MAX13487 RS-485/RS-422 收发器中文手册：全面解析与应用指南

1. 引言：RS-485/RS-422 通信概述与MAX13487的诞生

在工业自动化、楼宇控制、电信设备以及各种数据采集系统中，可靠的数据传输至关重要。RS-485和RS-422作为两种广泛使用的串行通信标准，因其出色的抗噪声能力、远距离传输和多点通信特性而备受青睐。它们采用差分信号传输，有效抑制了共模噪声，从而在恶劣的工业环境中也能实现稳定通信。然而，传统的RS-485/RS-422收发器通常需要外部微控制器或逻辑电路来控制驱动器使能（DE）和接收器使能（RE）引脚，以管理半双工通信中的数据流方向。这不仅增加了设计的复杂性，也可能引入额外的延迟和功耗。

正是在这样的背景下，Maxim Integrated（现为Analog Devices的一部分）推出了MAX13487E/MAX13488E系列半双工RS-485/RS-422兼容收发器。MAX13487E/MAX13488E系列的最大亮点在于其创新的AutoDirection™自动方向控制功能。这项专利技术能够自动识别数据传输方向，无需外部控制引脚的干预，极大地简化了系统设计，降低了物料成本，并提高了系统的可靠性。MAX13487E作为该系列的一员，尤其适用于对电磁干扰（EMI）敏感且对数据传输速率有特定要求的应用，其限摆率驱动器有助于实现无差错的数据传输。本手册将围绕MAX13487E展开详细论述，为您揭示这款卓越器件的各项功能与应用潜力。

2. MAX13487核心功能与特性：构建高效稳定通信的关键

MAX13487E是一款+5V供电、半双工、具备±15kV ESD保护的RS-485/RS-422兼容收发器，集成了许多先进的功能，使其在各种工业和通信应用中脱颖而出。

2.1. AutoDirection™自动方向控制：简化设计与提高效率

MAX13487E的核心优势在于其内置的AutoDirection™自动方向控制状态机。在传统的半双工RS-485通信中，为了避免数据冲突，发送器和接收器必须轮流工作。这意味着系统需要通过DE（驱动器使能）和RE（接收器使能）引脚来精确控制数据流的方向。DE引脚通常与微控制器的GPIO相连，在发送数据时置高，接收数据时置低。RE引脚则通常与DE引脚反向连接，以确保在发送时接收器禁用，在接收时接收器启用。这种手动控制方式不仅增加了微控制器的编程负担，也对时序提出了更高的要求，尤其是在快速切换的通信场景中，时序的微小偏差都可能导致数据丢失或冲突。

MAX13487E的AutoDirection™功能彻底改变了这一局面。它通过内部状态机自动检测数据输入（DI）引脚上的信号活动以及总线上的差分信号状态。当DI引脚上有数据准备发送时，内部状态机会自动使能驱动器，将数据发送到RS-485总线上。当DI引脚处于空闲状态，且总线上有外部信号传入时，状态机会自动使能接收器，将总线上的数据传递到接收器输出（RO）引脚。这种智能的自动切换机制消除了对外部DE/RE控制线的需求，大大简化了硬件设计和软件编程。对于需要光耦隔离的RS-485端口，AutoDirection™尤其有用，因为它省去了额外隔离DE/RE控制通道的复杂性，从而降低了系统成本和功耗。

AutoDirection™的工作原理是，当MAX13487E的DI引脚被驱动为高电平，并且没有数据传输时，设备处于空闲状态，接收器处于活动状态，可以监听总线。一旦DI引脚被驱动为低电平（表示有数据开始传输），内部状态机就会迅速使能驱动器并将总线驱动到相应状态。传输完成后，当DI引脚再次变为空闲状态（高电平），驱动器会在预设的延迟后自动禁用，并将设备切换回接收模式。这个过程完全由芯片内部逻辑完成，无需任何外部干预，确保了通信的平滑进行。

2.2. 限摆率驱动器：降低EMI与提高传输可靠性

MAX13487E的驱动器采用了限摆率设计。摆率是指信号从一个逻辑状态（例如，低电平）转换到另一个逻辑状态（例如，高电平）的速度。高速的摆率会产生更多的谐波分量，从而导致更高的电磁干扰（EMI）。在工业环境中，EMI可能干扰其他敏感电子设备，甚至导致通信错误。此外，在长电缆或阻抗不匹配的电缆上，过快的摆率会引起信号反射，进一步导致数据失真和错误。

MAX13487E通过限制驱动器的摆率，有效降低了EMI的产生，使其更容易通过电磁兼容性（EMC）测试。同时，受控的摆率也有助于减少因电缆终端不当而引起的信号反射，从而提高数据传输的完整性和可靠性。这意味着MAX13487E特别适用于那些对EMI敏感或需要长距离、无差错数据传输的场合。虽然限摆率可能会在一定程度上降低最大数据传输速率（MAX13487E最大支持500kbps），但在许多工业控制和数据采集应用中，这个速率已经足够满足需求，并且可靠性是首要考虑因素。相比之下，同系列的MAX13488E则提供了非限摆率驱动器，支持高达16Mbps的传输速率，适用于对速度要求更高的应用，但可能需要更严格的EMI抑制措施。

2.3. ±15kV ESD保护：增强系统鲁棒性

静电放电（ESD）是电子设备面临的常见威胁，尤其是在工业环境中，操作人员的触摸或设备的插拔都可能产生高压静电，对集成电路造成永久性损坏。MAX13487E在其RS-485 I/O引脚（A和B）上集成了±15kV人体模型（HBM）的增强型ESD保护。这意味着即使在没有额外外部保护电路的情况下，MAX13487E也能够承受高达±15,000伏的静电放电，大大提高了器件的抗静电能力和系统的整体鲁棒性。这种高水平的ESD保护对于需要频繁插拔或暴露在恶劣电磁环境中的应用至关重要，它能有效防止由于静电放电引起的设备故障和损坏，从而减少维护成本和停机时间。除了总线引脚，MAX13487E的其他引脚也提供了±2kV HBM的ESD保护，进一步提升了器件的可靠性。

2.4. 1/4单位负载接收器输入阻抗：支持多达128个收发器

RS-485标准规定了总线上可以连接的设备数量，这与每个设备的输入阻抗（单位负载）有关。一个标准的RS-485接收器具有12kΩ的输入阻抗，这被定义为一个单位负载。总线标准通常允许总线上连接多达32个单位负载。MAX13487E的接收器输入阻抗仅为1/4单位负载，这意味着它的输入阻抗是标准单位负载的四倍，约为48kΩ。

这种低单位负载特性带来了显著的优势：它允许在同一RS-485总线上连接多达128个收发器（32个标准单位负载 / 0.25单位负载/收发器 = 128个收发器）。在构建大型多点通信网络时，例如大型传感器网络、楼宇自动化系统或复杂的工业控制系统，这种能力显得尤为重要。它使得系统设计师能够构建更大规模、更灵活的网络，而无需使用额外的中继器或分段器，从而简化了网络拓扑结构，降低了系统成本和复杂性。

2.5. 热插拔能力：提升系统可用性

MAX13487E具备热插拔功能，这意味着在系统带电运行时，器件可以被安全地插入或移除，而不会在总线上引起错误的瞬态信号或干扰。在许多工业和电信应用中，系统可能需要不间断运行，任何中断都可能导致严重的后果。热插拔能力通过确保在电源上电或设备插入期间，驱动器输出和接收器输出保持高阻态，从而防止了可能影响总线正常通信的假性瞬态。这对于需要在线维护、模块更换或系统扩展的场合非常有用，大大提高了系统的可用性和维护效率。

2.6. 其他重要特性

• +5V单电源供电： MAX13487E仅需要一个+5V的单电源供电，简化了电源管理设计。

• 低关断电流： 在关断模式下，MAX13487E的供电电流极低（最大10µA），有助于降低系统功耗，延长电池供电设备的续航时间。

• 8引脚SO封装： 采用标准的8引脚SO封装，与许多非ESD保护的RS-485收发器引脚兼容，便于现有设计的升级替换。

• 宽工作温度范围： MAX13487E支持-40°C至+85°C的扩展工业级温度范围，确保其在恶劣的工业环境中也能稳定可靠地工作。

• 半双工通信： MAX13487E专为半双工通信设计，即在任何给定时间，数据只能在一个方向上传输。这符合RS-485标准中最常见的应用模式。

这些特性的结合使MAX13487E成为高性能、高可靠性RS-485/RS-422通信应用的理想选择，特别是在那些对设计简易性、ESD保护和EMI抑制有严格要求的场合。

3. MAX13487引脚配置与功能描述：理解接口细节

MAX13487E采用8引脚SO封装，其引脚配置简洁明了，便于工程师进行电路设计和布局。理解每个引脚的功能是正确使用该器件的基础。

3.1. 引脚排列图 (8引脚 SO 封装)

虽然这里无法直接绘制图形，但我们可以文字描述其典型的引脚功能分布：

3.2. 引脚功能详细说明

对各个引脚功能的更深入理解有助于优化电路设计：

• RO (Receiver Output): 这个引脚是MAX13487E的接收数据出口。它输出的是标准的TTL/CMOS逻辑电平，可以直接连接到微控制器或其他数字逻辑电路的输入端。当总线上的A-B差分电压高于接收器差分阈值电压时，RO输出低电平（逻辑0）；当A-B差分电压低于负接收器差分阈值电压时，RO输出高电平（逻辑1）。在总线空闲（无驱动器激活）或总线开路/短路情况下，MAX13487E的接收器具有**故障安全（fail-safe）**功能，通常会确保RO输出一个明确的逻辑高电平，避免出现不确定的状态，这对于系统的可靠性至关重要。

• RE (Receiver Enable): 对于MAX13487E而言，RE引脚的设计非常灵活。为了充分利用其AutoDirection™功能，通常将RE引脚拉高（连接到VCC）或保持浮空。在这种配置下，芯片内部的AutoDirection™逻辑将接管接收器的使能控制。它会智能地判断当前设备是否正在发送数据，如果不是，并且总线上有活动信号，它就会使能接收器。如果设备正在发送数据，接收器则会被自动禁用，以防止本地回环。当然，如果系统设计者仍然需要手动控制接收器，也可以通过将RE引脚连接到微控制器来操作，但这样做会失去AutoDirection™的便利性。

• DI (Driver Input): DI是发送数据的TTL/CMOS输入端。在AutoDirection™模式下，DI引脚的逻辑状态变化是触发驱动器使能的关键。当DI从高电平（空闲）变为低电平（数据开始）时，AutoDirection™逻辑会快速使能驱动器。为了确保可靠的接收操作，当MAX13487E处于空闲状态（即不发送数据）时，DI引脚必须保持在一个稳定的高电平，这样AutoDirection™状态机才能正确判断当前总线状况。

• GND: 作为所有内部电路的公共参考点，正确的接地对器件的稳定运行和抗噪声性能至关重要。建议使用低阻抗的接地路径，并与电源去耦电容紧密连接。

• A和B (RS-485/RS-422 Differential Bus Pins): 这对差分引脚是MAX13487E与RS-485/RS-422总线连接的接口。它们承载差分电压信号，有效抵抗共模噪声。±15kV的ESD保护使其可以直接连接到外部总线，而无需额外的外部瞬态抑制二极管（TVS），尽管在极端恶劣的环境中，额外的保护层可能仍然是推荐的。在RS-485网络中，A和B通常通过绞合线连接，并在总线的两端使用120Ω的终端电阻。

• SHDN (Shutdown): SHDN引脚提供了对器件低功耗模式的控制。在关断模式下，MAX13487E会大幅降低功耗，所有驱动器和接收器都进入高阻态。这对于电池供电系统或需要节约能源的应用非常有用。SHDN的转换时间（从关断到工作或从工作到关断）在数据手册中有详细规定，设计时需要考虑这些时序。

• VCC (Power Supply Voltage): 建议在VCC引脚附近放置一个0.1μF（100nF）的陶瓷去耦电容，以滤除高频噪声，确保器件的稳定供电。电容应尽可能靠近VCC引脚放置，以获得最佳的去耦效果。

正确理解和连接这些引脚是确保MAX13487E正常工作并发挥其全部性能的关键。

4. 电气特性与工作参数：深入了解性能指标

了解MAX13487E的电气特性和工作参数对于正确选择器件、评估其性能和进行系统级设计至关重要。这些参数通常在数据手册的“Absolute Maximum Ratings”（绝对最大额定值）、“Electrical Characteristics”（电气特性）和“Switching Characteristics”（开关特性）部分详细列出。

4.1. 绝对最大额定值

绝对最大额定值定义了器件在不损坏的情况下可以承受的最大电压、电流和温度。长时间超出这些值可能导致器件的永久性损坏。在设计时，必须确保任何工作条件都不会超出这些限制。

• VCC至GND： 通常为-0.3V至+6V。这意味着电源电压不能低于地负0.3V或高于地正6V。

• DI, RO, RE, SHDN至GND： 通常为-0.3V至(VCC + 0.3V)。这些逻辑引脚的电压不能超过VCC。

• A, B至GND（总线引脚）： 通常为-8V至+13V。这表明RS-485总线引脚可以承受比电源电压更宽的共模电压范围，这也是RS-485标准抗噪声能力强的体现。

• 存储温度范围： 通常为-65°C至+150°C。

• 工作温度范围： MAX13487E通常在-40°C至+85°C的扩展工业温度范围内保证性能。

• 最大结温： 通常为+150°C。

• 连续功率耗散（TA = +70°C）： 取决于封装类型，8引脚SO封装通常在特定温度下的功耗限制。

• 焊点温度（10秒）： +300°C。

重要提示： 任何时候都不能让器件的任何引脚电压超出其绝对最大额定值，即使是短暂的瞬态也不行。

4.2. 推荐工作条件

推荐工作条件是器件性能得到保证的正常工作范围。

• 电源电压 (VCC)： +4.75V至+5.25V。典型的设计通常使用标称+5V电源。

• 工作温度范围 (TA)： -40°C至+85°C。

4.3. DC 电气特性

这些参数描述了器件在稳态（非切换）条件下的电学行为。

• 供电电流 (ICC)：

• SHDN=1，RE=0，无负载时，典型值4.5mA。这表示在正常工作模式下，器件的静态电流消耗。

• 在关断模式下（SHDN=0），关断供电电流 (ISHDN) 典型值仅为10µA（最大值），体现了其低功耗特性。

• ESD 保护 (A, B引脚)：

• 人体模型（HBM）：±15kV。

• IEC 61000-4-2气隙放电（MAX13487E）：±15kV。

• IEC 61000-4-2接触放电（MAX13487E）：±8kV。

• 这些是MAX13487E相比于普通RS-485收发器在总线保护方面的显著优势。

• 驱动器特性：

• 差分输出电压 (VOD)： 在110Ω负载下，通常最小为2.1V。这是RS-485标准要求的驱动能力，确保信号在长距离传输后仍能被正确识别。

• 共模输出电压 (VOC)： 驱动器输出的共模电压范围，通常在-0.05V至+0.05V之间。

• 输出短路电流 (IOSD)： 驱动器输出短路时的电流限制，通常在±60mA至±250mA之间，防止短路损坏。

• 输入高电平电压 (VIH)： DI, RE, SHDN引脚识别为逻辑高电平的最小电压，通常为2V。

• 输入低电平电压 (VIL)： DI, RE, SHDN引脚识别为逻辑低电平的最大电压，通常为0.8V。

• 输入电流 (IIH, IIL)： 数字输入引脚在高电平或低电平时的漏电流，通常非常小（小于±10µA）。

• 接收器特性：

• 接收器差分阈值电压 (VTH)： 接收器能够识别差分信号的最小电压，通常为±200mV。这意味着只要A-B或B-A的差分电压超过这个阈值，接收器就能可靠地输出逻辑电平。

• 接收器输入迟滞 (ΔVTH)： 接收器输入具有一定的迟滞，典型值25mV。迟滞可以防止输入噪声导致接收器输出频繁跳变，从而提高抗噪声能力和信号稳定性。

• 接收器输入电阻 (RIN)： 典型值48kΩ（1/4单位负载），这是MAX13487E支持多达128个节点的关键。

• 接收器输出高电平电压 (VOH)： 在指定负载电流下，RO引脚输出高电平时的最小电压，通常为VCC-1.5V。

• 接收器输出低电平电压 (VOL)： 在指定负载电流下，RO引脚输出低电平时的最大电压，通常为0.4V。

• 接收器三态输出电流 (IOZR)： 在RO引脚处于三态（高阻）时的漏电流，通常非常小。

4.4. AC 开关特性

这些参数描述了器件在动态（切换）条件下的时间响应。

• 驱动器传播延迟 (tDPLH, tDPHL)： 信号从DI输入到A/B输出的传播延迟时间。MAX13487E通常在200ns到1000ns之间，受限摆率特性影响。

• 驱动器差分输出上升或下降时间 (tLH, tHL)： A/B差分输出信号的上升或下降时间，MAX13487E通常在200ns到900ns之间，这也是其限摆率的体现。

• 最大数据速率： MAX13487E的最大数据传输速率为500kbps。这是在保证无差错通信前提下的最高速率。

• 驱动器禁用延迟 (tDDD)： 驱动器从使能状态切换到禁用状态所需的时间，通常在2500ns。

• 驱动器从关断模式使能到输出高/低 (tDZH(SHDN), tDZL(SHDN))： 从SHDN引脚变为高电平（使能）到驱动器输出变为有效状态所需的时间，通常为5.5µs。

• 接收器传播延迟 (tRPLH, tRPHL)： 信号从A/B输入到RO输出的传播延迟时间。MAX13487E通常在100ns到500ns之间。

• 接收器使能延迟 (tRED)： 接收器从禁用状态切换到使能状态所需的时间，通常为70ns。

• 从关断使能接收器到输出低 (tRZL(SHDN))： 从SHDN引脚变为高电平到接收器输出变为有效状态所需的时间，通常为2200ns。

• 关断时间 (tSHDN)： 从SHDN引脚变为低电平（关断）到器件进入关断模式所需的时间，通常在50ns到700ns之间。

仔细查阅MAX13487E的数据手册，可以找到所有这些参数的完整表格和测试条件。在实际设计中，应根据具体的应用场景和性能要求，对照这些参数进行评估和选择。特别是在高速通信或对时序敏感的应用中，AC开关特性尤为重要。

5. 典型应用电路与设计考量：构建可靠的RS-485网络

正确的设计和连接是确保MAX13487E在RS-485/RS-422网络中稳定运行的关键。本节将介绍MAX13487E的典型应用电路，并讨论在实际设计中需要考虑的重要因素。

5.1. 典型半双工应用电路

MAX13487E主要用于半双工通信，其典型应用电路相对简单，因为AutoDirection™功能消除了对DE/RE控制线的需求。

一个基本的MAX13487E半双工通信电路通常包括以下几个部分：

• MAX13487E芯片： 核心收发器。

• 电源去耦： 在VCC和GND之间放置一个0.1μF（100nF）的陶瓷去耦电容，尽可能靠近VCC引脚。这有助于滤除电源噪声，提供稳定的VCC。

• 数据输入/输出连接： DI引脚连接到微控制器或其他数字逻辑的UART发送（TXD）引脚。RO引脚连接到微控制器或其他数字逻辑的UART接收（RXD）引脚。

• RS-485总线连接： A和B引脚连接到RS-485差分总线。

• 总线终端电阻： 在RS-485总线的两端，通常需要连接120Ω的终端电阻。这些电阻与电缆的特性阻抗匹配，用于吸收信号反射，防止信号失真。对于多点网络，只有总线的两端需要终端电阻，中间节点不应有终端电阻。

• 偏置电阻（可选但推荐）： 在某些情况下，为了确保总线在空闲时（所有驱动器都处于高阻态时）处于已知的故障安全状态，可以在A和B之间连接偏置电阻。一种常见的配置是在A和VCC之间连接一个上拉电阻，在B和GND之间连接一个下拉电阻，或者使用更精确的分压器电路来产生一个小的差分电压。MAX13487E的接收器具有故障安全功能，这意味着在空闲、开路或短路总线条件下，RO引脚将输出一个逻辑高电平。因此，在许多情况下，额外的偏置电阻可能不是强制性的，但它们可以进一步增强总线在非活动状态下的鲁棒性。

AutoDirection™的连接：为了利用MAX13487E的AutoDirection™功能，RE引脚通常简单地连接到VCC。SHDN引脚如果不需要关断功能，也应连接到VCC。DI引脚由微控制器或其他逻辑器件的TXD输出驱动。RO引脚连接到微控制器或其他逻辑器件的RXD输入。

示例电路框图：

+5V --- VCC ---(0.1uF)-- GND
         |
        SHDN (连接到+5V或MCU控制)
         |
        RE   (连接到+5V)
         |
   MCU TXD --- DI
   MCU RXD --- RO
         |
         A ---- (RS-485总线A) --- 120Ω终端电阻 --- (RS-485总线A) ---- B
         |                                                       |
         B ---- (RS-485总线B) --- 120Ω终端电阻 --- (RS-485总线B) ---- A
         |
        GND

在实际应用中，总线上的A和B线必须是双绞线，以实现最佳的差分信号传输和抗噪声性能。

5.2. 多点网络设计

MAX13487E的1/4单位负载特性使其非常适合构建多达128个节点的RS-485网络。在多点网络中，所有设备的A引脚连接到总线A，所有B引脚连接到总线B。只有总线的两端（通常是最远的两个设备）需要连接120Ω的终端电阻。中间的设备不应有终端电阻，否则会过度加载总线，导致信号衰减和通信失败。

当多个设备连接到同一总线时，重要的是要确保在任何给定时间只有一个驱动器处于活动状态。虽然MAX13487E的AutoDirection™功能简化了方向控制，但在实际操作中，通信协议（如Modbus RTU）会管理数据帧的发送和接收，确保总线仲裁。主设备通常发起通信，而从设备在接收到特定请求后才响应。AutoDirection™确保了每个设备在需要发送时自动使能驱动器，并在发送完成后自动禁用，从而避免了总线冲突。

5.3. 隔离应用

在某些工业和医疗应用中，为了保护敏感电子设备免受接地环路、瞬态电压或不同电位差的影响，需要进行电气隔离。MAX13487E本身不提供隔离功能，但其AutoDirection™功能在设计隔离式RS-485端口时非常有利。

通常，隔离式RS-485电路会使用数字隔离器（如光耦或电容/变压器隔离器）来隔离逻辑侧（微控制器侧）和总线侧。在没有AutoDirection™功能的传统收发器中，DE和RE控制线也需要通过隔离器，这增加了隔离通道的数量和成本。MAX13487E由于消除了DE/RE线，因此只需要隔离DI、RO信号线和电源线。这简化了隔离电路的设计，降低了成本和PCB空间需求。

隔离应用电路的关键考虑：

• 隔离器选择： 根据所需的隔离电压、数据速率和功耗选择合适的数字隔离器（如光耦、ADI iCoupler™、TI ISO78xx系列等）。

• 隔离电源： 总线侧需要一个独立的、与逻辑侧隔离的电源。这通常通过隔离式DC-DC转换器实现。

• 接地： 逻辑侧和总线侧必须有独立的接地参考。

5.4. 电源旁路与去耦

正确的电源旁路和去耦对于MAX13487E的稳定运行至关重要。建议在VCC引脚和GND引脚之间放置一个0.1μF（100nF）的陶瓷电容，该电容应尽可能靠近VCC引脚。这个电容的作用是提供瞬时电流，以应对驱动器切换时产生的电流尖峰，并滤除电源线上的高频噪声。在某些情况下，可能还需要在0.1μF电容旁边并联一个更大容量的电解电容（如10μF），以处理更低频率的电源纹波。

5.5. 布线指南

良好的PCB布线对于RS-485/RS-422通信的性能至关重要。

• 差分信号线： RS-485总线上的A和B线应该作为差分对布线，并保持平行且靠近，以确保共模噪声抑制。

• 走线长度： 尽量缩短从MAX13487E到终端电阻的走线长度。

• 接地层： 使用连续的低阻抗接地层，这有助于提供良好的信号参考和散热。

• 电源线： 确保VCC和GND线的宽度足够，以处理所需的电流，并尽量减少阻抗。

5.6. 故障安全偏置

如前所述，MAX13487E的接收器具有故障安全功能，在总线空闲、开路或短路时会输出已知的逻辑高电平（RO=高）。然而，在某些噪声环境或特定应用中，可能仍然需要外部偏置电阻来进一步确保总线在所有驱动器禁用时的明确空闲状态。

典型的故障安全偏置电路包括一个上拉电阻连接到A线，一个下拉电阻连接到B线。这些电阻通常相对较大（例如，几百欧姆到几千欧姆），以避免过度加载总线。偏置电阻产生的微小差分电压，即使在所有驱动器都处于高阻态时，也能使接收器保持在已知的逻辑状态。

5.7. 瞬态保护

尽管MAX13487E提供了±15kV的ESD保护，但在极端恶劣的工业环境中，例如存在雷击感应浪涌或大功率电机开关瞬态的场合，可能需要额外的外部瞬态电压抑制器（TVS）二极管。TVS二极管可以提供更高能量的瞬态保护，将总线电压钳位在安全水平，进一步增强系统的可靠性。TVS二极管通常并联在A到GND和B到GND之间，或者在A和B之间，以提供差模和共模保护。

综合考虑这些设计考量，可以构建出高效、稳定且鲁棒的基于MAX13487E的RS-485/RS-422通信系统。

6. 应用场景：MAX13487E的广泛应用领域

MAX13487E凭借其独特的AutoDirection™功能、强大的ESD保护和出色的限摆率特性，在众多领域都有广泛的应用。

6.1. 工业自动化与控制

工业自动化是MAX13487E最核心的应用领域之一。在工厂、生产线和过程控制系统中，大量的传感器、执行器、可编程逻辑控制器（PLC）和人机界面（HMI）需要进行数据交换。RS-485因其多点通信和长距离传输能力成为首选。

• PLC与现场设备通信： MAX13487E可用于PLC与各种现场设备（如变频器、智能传感器、温湿度控制器、称重仪表等）之间的Modbus、Profibus-DP或其他自定义协议通信。其AutoDirection™功能简化了PLC编程和硬件接口设计，提高了系统响应速度。

• 分布式控制系统（DCS）： 在大型DCS中，各个控制单元和I/O模块之间需要可靠的数据链路。MAX13487E的1/4单位负载特性允许更多设备连接到同一总线，构建更大规模、更灵活的分布式网络。

• 机器人控制： 机器人系统中的运动控制器与伺服驱动器、编码器等组件之间的数据传输对实时性和可靠性要求很高。MAX13487E的稳定传输和ESD保护确保了复杂机器人系统的稳定运行。

• 楼宇自动化系统： 智能楼宇中的照明、HVAC（供暖、通风和空调）、安防和门禁系统通常采用RS-485总线进行通信。MAX13487E简化了这些系统的布线和控制逻辑，同时其ESD保护也适用于可能受到外部干扰的安装环境。

6.2. 远距离数据传输

RS-485标准本身就支持长达1200米的传输距离，而MAX13487E的限摆率驱动器有助于在长距离电缆上实现无差错的数据传输，减少信号反射和EMI。

• 安防监控系统： 在大型厂区、园区或城市安防项目中，视频监控摄像头、门禁控制器和报警系统之间的数据往往需要长距离传输。MAX13487E的限摆率和ESD保护确保了数据传输的可靠性。

• 智能交通系统： 道路上的交通信号灯控制器、车辆检测器和信息显示屏等设备之间的数据通信通常通过RS-485总线实现，需要面对恶劣的户外环境和较长的传输距离。

• 农业与环境监测： 在农田、温室或野外监测站，传感器数据需要传输到中央控制系统，MAX13487E可以确保在这些远距离、高噪声环境下的数据完整性。

6.3. 电信设备

电信基础设施中也广泛使用RS-485/RS-422进行内部通信和管理。

• 基站设备： 蜂窝基站中的各个模块（如射频单元、基带单元）之间可能通过RS-485进行状态监控和配置。MAX13487E的热插拔能力在电信设备的在线维护和升级中具有优势。

• 数据中心设备： 服务器、网络交换机和存储设备等在数据中心内部可能使用RS-485进行串行管理或诊断。

6.4. 电力与能源管理

在电力系统和能源管理领域，RS-485用于各种设备的互联。

• 智能电表与集中器： 智能电表通过RS-485连接到数据集中器，实现远程抄表和用电数据监控。MAX13487E的ESD保护对于暴露在复杂电力环境中的设备至关重要。

• 光伏逆变器： 太阳能光伏逆变器之间或逆变器与监控系统之间通常使用RS-485进行通信，用于数据采集、故障诊断和远程控制。

• BMS（电池管理系统）： 在大型电池组（如储能系统、电动汽车电池组）中，各个电池模块的BMS之间可能通过RS-485网络进行数据交换。

6.5. 医疗设备

在某些医疗设备中，为了实现设备之间的通信或与PC连接进行诊断，也会采用RS-485。MAX13487E的ESD保护和低EMI特性在此类应用中尤其重要，以确保设备的可靠性和患者安全。

6.6. 其他通用串行通信

任何需要可靠、长距离、多点半双工串行通信的通用应用都可以考虑使用MAX13487E，例如：

• POS（销售终端）系统： 在零售环境中，POS机与打印机、扫描仪等外设的连接。

• 舞台灯光与音响控制： DMX512协议基于RS-485，用于控制舞台灯光和特效设备。

• 实验室仪器与测试设备： 各种测试仪器之间的数据交换。

总而言之，MAX13487E以其独特的AutoDirection™、增强的ESD保护和限摆率驱动器，成为了需要高性能、高可靠性和简化设计的RS-485/RS-422通信解决方案的理想选择，其应用范围几乎涵盖了所有需要工业级串行通信的场景。

7. 详细电气参数表格：查阅数据手册

为了提供准确的电气参数，我将按照MAX13487E的官方数据手册中的分类，尽可能详细地列出关键参数的典型值和范围。请注意，这些数值是基于Analog Devices（Maxim Integrated）官方数据手册的信息，实际生产批次或测试条件可能略有差异，最终设计请务必参考最新的官方数据手册。

7.1. 绝对最大额定值 (Absolute Maximum Ratings)

7.2. 推荐工作条件 (Recommended Operating Conditions)

7.3. DC 电气特性 (DC Electrical Characteristics)(VCC = +5V ±5%，TA = TMIN至TMAX，除非另有说明。典型值在VCC = +5V和TA = +25°C下测量。)

7.3.1. 电源 (POWER SUPPLY)

7.3.2. ESD 保护 (ESD PROTECTION)

7.3.3. 驱动器 (DRIVER)

7.3.4. 接收器 (RECEIVER)

7.3.5. 控制引脚 (CONTROL PINS)

7.4. AC 开关特性 (AC Switching Characteristics)(VCC = +5V ±5%，TA = TMIN至TMAX，除非另有说明。典型值在VCC = +5V和TA = +25°C下测量，RL = 110Ω，CL = 50pF。)

7.4.1. 驱动器 (DRIVER)

7.4.2. 接收器 (RECEIVER)

注意： 以上表格中的所有数值均是基于典型的MAX13487E数据手册中的信息。在进行任何具体设计之前，强烈建议查阅Analog Devices（Maxim Integrated）官方网站上提供的最新版MAX13487E数据手册，以获取最准确和最完整的信息，包括所有测试条件、时序图和应用示例。

8. 封装信息与可靠性考量：硬件集成与长期稳定性

了解MAX13487E的封装信息以及相关的可靠性考量对于硬件设计、PCB布局和系统长期稳定性至关重要。

8.1. 封装信息

MAX13487E通常采用标准的8引脚窄体SO（Small Outline）封装，具体型号可能为MAX13487EESA。这种封装是表面贴装技术（SMT）的一种，具有体积小、引脚间距适中（通常为1.27mm或0.05英寸）的特点，适用于空间受限的电子产品。

• 封装类型： 8-Pin SO (Small Outline) Package

• 引脚数量： 8

• 引脚间距： 通常为1.27mm (0.05英寸)

• 主体尺寸： 典型的窄体SO封装长度和宽度大约在4.9mm x 3.9mm左右，高度约1.75mm。具体尺寸请参考数据手册中的封装图。

• 焊接： 适用于回流焊工艺，易于自动化生产。

• 散热： SO封装通过引脚和封装主体与PCB进行热传导。在功耗较高或环境温度较高的情况下，需要考虑PCB的散热设计，例如增加铜面积或使用热过孔。

这种封装的优势在于其普及性，易于采购和生产，并且与许多其他8引脚的集成电路兼容，便于在现有设计中进行替换或升级。

8.2. 可靠性考量

MAX13487E在设计时考虑了工业应用的严苛要求，因此在可靠性方面表现出色。

• 宽工作温度范围： -40°C至+85°C的扩展工业级温度范围确保了器件在极端温度条件下的稳定运行。这对于部署在户外、工厂车间或无空调环境中的设备至关重要。

• 高ESD保护： ±15kV人体模型（HBM）的ESD保护显著提高了器件对静电放电的抵抗力。在安装、维护和日常使用过程中，静电放电是导致电子设备故障的主要原因之一。这种内置保护减少了对外部保护元件的需求，降低了系统成本和PCB面积，同时提高了整体鲁棒性。

• 热插拔能力： MAX13487E的热插拔功能意味着在系统通电状态下，可以安全地插入或移除器件，而不会产生总线瞬态或干扰。这对于需要高可用性和在线维护的系统至关重要，减少了停机时间并简化了维护流程。

• 低功耗： 关断模式下仅10µA的低功耗有助于延长电池供电设备的续航时间，并降低整体系统能耗。低功耗也意味着较低的热量产生，有助于提高器件的长期可靠性。

• 限摆率驱动器： MAX13487E的限摆率特性不仅有助于降低EMI和减少信号反射，也间接提高了通信的可靠性。在恶劣的电磁环境中，降低EMI可以减少对其他敏感电路的干扰，而减少反射则确保了数据在电缆上的完整性，从而降低了误码率。

• 制造与测试： Maxim Integrated（现Analog Devices）作为一家知名的半导体公司，其产品在设计、制造和测试过程中都遵循严格的质量标准，确保了器件的批次一致性和长期可靠性。

为进一步提高系统可靠性，在设计和使用MAX13487E时，可以考虑以下几点：

• 电源完整性： 确保为MAX13487E提供稳定、低噪声的电源。使用适当的去耦电容，并尽可能靠近器件放置。

• 接地完整性： 确保PCB上有良好的接地层，以提供低阻抗的接地路径，减少噪声和串扰。

• 总线终端： 正确的总线终端电阻是RS-485网络可靠运行的关键。不当的终端会导致反射，从而降低信号完整性。

• 电缆选择： 使用符合RS-485标准的双绞线电缆（例如，具有120Ω特性阻抗的屏蔽双绞线），以确保最佳的差分信号传输和抗噪声能力。

• 外部保护（可选）： 尽管MAX13487E内置了强大的ESD保护，但在某些极端应用中，如存在雷击或高能量瞬态的户外环境，可能需要额外的外部瞬态电压抑制器（TVS）二极管来提供更高等级的浪涌保护。

• 温度管理： 确保器件在推荐的工作温度范围内运行。在高温环境下，如果器件功耗较大，可能需要额外的散热措施。

通过综合考虑MAX13487E的封装特性和各项可靠性因素，并结合良好的设计实践，可以构建出高度可靠、能够在各种严苛环境下长期稳定运行的RS-485/RS-422通信系统。

9. 与MAX485/MAX3485等同类产品的比较：选择合适的收发器

在RS-485收发器市场中，MAX13487E并非唯一的选择。Maxim Integrated本身也提供了多个RS-485/RS-422收发器系列，其中MAX485和MAX3485是广为人知的经典型号。了解MAX13487E与这些同类产品之间的异同，有助于工程师根据具体应用需求做出最佳选择。

9.1. MAX485：经典与基础

MAX485是Maxim Integrated推出的一款非常经典的低功耗RS-485/RS-422收发器，被广泛用作许多RS-485设计的基准。

• 特点：

• 低功耗： 通常具有较低的静态供电电流。

• 半双工： 典型为半双工通信。

• 需要DE/RE控制： 需要外部微控制器或逻辑电路通过DE（驱动器使能）和RE（接收器使能）引脚来控制数据传输方向。这是其与MAX13487E最大的区别。

• 标准ESD保护： 通常提供±2kV HBM的ESD保护，不如MAX13487E强。

• 全速驱动器： 通常为全速驱动器，不限摆率，传输速率可达2.5Mbps。

• 单位负载： 通常为1单位负载，支持多达32个节点。

• 适用场景： 对成本敏感、对ESD保护要求不高、对自动方向控制无需求，或者系统中有足够GPIO资源和处理能力来管理DE/RE引脚的应用。在许多简单的Modbus RTU应用中，MAX485仍然是受欢迎的选择。

9.2. MAX3485：3.3V供电的RS-485收发器

MAX3485与MAX485类似，但其主要区别在于工作电压。

• 特点：

• 3.3V单电源供电： 适用于低电压系统，与3.3V微控制器直接接口，无需电平转换。

• 半双工： 典型为半双工通信。

• 需要DE/RE控制： 同MAX485一样，需要外部DE/RE引脚控制。

• 标准ESD保护： 通常提供±2kV HBM的ESD保护。

• 全速驱动器： 通常为全速驱动器，不限摆率。

• 单位负载： 通常为1单位负载，支持多达32个节点。

• 适用场景： 类似于MAX485，但更侧重于3.3V供电系统，例如许多基于ARM Cortex-M系列微控制器的嵌入式系统。

9.3. MAX13487E：智能与增强保护

MAX13487E是Maxim Integrated在RS-485收发器领域的重要创新，旨在解决传统收发器的痛点。

• 特点：

• 5V单电源供电。

• AutoDirection™自动方向控制： 最显著的优势。无需外部DE/RE引脚控制，简化了硬件和软件设计，尤其适用于隔离应用。

• ±15kV ESD保护： 在RS-485 I/O引脚上提供业界领先的ESD保护，大大增强了器件的鲁棒性，减少了对外部瞬态抑制器件的需求。

• 限摆率驱动器： MAX13487E的驱动器限摆率，降低EMI，减少信号反射，适用于EMI敏感和长距离、无差错传输的应用。最大数据速率500kbps。

• 1/4单位负载： 允许在同一总线上连接多达128个收发器，支持构建更大规模的网络。

• 热插拔能力： 允许在系统带电时安全地插拔器件。

• 适用场景：

• 对设计复杂度有严格要求，希望简化软件和硬件控制的应用。

• 对EMI抑制有较高要求，需要通过EMC测试的工业环境。

• 需要长距离、高可靠性数据传输的场合。

• 对ESD保护有严格要求，或可能面临高静电风险的应用。

• 需要构建大型多节点RS-485网络的系统。

• 需要电气隔离的RS-485端口，因为AutoDirection™简化了隔离通道。

9.4. 总结与选择建议

如何选择：

• 如果您的应用对成本极端敏感，且系统中有充足的GPIO和微控制器处理能力来管理DE/RE引脚，同时对ESD保护和EMI没有特殊要求，那么经典的MAX485或MAX3485（取决于电压）可能是经济的选择。

• 如果您的核心需求是简化设计、降低软件复杂性、提高ESD鲁棒性、有效抑制EMI，以及构建大型多节点网络，那么MAX13487E是更优的选择，即使其成本可能略高，且最高传输速率被限制在500kbps。对于大多数工业控制和数据采集应用而言，500kbps已足够。

• 如果您需要更高的传输速率（如16Mbps），但仍然希望利用AutoDirection™和增强的ESD保护，可以考虑MAX13487E的姊妹产品MAX13488E，它提供非限摆率驱动器。

综上所述，MAX13487E是RS-485收发器技术发展的一个重要里程碑，它通过集成智能方向控制和增强保护功能，极大地简化了系统设计，提高了在复杂工业环境中的可靠性。在选择时，应根据项目的具体需求（如成本、速率、复杂度、EMI/ESD要求和节点数量）来权衡利弊。

10. 故障诊断与排除：解决通信问题

在基于MAX13487E的RS-485通信系统中，可能会遇到各种问题。本节将提供一些常见的故障诊断步骤和排除方法。

10.1. 常见问题类型

• 无通信： 设备之间完全没有数据交换。

• 通信不稳定/丢包： 数据传输间歇性中断，或者数据包丢失率高。

• 数据错误： 接收到的数据不正确，校验和错误。

• 设备损坏： MAX13487E芯片或其他相关组件损坏。

• 总线冲突： 多个驱动器同时试图驱动总线。

10.2. 诊断工具

• 示波器： 用于观察总线上的差分信号波形，检查信号完整性、摆率、反射和噪声。

• 逻辑分析仪： 用于捕获DI/RO引脚的逻辑电平，确认数据是否正确传输到收发器或从收发器接收。

• 万用表： 用于检查电源电压、接地连接和电阻值。

• RS-485分析仪/转换器： 专门的RS-485调试工具，可以监听总线数据，分析协议帧。

• 上位机软件： 用于测试通信协议（如Modbus Master/Slave软件）。

10.3. 故障排除步骤

10.3.1. 检查物理连接

1. 电源检查： 使用万用表测量MAX13487E的VCC引脚电压，确保其在+4.75V到+5.25V的推荐范围内。检查GND连接是否可靠。

2. DI/RO连接： 确认DI引脚正确连接到微控制器的TXD输出，RO引脚正确连接到微控制器的RXD输入。检查这些连接是否有开路或短路。

3. A/B总线连接： 确认RS-485总线上的A和B线连接正确，没有交叉或短路。检查电缆两端是否正确连接。

4. 终端电阻： 确认总线的两端（且仅两端）是否正确安装了120Ω的终端电阻。不正确的终端电阻是RS-485通信不稳定的常见原因。测量终端电阻是否为120Ω。

5. 偏置电阻（如果使用）： 如果使用了外部偏置电阻，检查其值是否正确，连接是否可靠，它们是否有助于在总线空闲时创建正确的故障安全电压。

10.3.2. 检查逻辑与信号

1. DI引脚活动： 使用逻辑分析仪或示波器检查DI引脚上的数据信号。确认微控制器正在向MAX13487E发送正确的数据。在空闲状态下，DI应保持高电平。

2. RO引脚输出： 在总线上有数据传入时，检查RO引脚的输出。如果RO始终保持高电平或低电平，可能接收器未正常工作。

3. A/B总线波形：

• 差分电压： 使用示波器的差分探头（或使用两个单端探头设置为差分模式）测量A和B之间的差分电压。在发送数据时，应看到清晰的±1.5V（或更高）的差分信号。

• 共模电压： 测量A或B相对于地的电压。RS-485总线的共模电压应在-7V到+12V之间。

• 信号完整性： 检查波形是否有严重的失真、反射、过冲或下冲。这些通常是由于不当的终端、过长的电缆或电缆质量差造成的。

• 摆率： 观察信号的上升和下降沿。MAX13487E是限摆率器件，其上升/下降时间会相对较长。

4. 总线冲突： 如果示波器显示A和B线上波形异常，例如信号电平不确定或波形被“拉低”，可能是总线冲突。这通常意味着在半双工模式下，有两个或更多驱动器同时尝试发送数据。

• AutoDirection™行为： 验证AutoDirection™是否按预期工作。当DI有数据时，驱动器是否使能？发送完成后，驱动器是否及时禁用并切换到接收模式？如果RE引脚被错误地连接为手动控制，也可能导致冲突。确保RE引脚连接到VCC。

• 软件协议： 检查通信协议（如Modbus）的仲裁机制是否正确实现，确保只有主站发送命令，从站只在被寻址时响应。

10.3.3. 检查芯片状态

1. SHDN引脚： 确保SHDN引脚连接到VCC（如果不需要关断功能），或者由微控制器正确控制。如果SHDN意外拉低，MAX13487E将进入低功耗关断模式，所有通信停止。

2. 发热： 触摸MAX13487E芯片，如果它异常发热，可能存在过载、短路或损坏。

3. 替换测试： 如果怀疑芯片损坏，可以尝试更换一个同型号的新芯片进行测试。

10.3.4. 软件与协议检查

1. 波特率匹配： 确保所有通信设备的波特率（如9600bps、115200bps等）完全匹配。

2. 数据格式： 检查数据位、停止位、校验位（奇偶校验）设置是否一致。

3. 通信协议： 验证上位机和下位机之间使用的通信协议（如Modbus RTU）是否正确实现，包括地址、功能码、数据帧结构和校验和计算。

4. 超时机制： 在半双工通信中，发送端在发送完数据后，需要等待一段时间（通常是RTU帧传输时间加上一定的延迟）才能切换到接收模式，以确保对方有足够的时间发送响应。接收端也需要超时机制来处理无响应的情况。

通过系统性地检查上述各个方面，通常可以定位并解决基于MAX13487E的RS-485通信问题。在复杂的网络中，逐步隔离问题区域，从简单的两点通信开始测试，然后逐步增加节点和复杂度，也是一种有效的诊断策略。

11. 未来展望与总结：MAX13487在物联网与工业4.0中的角色

随着物联网（IoT）和工业4.0的蓬勃发展，对可靠、高效、易于部署的工业通信解决方案的需求日益增长。MAX13487E作为一款集成了AutoDirection™自动方向控制和强大ESD保护的RS-485/RS-422收发器，在未来的智能制造、智慧城市和自动化领域将继续扮演重要角色。

11.1. 适应未来工业需求

• 简化边缘节点连接： 随着边缘计算的兴起，越来越多的传感器和执行器需要直接连接到网络。MAX13487E的AutoDirection™功能极大地简化了这些边缘节点的RS-485接口设计，降低了微控制器资源占用，使得更小型、低成本的设备也能实现可靠通信。

• 提高系统鲁棒性： 工业4.0强调设备的互联互通和长期稳定运行。MAX13487E的±15kV ESD保护和限摆率特性，使其在嘈杂、电磁环境恶劣的工业现场具有卓越的抗干扰能力和可靠性，减少了因瞬态事件导致的设备损坏和停机时间。

• 支持大型网络部署： 1/4单位负载特性意味着单个RS-485总线可以连接更多的设备，这对于构建大规模的智能工厂、智慧园区或能源管理系统至关重要，减少了对中继器或网关的需求，降低了系统成本和复杂性。

• 便于隔离设计： 在对安全隔离有严格要求的工业和医疗应用中，MAX13487E简化了隔离式RS-485端口的设计，符合更高的安全和EMC标准。

11.2. 挑战与机遇

尽管RS-485技术成熟且稳定，但在面对更高速、更复杂的数据传输需求时，也面临着来自以太网（如Profinet, EtherCAT）和其他工业总线（如CAN Bus）的竞争。然而，RS-485因其简单、成本效益高和在长距离、多点通信方面的固有优势，仍将在许多应用中保持其地位。MAX13487E正是通过在保持RS-485核心优势的同时，引入了智能和增强保护功能，使其在竞争中脱颖而出。

未来的发展可能会看到RS-485收发器集成更多的智能功能，例如：

• 更高级别的总线诊断： 内置总线状态监控、故障指示和自愈功能。

• 更低的功耗： 进一步优化功耗，支持更多电池供电的无线RS-485节点。

• 更广泛的电压兼容性： 支持更宽的电源电压范围，以适应不同系统的需求。

• 集成式终端和偏置： 通过软件或引脚配置实现可切换的内部终端电阻和偏置，进一步简化硬件设计。

11.3. 总结

MAX13487E是一款功能强大、高度集成的RS-485/RS-422半双工收发器。其独特的AutoDirection™自动方向控制功能彻底改变了传统RS-485通信中对DE/RE控制线的需求，极大地简化了系统设计，降低了开发难度和成本。同时，高达**±15kV的ESD保护和限摆率驱动器**确保了在恶劣工业环境下的卓越鲁棒性和低EMI性能。1/4单位负载的特性使得单个总线能够连接多达128个节点，满足了大型分布式网络的需求。

无论是对于经验丰富的工程师还是初次接触RS-485的新手，MAX13487E都提供了一个高效、可靠且易于实施的通信解决方案。它不仅简化了硬件连接和软件编程，还提升了整个系统的可靠性和抗干扰能力。在工业自动化、楼宇控制、电信以及任何需要可靠长距离串行通信的领域，MAX13487E都是一个值得信赖的选择。