【導讀】RS-485 接口因其穩(wěn)健性和長距離通信能力而廣泛用于工業(yè)應用。自 RS-485 標準于 1998 年推向市場以來,電子系統(tǒng)的尺寸和復雜性不斷增加。許多終端設備(例如電機驅動器、PLC 和工業(yè) PC)現在都需要高速 (>10Mbps) 通信。TI 的 THVD1550 是新款 TI RS-485 收發(fā)器,可支持高達 50Mbps 的數據速率。在本文中,我將向您展示如何評估 THVD1550 在這種高速傳輸下的功率耗散。這樣,您可以了解功率消耗情況并評估系統(tǒng)的熱性能。
要計算功率損耗,您可以將功率分成幾個部分。成功評估每個部分后,將所有部分相加可得到總功率。當器件在沒有外部負載的情況下上電時,該集成電路 (IC) 本身會消耗功率。如果您在其輸出引腳上添加負載,該器件會提供驅動負載的功率。由于 RS-485 具有差分信號,負載通常加在 A 和 B 引腳之間。
進一步研究負載,您可以將負載分為兩種類型:阻性和容性。阻性負載本身會消耗一些功率,而容性負載僅在其極板之間傳輸能量,無任何能量損失。由于每種類型的特性不同,功率計算方式有所不同。
圖 1 是三種類型的功率耗散圖。
圖 1:典型 RS-485 收發(fā)器的電流流動
PDic(藍色)是器件自身消耗的功率。PDdc(紅色)是來自阻性負載的功率,PDac(綠色)是來自容性負載的功率??偣β适撬羞@三個部分的總和,使用公式 1 計算得出。
要計算 PDic,您可以使用數據表中的靜態(tài)電源電流值 Icc。THVD1550 中的典型值為 700μA。(在本文中,我將使用典型值;例如,Vcc 為 5V。)根據電壓和電流值,可以使用公式 2 計算器件功率。
如果在總線上放置阻性負載,驅動器會在阻性負載上產生電壓 (Vod)。RS-485 標準要求 54Ω 電阻上的最小 Vod 為 1.5V。在典型情況下,THVD1550 的驅動器在 54Ω 上產生 2.7V,這意味著器件電流為 50mA。
這里重要的是,您需要區(qū)分負載的功率耗散和器件的功率。要了解器件的熱性能,只需關注器件的功率。因此,公式 3 從電源總功率 (Vcc*I) 中減去負載功率 (I2*R):
下面,我們來看看開關功率,即驅動容性負載所需的功率。為了簡化計算,將差分電容器分成兩個接地的單端電容器(圖 2)。
圖 2:典型 RS-485 收發(fā)器的等效容性負載
每個電容器上的信號幅度為 Vod,頻率為數據速率的一半(圖 3)。盡管 A 和 B 引腳上的電壓相反,但它們消耗的功率相同。
圖 3:RS-485 收發(fā)器輸出引腳的信號
在這里,您還需要考慮器件的寄生電容。在一些數據表中,它被稱為 Cod。我們取 SN65HVD82 的典型值 8pF。假設負載電容為 50pF?,F在,圖 2 中每個電容器 C 的容值是 50pF + 8pF 之和。開關功率與頻率和振幅有關。在每次充電期間,從電源消耗的能量等于公式 4:
其中 Vc 是電容器上的電壓。
在每一時刻,流過電容器的瞬時電流為 C(dVc/dt)。您可以對一段時間內的瞬時功率進行積分,得出為電容器充電所需的能量。因此,可通過公式 5 計算驅動容性負載的功率:
在得出所有三個部分耗散的功率值后,公式 6 可計算出總功率為:
在 THVD1550 數據表的第 7.5 節(jié)中,表格顯示了器件功率耗散的測試數據,其中電源電壓為 5.5V,溫度為 125°C,數據速率為 50Mbps,這是一種最壞情況。這些值包括一些非理想因素,如直通電流,因此可用于評估系統(tǒng)設計中器件的最大功率耗散。
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