半導體的可靠性由結(jié)溫決定，結(jié)溫又取決于幾個因素，包括器件功耗、封裝熱阻、印刷電路板（PCB）布局、散熱器接口和環(huán)境工作溫度。本應用筆記介紹了這些考慮因素，并為確定ADI公司的隔離式和非隔離式RS-485、控制器局域網(wǎng)（CAN）、低壓差分信號（LVDS）和多點低壓差分信號（M-LVDS）收發(fā)器的最大結(jié)溫和功耗提供了指導。

結(jié)溫

結(jié)溫是指集成電路（IC）中半導體的溫度。通過保持較低的結(jié)溫，器件的長期可靠性得以提高。使用公式1估算結(jié)溫。

其中：
TJ是結(jié)溫 （°C）。
T一個是環(huán)境溫度 （°C）。
θJA是環(huán)境熱阻 （°C/W） 的結(jié)點。
PDISS是器件總功耗 （W）。

ADI公司的所有數(shù)據(jù)手冊中都有最大環(huán)境工作條件。結(jié)溫、熱阻和功耗是可說明的，也可以計算。

公式1是確定結(jié)溫的一種方法;其他方法包括復雜的三維有限元分析，以及使用熱電偶直接測量IC溫度。

熱阻

與環(huán)境熱阻的結(jié)點，θ賈（°C/W），定義熱從熱IC結(jié)傳遞到環(huán)境空氣時的電阻。

ADI公司數(shù)據(jù)手冊中提供的熱阻值假設4層JEDEC標準板沒有冷卻氣流，板上沒有散熱器。IC封裝上的氣流降低了封裝熱阻，并允許在額定最大結(jié)溫下增加功耗。散熱器通過提供從器件到 PCB 和機箱的傳導路徑，允許 IC 散熱并降低熱阻。

最大功耗

在評估收發(fā)器器件的熱和可靠性特性時，總線接口（收發(fā)器加負載）的功耗是關鍵?？偣β适怯捎谳敵鲐撦d而在收發(fā)器中耗散的功率與收發(fā)器靜態(tài)功率的總和。

特定器件的最大安全功耗受到芯片結(jié)溫相關上升的限制。通常，最大額定結(jié)溫為150°C。 在給定的環(huán)境溫度工作條件和熱阻下，可以計算出相應的最大功耗。在某些情況下，最大功耗可能遠大于典型收發(fā)器應用的功耗。

在150°C的結(jié)溫下，器件封裝的塑料特性會發(fā)生變化。即使暫時超過此溫度限制，也可能改變封裝對芯片施加的應力，從而永久改變收發(fā)器的參數(shù)性能。長時間超過150°C的結(jié)溫可能會導致功能損失。

絕對最大額定值

ADI公司數(shù)據(jù)手冊提供隔離式和非隔離式RS-485和RS-422、CAN和LVDS/M-LVDS收發(fā)器的絕對最大額定值。等于或高于絕對最大額定值下列出的應力可能會對設備造成永久性損壞。長時間超過最大運行條件的運行可能會影響產(chǎn)品的可靠性。

器件產(chǎn)品組合

罐頭收發(fā)器

ADI公司的CAN收發(fā)器在數(shù)據(jù)層鏈路、硬件協(xié)議器和CAN總線的物理布線之間提供差分物理層接口。AN-1123應用筆記提供了CAN實施指南。ADI公司提供隔離式CAN ADM3052、ADM3053和ADM3054收發(fā)器，以及非隔離式CAN ADM3051收發(fā)器。隔離式CAN器件包括ADI集成i耦合器和ISO電源隔離技術（參見i耦合器和ISO電源技術部分）。

這些產(chǎn)品的數(shù)據(jù)手冊在絕對最大額定值表中指定最大結(jié)溫為130°C或150°C。還提供熱阻抗（結(jié)到環(huán)境）和環(huán)境溫度工作條件。使用公式1確定給定環(huán)境溫度工作條件下的最大允許功耗，在本例中為85°C或125°C。

表1給出了最大允許功耗?；蛘?，CAN器件的功耗可以在給定的負載條件下計算，公式1用于確定相應的結(jié)溫。如前所述，表1中的最大功耗可能大于典型收發(fā)器應用的功耗。

ADM3054數(shù)據(jù)手冊提供給定負載條件下的邏輯和總線側(cè)電流。最大邏輯側(cè)電流為3.0 mA，最大總線側(cè)電流為75 mA，輸出負載電阻為60 Ω。 使用公式2確定5 V電壓下的功耗。

其中：
V 是收發(fā)器電壓 （V）。
I是收發(fā)器電流（邏輯側(cè)、靜態(tài)、總線側(cè)）（mA）。
RL是CAN應用驅(qū)動的典型負載。

所有總線側(cè)電流不流過RL負載電阻;因此，只有當前部分通常流經(jīng) RL被減去。

對于352.5 mW的功耗和53°C/W的熱阻，相應的結(jié)溫上升約為18°C。 使用公式1表示環(huán)境工作溫度為125°C，結(jié)溫為143°C。

LVDS驅(qū)動器和接收器

ADI公司的LVDS驅(qū)動器（發(fā)送器）和接收器為點對點應用提供高速信號單端至差分解決方案。例如，ADN4663 LVDS驅(qū)動器的工作速率高達600 Mbps，而ADN4664 LVDS接收器的工作速率高達400 Mbps。ADI公司的LVDS產(chǎn)品組合具有增強的±15 kV ESD保護。AN-1177應用筆記提供了LVDS和M-LVDS電路實現(xiàn)指南。

LVDS數(shù)據(jù)手冊在絕對最大額定值表中提供了最高結(jié)溫。對于每個LVDS器件，最大結(jié)溫為150°C。 絕對最大額定值表規(guī)定了熱阻以及最高環(huán)境工作溫度。使用公式1計算功耗。表2詳細介紹了每個LVDS器件在最大環(huán)境溫度工作條件下的最大允許功耗。

作為表2中提供的最大功耗的替代方案，計算LVDS器件在典型條件下的功耗，并使用公式1確定相應的結(jié)溫。如前所述，最大功耗可能遠大于典型收發(fā)器應用的功耗。例如，ADN4664數(shù)據(jù)手冊為開關電流為47 mA的兩個通道提供典型電源電流。使用公式3計算3.3 V電壓下的功耗。

其中：
V 是接收器電壓 （V）。
I 是接收器電流 （mA）。

對于155 mW的功耗和149.5°C/W的熱阻，相應的結(jié)溫上升為23°C。 使用公式1表示環(huán)境工作溫度為85°C，結(jié)溫為108°C。

M-LVDS收發(fā)器

ADI公司的M-LVDS收發(fā)器通過允許兩個以上節(jié)點之間的雙向通信，擴展了已建立的LVDS信號方法。ADN4690E、ADN4692E、ADN4694E 和 ADN4695E 均為收發(fā)器，用于高速發(fā)送和接收 M-LVDS（數(shù)據(jù)速率高達 100 Mbps）。ADN4691E、ADN4693E、ADN4696E和ADN4697E能夠以高達200 Mbps的數(shù)據(jù)速率工作。M-LVDS收發(fā)器提供全雙工和半雙工模式，采用8引腳和14引腳SOIC封裝。AN-1177應用筆記提供了LVDS和M-LVDS電路實現(xiàn)指南。

ADN4690E/ADN4692E/ADN4694E/ADN4695E數(shù)據(jù)手冊提供了計算功耗和結(jié)溫的信息，具體取決于封裝類型。表3提供了8引腳和14引腳SOIC封裝的熱阻值。

ADN4690E/ADN4692E/ADN4694E/ADN4695E數(shù)據(jù)手冊規(guī)定了94 mW收發(fā)器功耗。

對于94 mW的功耗和121°C/W的熱阻，結(jié)溫的相應上升為11°C。 使用公式1，環(huán)境工作溫度為85°C，結(jié)溫為96°C。 對于94 mW的功耗和86°C/W的熱阻，結(jié)溫的相應上升為8°C。 使用公式1，環(huán)境工作溫度為85°C，結(jié)溫為93°C。

ADN4691E/ADN4693E/ADN4696E/ADN4697E數(shù)據(jù)手冊提供了計算功耗和結(jié)溫的信息，具體取決于封裝類型。表4提供了8引腳和14引腳SOIC封裝的熱阻值。

ADN4691E/ADN4693E/ADN4696E/ADN4697E數(shù)據(jù)手冊提供最大電源電流，驅(qū)動器和接收器均使能電流為25 mA。典型負載（RL） 由收發(fā)器驅(qū)動為 50 Ω。 使用公式4計算總功耗。

所有總線側(cè)電流不流過RL負載電阻;因此，只有當前部分通常流經(jīng) RL被減去。

對于77 mW的功耗和121°C/W的熱阻，結(jié)溫的相應上升為9°C。 使用公式1，環(huán)境工作溫度為85°C，結(jié)溫為94°C。

對于77 mW的功耗和86°C/W的熱阻，結(jié)溫的相應上升為7°C。 使用公式1，環(huán)境工作溫度為85°C，結(jié)溫為92°C。

RS-485/RS-422 收發(fā)器

ADI公司提供各種標準RS-485/RS-422收發(fā)器和i耦合器隔離式RS-485/RS-422收發(fā)器，適合多種應用。RS-485收發(fā)器允許長距離（最大4000英尺）的雙向通信，差分傳輸線提高了抗噪性。AN-960應用筆記提供了RS-485/RS-422電路實施指南。表5提供了ADI公司隔離式RS-485收發(fā)器的數(shù)據(jù)，其中包括集成i耦合器和iso電源隔離技術（參見i耦合器和iso電源技術部分）。

公式5和公式6分別是ADM2587E和ADM2582E功耗的示例計算，使用從器件數(shù)據(jù)手冊中收集的典型54 Ω負載條件下的數(shù)據(jù)。

所有總線側(cè)電流不流過RL負載電阻;因此，僅減去通常流經(jīng)RL的電流部分。

對于ADM2587E，功耗為0.567 W，熱阻為50°C/W，結(jié)溫相應上升28°C。 使用公式1，環(huán)境工作溫度為85°C，結(jié)溫為113°C。 對ADM2582E進行類似的計算。

ADM2486數(shù)據(jù)手冊規(guī)定采用4 V電源時邏輯側(cè)電流為5 mA。相應的58 mA總線側(cè)電流和5 V總線側(cè)電壓（數(shù)據(jù)速率為20 Mbps時）提供271 mW的功耗值（參見公式7）。

所有總線側(cè)電流不流過RL負載電阻;因此，僅減去通常流經(jīng)RL的電流部分。

ADM2486的功耗為271 mW，熱阻為73°C/W，結(jié)溫相應上升19.8°C。 使用公式1表示環(huán)境工作溫度為85°C，結(jié)溫為105.4°C。

ADM2682E/ADM2687E數(shù)據(jù)手冊提供了典型總線負載條件下的電源電流。功耗計算與ADM2587E和ADM2582E類似。

ADM2482E、ADM2487E、ADM2485、ADM2490E、ADM2491E、ADM2481、ADM2483和ADM2484E的收發(fā)器功耗計算與ADM2486相似。計算功耗后，對于給定的熱阻和環(huán)境工作溫度，可以使用公式1確定結(jié)溫（見表5）。

散熱器和散熱設計

有關散熱器、PCB布局和其他熱設計良好實踐的指南，請參閱ADI公司的MT-093教程（請參閱“參考”部分）。本教程為需要考慮功耗的應用提供PCB布局指南。

i耦合器和 iso電源技術

在典型的客戶應用中，電路組件之間的隔離可提高系統(tǒng)安全性和數(shù)據(jù)完整性。隔離可以保護系統(tǒng)側(cè)的敏感電路元件免受高壓設備通常所在的總線側(cè)存在的危險電壓電平的影響。隔離還可以減輕甚至消除影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集精度的共模噪聲和接地環(huán)路。

有關隔離RS-485節(jié)點電源的選項和解決方案，請參閱ADI公司技術文章MS-2155（請參閱“參考”部分）。技術文章MS-2155說明了ADI公司ADM2587E RS-485收發(fā)器中使用的ISO電源隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器技術。ADM2587E還采用ADI耦合器數(shù)據(jù)隔離技術。

采用i耦合器技術的隔離式RS-485和CAN收發(fā)器使設計人員能夠在設計中實現(xiàn)隔離，而不受光耦合器的成本、尺寸、功耗、性能和可靠性限制。

審核編輯：郭婷