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[参考译文] THVD1400：布局审阅：MCU 上 UART 输入的 RC 滤波器

admin
Guru**** 1681120 points
Other Parts Discussed in Thread: THVD1400, ESDS452, ESDS552, TSD05
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/1374091/thvd1400-layout-review-rc-filter-for-uart-inputs-on-mcu

器件型号：THVD1400
主题中讨论的其他器件： ESDS452、 ESDS552、 TSD05

工具与软件：

大家好、E2E 社区、

我们将 THVD1400用于 RS485用例、最大数据速率为20kbps。 PCB 上从 THVD 到 MCU 的最大布线长度小于6cm。

我想通过您的专家评审确认我们是否可以继续对最终产品使用以下配置、尤其是：

  1. Rx 处的 RC 滤波器 ：MCU 勘误表建议添加一个重负荷 RC 滤波器-在这种 RC 配置中、电容为10nF、R 为120欧姆是否可以接受？
  2. 120R 的串联电阻 以增加抗噪能力
  3. 无电阻 (我们是否需要在此处添加任何串联电阻来阻尼？)
  4. 在 ESD 二极管之后的 A 和 B 输入端上使用27 Ω 串联限流电阻器(防脉冲)(我们可以使用49 Ω 电阻器而不是27 Ω 电阻器吗？)

这里的所有电阻器都具有1%的精度和脉冲耐受性。

我们还有更多

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    TI__Guru**** 1681120 points
    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。

    6厘米是如此短,以至于我怀疑很多过滤是必要的。 您是否预计此迹线上会耦合很多噪声？

    如果您使用源端接电阻器、则不将它们放置在所有线路上没有意义。

    大于27 Ω 的电阻器将具有更大的压降并会降低噪声容限。

    逻辑线路中的电阻不需要防脉冲。 (能量来自哪里？)

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    TI__Guru**** 1681120 points
    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。

    尊敬的 neet：

     因此、"R"引脚的输出阻抗通常为50欧姆、我们建议在此引脚中拉出或灌入的电流不超过8mA。 添加120R 和10nF 电容器作为低通滤波器时、基本上可以在电容器未充电时为 GND 添加低阻抗。  如果输出阻抗保持在大约50欧姆、那么您还会拉出/灌入高达~μ V 的19mA 和信号转换点、这是我们建议值的两倍以上、因此本质上不能通过。 如果您需要这么大的电容器、则需要增加输出端的电阻(假设 MCU 为高阻抗)-说实话、当您以很慢的速度运行非常慢的器件时、我认为6cm 布线不需要10nF 的电容。 但最大的问题是、在电容器充满电或完全放电后、会出现较大的电流尖峰、电容器越大、尖峰的持续时间越长、但我就会担心重复出现过建议的电流输出。 它不一定会损坏器件、但当您具有这样的输出时、会对其施加应力并使其超出指定的工作范围。  

    2.我的意思是你可以在 DE 线上增加120欧姆,它不应该导致任何问题添加它 ,但 我真的不认为这将是必要的。 然而-您需要始终能够保证该引脚上的逻辑电平-您不能将其悬空。 这些使能端具有内部上拉(ON /RE)和下拉(ON DE)、可在默认情况下使它们保持关闭状态-但当您将它们短接在一起时、使能端可以消除任何内部偏置。  您需要具有某种类型的外部偏置电阻器(几乎始终应该是下拉电阻器、很少有例外)  

    3.无需串联电阻器-但具有下拉或上拉通常是一个好主意,因为这个引脚不应悬空-如果你添加一个下拉到使能线路(这可能应该被添加),它没有大问题,如果 DE 是低的,那么驱动器是关闭的。  

    4.通常我们建议10欧姆的串联电阻,27不应该是那么大的问题,但它比我通常建议的高,所以我不会建议49欧姆-这些直接衰减驱动器输出信号,将会对系统产生负面影响-所以你不希望这些太大. 话虽如此、我最大的问题是我没有看到端接电阻器-看起来您可能会关注器件的噪声性能-在这种情况下最重要的事情是 RS -485总线的启动和终端节点使用120欧姆进行端接(在 A 和 B 之间)-如果这是总线节点的中间、则不需要端接。 如果噪声和信号完整性成为问题、则需要对总线进行端接-如果系统中有2个120欧姆终端(按标准规格)、则串联电阻两端的驱动器输出电压几乎会下降一半(考虑到我们为何在添加这些电阻后尝试保持较小的值) -它们不像接收器上的问题那么严重,但它们将导致驱动器在正确的设置总线的巨大衰减)  

    如果您有任何其他问题、敬请告知！

    此致！

    Parker Dodson

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    TI__Guru**** 1681120 points
    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。

    你好 、Parker Dodson

    感谢您提供详细的答复、这实际上有助于理解(不仅对我们、而且对稍后可能提及此内容的其他人)。

    我们尝试在短迹线上安装 RC 滤波器的原因是为了使我们的系统稳定可靠- MCU 的勘误表中要求 UART 上的 Rx 线没有噪声或具有用于无干扰运行的 LPF。

    对于我们来说、UART 通信速度很低(10至20kHz)、我们试图减小基于 RC 的 LPF 截止频率。

    然而、假设我们需要严格的截止频率(例如20kHz 数据速度的10倍至50倍)、您会为将来的用例推荐哪种 RC 组合？

    例如、我们是否将最大电容限制为1nF 并调整电阻器值？ 电阻器值是否有我们不应交叉的合理限制？

    这些可能是基本的问题-但了解您基于经验的见解将帮助我们做出更好的设计决策。

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    尊敬的 neet：

    如果他们确实想添加一个截止点为200kHz 到1MHz 的滤波器、则需要考虑以下几点：

    连接 R 引脚的负载需要具有高阻抗-串联电阻+输出阻抗将由"R"引脚上的负载加载-您不希望最大电平大幅衰减。  

    2、输出引脚的最大电流应限制为+/GND -当电容器为0V 且输出变高时、电流为输出电压(通常为3.1V、电源为3.3V)将输出电阻达到-8mA -因此您需要使电阻不小于387.5欧姆-但为了尽可能符合我们的规范、我不会小于775欧姆(这是-4mA) 在大多数情况下、这会将电流保持在小于4mA 的水平。  

    3.考虑到这一点-使用200kHz 的截止频率和470pF 的电容- R >= 1693欧姆应该起作用、只要 MCU 输入为高阻抗、否则电阻器可能会严重衰减输入的数据信号。 在大多数情况下、我试图将数据线路上的电容器保持在1nF 以下、但如果您希望查看1nF 的电容器、R 将为795欧姆或更高、以实现200kHz 的频率。 对于1MHz -电阻器会小得多、电流尖峰会更高、这并不是理想的-因为在470pF 电容器上、R >= 338欧姆-低于您真正应该至少拥有的387.5欧姆-将"R"增加到该水平会将截止频率略降低。 老实说、使用200kHz 截止频率也许会更容易(只要 MCU 输入为 Hi-Z)、这是因为您不需要向总线添加太多电容来补偿增加的电阻、从而将输出电流保持在一个良好的电平内。  

    如果您有任何其他问题、敬请告知！

    此致！

    Parker Dodson

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    你好 、Parker Dodson

    感谢您分享详细的见解-这有助于我们在最后做出更好的决策

    我有另一个问题供您深入了解、您可以帮助我们解决此问题：

    1. 我们的系统在 CAT6电缆上具有菊花链式 RS485、用于功率+信号(5V 和 GND 及半双工)
    2. 节点之间的最大距离应小于2m、链条的总距离应小于~6m
    3. 我们通过单个主机 MCU 板以及信号为所有器件供电
    4. RS485节点是具有 MCU 的传感器板、在一个方向上将数据低速(~20kbps)传输到主节点

    查询：

    1. 我们希望尽量减小 MCU 上 TVS 的钳位电压范围、因此考虑选择双向5.5V TVS (ESDS452)、而不是使用12V (ESDS552)
    2. 此选择基于以下假设：系统在正常运行期间的接地电位差不应超过0.3V、因为电源是主主机节点
    3. 请建议这是否是可接受的配置决定？
    4. 这两款电视具有相同的 SOT-23封装、当我们增加电缆长度时、能够在将来发生故障时更换电视
    5. 或者、在本例中、我们也可以摆脱单向 TVS TSD05？

    您深厚的专业知识对于我们的决策将是非常宝贵的。

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    尊敬的 neet：

    对于您的问题：

    1.可以去掉共模电压的范围-但由于总线长度相对较短、可能不会造成太大的损害。 但是、如果存在共模偏移、导致接收到的电压超出0V 至5.5V 范围、您可能会看到通信问题。  

    2.风险非常低、因为您甚至不会在"A"或"B"引脚上输出 VCC、因此即使是0.3V 的偏移也不会因使用较小的钳位限制而导致共模范围减小产生任何问题。  

    3.对于您的特定应用、可能不会有问题。  

    4.这是一个好主意-它将允许一个快速切换,如果需要更长的电缆或具有大量接地电流的系统(这会产生 GPD)  

    5.一般而言我不会建议使用单向的二极管、而是保持双向的。 单向二极管不会保护器件免受 与共模范围无关的负电平瞬变的影响。  

    如果您有任何其他问题、敬请告知。

    此致！

    Parker Dodson

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    你好 、Parker Dodson

    感谢您的见解并确认您的选择 额定电压为5V 的 TVS 二极管 ！

    关于单向或双向 TVS 二极管的几点-是否预计差分信号在出现任何潜在的接地漂移时摆动到-0.5V 以下？

    单向 TVS 钳制超出-0.5V 至5.5V 的工作范围 ：如果 RS485信号(假设我们的单电源设置和距离不超过6米)、我们是否会看到差分信号有任何负电压摆幅？ 如果不满足、那么单向 TVS 也够用了、对吧？ 这样、我们就可以完全模拟系统上的负瞬态。

    您的见解也可能在此处增加价值。

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    RS -485收发器设计用于处理接地漂移(THVD1400为±7V)。 这种接地漂移可能发生在工业应用中、但在您的应用中、所有节点共享同一电源、这不是问题。 所以您确实可以使用单向 TVS 二极管。