如何計算RS-485收發(fā)器THVD1550的功率耗損

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(qū)動器、PLC 和工業(yè) PC）現(xiàn)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(shù)據(jù)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(qū)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(shù)據(jù)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(jù)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(qū)動器會在阻性負載上產(chǎn)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(qū)動器在 54Ω 上產(chǎn)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(qū)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)表中，它被稱為 Cod。我們?nèi)?SN65HVD82 的典型值 8pF。假設負載電容為 50pF?，F(xiàn)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(nèi)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(qū)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(shù)據(jù)表的第 7.5 節(jié)中，表格顯示了器件功率耗散的測試數(shù)據(jù)，其中電源電壓為 5.5V，溫度為 125°C，數(shù)據(jù)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。