格的负载不同、所需的交流电流分量将发生变化。 我还想说的是、如果您的功率预算很紧张、并且您不打算在500kbps 以上的速率下运行、那么 THVD1410将具有更好的功率特性、这是因为在该器件变体中使用的转换率较低时、需要的交流电流更少。  

请告诉我这是否合理、或者您对此解释或这些估算有任何疑问。

此致、
Eric Schott

尊敬的 Eric：

感谢您的分析和回答、但我的问题尚未解决。  
但是、在我看来、您的答案表明、您可能会在下一步中真正理解我的问题。

我从您那里收到的所有信息也可以在数据表中找到。
我已经在那里找到了完全相同的信息(细微确认)。
但是、这正是我的问题开始的地方、我认为 数据表中包含的数据彼此冲突的地方。

正如您自己所说的、电源电流在15mA 范围内存在差异 、对此没有任何解释。

重复我的问题：
为了使其更简单一点、我将始终将电源电压保持在3.3V、并将负载电阻保持在54欧姆。

1.您对图7中的信息正确无误：  
在电源电压为3.3V 的情况下、驱动器将为54 Ω 负载提供43mA 的信号电流(输出)。
我同意、这仅对不进行开关的恒定输出信号有效、因此不进行信号传输。  
这是可以理解的、好的。  

2.您对图13中的信息正确无误：  
任何信号传输都将为传输的任何信号位对信号线环的电容进行充电和放电。  
因此、图13显示了从信号速率到电源电流的传递函数的直线。 这是由以下事实引起的：两倍的信号开关将请求两倍的电荷以改变信号线上的电压。 并且每次充电=电流。
即电源电流从10Mbps 增加到50Mbps (相差20mA)是电源电流从19Mbps 增加到20Mbps (相差5mA)的4倍。

###：但是、对于0Mbps 的信号开关速率(将为0Hz = DC)、信号线根本不充电。
因此、该电源电流应与图7中给出的静止条件相同。
根据您自己的计算、存在大约15mA 的差异(我的计算结果与14mA 相似)。

等等--我们在这里比较的是两个不同的参数。
图7显示 了信号电流 (驱动器的输出电流)、而图13显示  了此收发器的总电源电流。
是的、我知道运行该器件需要一些内部电流。 但这是否可以解释缺少14至15mA 的原因？

不是我的理解。 数据表的第10页记录了该单元的静态电源电流。 在同时启用驱动器和接收  器的情况下、该器件的内部电流最大值为3mA (在所有工作温度范围内、甚至在5V 的较高电源电压下)。

因此、图7和图13中给出的电流值之间的实际差值将减小3mA。 但即使如此、对于剩余11mA 的解释仍然缺失。

我认为总电源电流应该基于三个部分。
a)该单元的内部运行所需的静态电流、
b)信号电流的直流部分、由负载电阻器决定、      和
c)信号电流的交流部分、用于对信号线的电容进行充电和放电、该部分与信号传输频率成正比。

此单元电流消耗的额外第四个贡献是在哪里？
这一点我还不明白。

此致、
Hans-Ludwig Reischmann

P.S. 您对 THVD1410的建议很好(并且包含在相同的数据表中)。 但是、由于我计划的信号频率在15Mbps 的范围内、我的设计将需要更快的收发器 THVD1451。

您好 Hans-Ludwig、

我相信我理解您在这里指出的差异。 直流情况似乎在图7和13之间不一致。 我认为这是因为图13中的指定行为随着接近直流情况而发生变化。 用于生成此图形的样本可能仅在该行为的线性区域中获取、并外推至0Mbps。 因此、该图应主要用于估算运行数据速率下的电流消耗、而不是直流情况下的电流消耗。 对于直流情况、图7将提供更准确的估算。  

要对此进行更深入的分析、我们可以通过比较图13和19来了解电流消耗如何随着数据速率的降低而变化。 图19的0kbps 至500kbps 范围显示了一个近似线性关系、斜率约为28uA/kbps (估计介于100kbps 至450kbps 之间)。 图13的范围为0Mbps 至50Mbps、也显示了一种近似线性的关系、但斜率要小得多、大约为0.5uA/kbps (估计介于5Mbps 至45Mbps 之间)。 这表明、数据速率和电源电流之间的关系在这些范围内并不完全是线性的、尤其是在靠近直流情况的情况下。 电气上、我们也会期望这一点。 从根本上说、系统的寄生电容以及驱动器电路的阻抗构成了一个低通滤波器。 由于我们知道此类电路中的电流频率关系不是线性的、因此我们可以在这里期待类似的行为。  

总之、您指出一个有效点：图13上的直流数据点不准确、这可能是由于用于创建该图的推断。 但是、5Mbps 处的数据点是一个测量值、因此所有其他数据点都应代表预期的行为。 除了您在上面列出的电流之外、对电源电流没有(显著)的第四个贡献。 对于直流情况的估算、我建议使用图7、因为这种行为是在给定条件下专门测量的。  

此致、
Eric Schott

尊敬的 Eric：

感谢您的帮助回答。
我将遵循您的建议并设计我的电源、使其能够根据图13提供电源电流。 如果实际需要的电源电流略低(由于信号线较短、因此容量减小)、则设计将处于省电侧。

但是、考虑到您的第一个信息、即相对于信号速率的电流消耗斜率主要是由改变信号线上的电压(以及电荷)所需的电流引起的、我尝试计算相应的容量 (将信令速率外推为每秒1位=>电流响应接线容量充电1次)。 负载为54欧姆且信号电流为44mA 时、信号电压将为2、37V、导线充电/放电电压将是该值的两倍= 5.75V

µA 图13、0.5 μ A/kbps = 500pA/bps、电压变化为5.75V 时、相应的容量为87pF。

µA 图19、28 μ A/kbps = 28nA/bps、电压变化为5.75V 时、相应的容量为4.9nF。

在寻找负载电容的典型值时，我发现了一根容量为43nF/km 的双绞线(不知道这是典型值)

图13和图19之间差异的某些部分似乎可以通过不同的测量条件来解释、图19的较慢部分 THVD1410用于长距离、电缆长度为100 m (300 ft) 更多–请参阅图33、其中显示了电缆长度和数据速率之间的关系、而图13中较快的 THVD1451部件用于较短的电缆(< 1m)。
而且、即使两个器件的测量条件相同(开关特性表7.8列出了两个驱动器的50pF 负载容量)、也可以通过一些额外的内部容量来降低 THVD1410的压摆率、 这将导致电源电流相对于信号速率的斜率增加。

如果这种假设是正确的、则数据表中可能会出现另一个误差、因为与较慢器件相比、较快器件的静态电源电流可能会增加。 但是、这只是一个学习方面的问题、因为我将按照您的建议、努力找到能够根据图13提供电流的设计解决方案。

此致、
Hans-Ludwig Reischmann

您好 Hans-Ludwig、

你确实很有洞察力，我赞扬你对这些计算的奉献精神。 在我的职业生涯中、我肯定了解到、始终存在另一个未被考虑的误差来源、即在现实世界中使用电磁属性的危险。  

为了解决您最近(学术)的问题、我相信 THVD1410和 THVD1451的消耗斜率之间的差异来源之一确实是它们的压摆率。 由于较快的边沿包含更多的高频成分、因此与较慢的边沿相比、这种能量更容易因电容寄生效应而损失。 这与更快的边沿往往导致更多电磁辐射的原因相同；这种能量会排放到环境中、而不是用于为信号线路充电。 我不确定这是否是我们在这些图中看到差异的主要原因、但它确实很重要、并且是使用额定值较低的器件的优势之一、即使在以相同的数据速率运行时也是如此。  

由于这种能量差异仅在器件转换时出现、因此它将被视为有源功耗、而不是典型的功耗、当发生转换时、它将侧重于功耗。  

此致、
Eric Schott

尊敬的 Eric：

感谢您提供的有用信息。

我学到了很多。

此致、

H.-L Reischmann