AM26LS31/AM26LS31M：高性能差分线路驱动器的设计与应用

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的线路驱动器对于实现稳定、高效的数据传输至关重要。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（TI）的AM26LS31和AM26LS31M这两款四通道差分线路驱动器。

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1. 产品概述

AM26LS31/AM26LS31M是专为满足ANSI TIA/EIA - 422 - B和ITU（原CCITT）Recommendation V.11要求而设计的四通道互补输出线路驱动器。它们采用单5V电源供电，具有TTL兼容性、互补输出、掉电时高输出阻抗等特点，适用于多种工业和军事应用场景。

1.1 主要特性

• 标准兼容性：完全符合ANSI TIA/EIA - 422 - B和ITU标准，确保了与其他符合标准的设备的良好兼容性。
• 单电源供电：仅需一个5V电源即可工作，简化了电源设计，降低了系统成本。
• TTL兼容：可以直接与TTL逻辑电路接口，方便与其他数字电路集成。
• 互补输出：提供互补的输出信号，增强了抗干扰能力，适用于长距离传输。
• 掉电高阻抗：在掉电状态下，输出处于高阻抗状态，避免对其他设备产生影响。
• 互补输出使能输入：提供了灵活的输出控制方式，可以通过高电平或低电平使能输出。
• 军品级选项：AM26LS31M提供了符合MIL - PRF - 38535标准的选项，适用于军事和航空航天等对可靠性要求极高的应用。

1.2 应用领域

• 电机编码器：为电机编码器提供稳定的信号传输，确保电机控制的精度。
• 现场变送器：如压力传感器和温度传感器，将传感器信号可靠地传输到控制系统。
• 军事和航空航天成像：在恶劣的环境下，保证图像数据的准确传输。
• Modbus温度传感器或控制器：实现基于Modbus协议的温度数据传输。

2. 产品规格

2.1 绝对最大额定值

在使用AM26LS31/AM26LS31M时，必须严格遵守其绝对最大额定值，以避免对设备造成永久性损坏。例如，电源电压（VCC）的最大值为7V，输入电压（VI）的最大值也为7V，输出关态电压的最大值为5.5V等。具体的额定值如下表所示：

参数	描述	最小值	最大值	单位
VCC	电源电压	-	7	V
VI	输入电压	-	7	V
输出关态电压	-	-	5.5	V
引脚温度（1.6mm处，10s）	-	-	260	°C
引脚温度（1.6mm处，60s，J封装）	-	-	300	°C
储存温度（Tstg）	-	-65	150	°C

2.2 ESD额定值

静电放电（ESD）是电子设备常见的故障原因之一。AM26LS31/AM26LS31M具有一定的ESD防护能力，人体模型（HBM）的ESD额定值为±2000V，带电设备模型（CDM）的ESD额定值为±1000V。在实际使用中，仍需采取适当的ESD防护措施，以确保设备的可靠性。

2.3 推荐工作条件

为了保证AM26LS31/AM26LS31M的正常工作，应在推荐的工作条件下使用。不同型号的推荐工作条件略有差异，例如AM26LS31C的电源电压推荐范围为4.75V - 5.25V，而AM26LS31M的电源电压推荐范围为4.5V - 5.5V。具体的推荐工作条件如下表所示：

参数	描述	最小值	标称值	最大值	单位
VCC	电源电压（AM26LS31C）	4.75	5	5.25	V
VCC	电源电压（AM26LS31M）	4.5	5	5.5	V
VIH	高电平输入电压	2	-	-	V
VIL	低电平输入电压	-	-	0.8	V
IOH	高电平输出电流	-	-	-20	mA
IOL	低电平输出电流	-	-	20	mA
TA	工作环境温度（AM26LS31C）	0	-	70	°C
TA	工作环境温度（AM26LS31I）	-40	-	85	°C
TA	工作环境温度（AM26LS31M）	-55	-	125	°C

2.4 电气特性

AM26LS31/AM26LS31M的电气特性包括输入钳位电压、高电平输出电压、低电平输出电压等。这些特性在不同的工作条件下会有所变化，设计时需要根据实际需求进行选择。例如，在电源电压为最小值，高电平输出电流为 - 20mA时，高电平输出电压的最小值为2.5V。具体的电气特性如下表所示：

参数	描述	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
VIK	输入钳位电压	VCC = MIN，II = - 18mA	-	-	-1.5	V
VOH	高电平输出电压	VCC = MIN，IOH = - 20mA	2.5	-	-	V
VOL	低电平输出电压	VCC = MIN，IOL = 20mA	-	-	0.5	V
IOZ	关态（高阻抗态）输出电流	VCC = MIN，VO = 0.5V	-	-	-20	μA
IOZ	关态（高阻抗态）输出电流	VCC = MIN，VO = 2.5V	-	-	20	μA
II	最大输入电压下的输入电流	VCC = MAX，VI = 7V	-	-	0.1	mA
IIH	高电平输入电流	VCC = MAX，VI = 2.7V	-	-	20	μA
IIL	低电平输入电流	VCC = MAX，VI = 0.4V	-	-	-0.36	mA
IOS	短路输出电流	VCC = MAX	-30	-	-150	mA
ICC	电源电流	VCC = MAX，所有输出禁用	-	32	80	mA

2.5 开关特性

开关特性对于高速数据传输至关重要。AM26LS31和AM26LS31M的开关特性在不同的型号和测试条件下有所不同。例如，在TA = 25°C，VCC = 5V，CL = 30pF，S1和S2打开的条件下，AM26LS31的低到高电平传播延迟时间（tPLH）的典型值为20ns，而AM26LS31M的tPLH典型值为30ns。具体的开关特性如下表所示：

参数	描述	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
tPLH	低到高电平传播延迟时间（AM26LS31）	TA = 25°C，VCC = 5V，CL = 30pF，S1和S2打开	14	20	-	ns
tPLH	低到高电平传播延迟时间（AM26LS31M）	TA = 25°C，VCC = 5V，CL = 30pF，S1和S2打开	-	30	-	ns
tPHL	高到低电平传播延迟时间（AM26LS31）	TA = 25°C，VCC = 5V，CL = 30pF，S1和S2打开	14	20	-	ns
tPHL	高到低电平传播延迟时间（AM26LS31M）	TA = 25°C，VCC = 5V，CL = 30pF，S1和S2打开	-	30	-	ns
tPZH	输出使能到高电平时间（AM26LS31）	CL = 30pF，RL = 75Ω	-	25	40	ns
tPZH	输出使能到高电平时间（AM26LS31M）	CL = 30pF，RL = 75Ω	-	-	60	ns
tPZL	输出使能到低电平时间（AM26LS31）	RL = 180Ω	-	37	45	ns
tPZL	输出使能到低电平时间（AM26LS31M）	RL = 180Ω	-	-	68	ns
tPHZ	输出禁用从高电平时间（AM26LS31）	CL = 10pF，S1和S2关闭	-	21	30	ns
tPHZ	输出禁用从高电平时间（AM26LS31M）	CL = 10pF，S1和S2关闭	-	-	45	ns
tPLZ	输出禁用从低电平时间（AM26LS31）	-	23	35	ns
tPLZ	输出禁用从低电平时间（AM26LS31M）	-	-	53	ns
tSKEW	输出到输出偏斜（AM26LS31）	CL = 30pF，S1和S2打开	-	1	6	ns
tSKEW	输出到输出偏斜（AM26LS31M）	CL = 30pF，S1和S2打开	-	-	9	ns

3. 引脚配置与功能

AM26LS31/AM26LS31M有多种封装形式，不同封装的引脚配置和功能基本相同。以常见的D（SOIC）、DB（SSOP）、N（PDIP）、NS（SO）、J（CDIP）、W（CFP）和FK（LCCC）封装为例，其引脚功能如下表所示：

引脚名称	引脚编号	I/O	描述
1A	1	I	RS422驱动器1的逻辑数据输入
1Y	2	O	RS - 422数据线（驱动器1）
1Z	3	O	RS - 422数据线（驱动器1）
G	4	I	驱动器使能（高电平有效）
G	12	I	驱动器使能（低电平有效）
2A	7	I	RS422驱动器2的逻辑数据输入
2Y	6	O	RS - 422数据线（驱动器2）
2Z	5	O	RS - 422数据线（驱动器2）
3A	9	I	RS422驱动器3的逻辑数据输入
3Y	10	O	RS - 422数据线（驱动器3）
3Z	11	O	RS - 422数据线（驱动器3）
4A	15	I	RS422驱动器4的逻辑数据输入
4Y	14	O	RS - 422数据线（驱动器4）
4Z	13	O	RS - 422数据线（驱动器4）
VCC	16（D、DB、N、NS、J、W封装）/ 8（FK封装）	-	电源输入，连接到5V电源
GND	8（D、DB、N、NS、J、W封装）/ 16（FK封装）	-	设备接地引脚

4. 应用与实现

4.1 应用信息

在设计使用RS - 422或RS - 485驱动器、接收器和收发器的系统时，正确的电缆端接对于减少传输线上的反射，提高系统的可靠性至关重要。RS - 422只允许总线上有一个驱动器，端接电阻通常只放置在电缆末端靠近最后一个接收器的位置；而RS - 485通常需要在电缆两端都进行端接。常见的端接技术包括未端接线路、并联端接、交流端接和多点端接等。设计时需要根据应用的性能要求和成本因素进行选择。

4.2 典型应用

以编码器应用为例，AM26LS31可以与AM26LS32配合使用，将编码器的信号可靠地传输到伺服驱动运动控制器。具体的应用电路如下所示：

在这个应用中，需要注意以下几点：

• 电源要求：使用5V电源供电。
• 总线速率：RS - 485总线的工作速率应在10Mbps或以下。
• 连接器极性：确保连接器的极性正确，以避免信号传输错误。

4.3 电源供应建议

为了减少来自嘈杂或高阻抗电源的误差耦合，应在电源引脚附近放置一个0.1μF的旁路电容。这样可以为电路提供稳定的电源，提高系统的抗干扰能力。

4.4 PCB布局

良好的PCB布局对于AM26LS31/AM26LS31M的性能至关重要。以下是一些布局建议：

• 旁路电容：在每个电源引脚和地之间连接低ESR的0.1μF陶瓷旁路电容，并尽量靠近设备放置。
• 接地分离：将模拟和数字部分的电路进行单独接地，避免相互干扰。多层PCB通常会有专门的接地层，有助于散热和减少EMI噪声。
• 输入输出分离：尽量将输入走线与电源或输出走线分开，避免寄生耦合。如果无法分开，应使敏感走线与嘈杂走线垂直交叉。
• 外部组件放置：将外部组件尽量靠近设备放置，以减少寄生电容的影响。
• 输入走线长度：尽量缩短输入走线的长度，因为输入走线是电路中最敏感的部分。

5. 总结

AM26LS31/AM26LS31M是一款性能优异的四通道差分线路驱动器，具有丰富的特性和广泛的应用场景。在设计过程中，需要根据具体的应用需求，合理选择封装形式、工作条件和端接方式，并注意PCB布局和电源供应等方面的问题。通过正确的设计和使用，可以充分发挥AM26LS31/AM26LS31M的优势，实现稳定、高效的数据传输。

你在使用AM26LS31/AM26LS31M的过程中遇到过哪些问题？或者你对这款驱动器有什么独特的应用经验？欢迎在评论区分享交流。