如何快速而有效的解決RS-485電路設(shè)計(jì)問(wèn)題

RS-485標(biāo)準(zhǔn)

RS-485的標(biāo)準(zhǔn)全稱為TIAA/EIA-485串行通訊標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)通訊采用差分線號(hào)傳輸方式，也稱作平衡傳輸，使用一對(duì)雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，如下圖：

通常情況下，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在-2～6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號(hào)地C，在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的。“使能”端是用于控制發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。

接收器也作與發(fā)送端相對(duì)的規(guī)定，收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線將AA與BB對(duì)應(yīng)相連，當(dāng)在收端AB之間有大于+200mV的電平時(shí)，輸出正邏輯電平，小于-200mV時(shí)，輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。

RS-485注意事項(xiàng)

1、RS485網(wǎng)絡(luò)安裝

RS485網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。主要是為了降低反射信號(hào)（尤其是在節(jié)點(diǎn)處及總線阻抗不連續(xù)點(diǎn)），不會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量。

2、RS485終端匹配

對(duì)RS-422與RS-485總線網(wǎng)絡(luò)一般要使用終接電阻進(jìn)行匹配。但在短距離與低速率下可以不用考慮終端匹配。

一般終端匹配采用終接電阻方法，終接電阻一般在RS-485網(wǎng)絡(luò)中取120Ω。相當(dāng)于電纜特性阻抗的電阻。這種匹配方法簡(jiǎn)單有效，但匹配電阻要消耗較大功率，對(duì)于功耗限制比較嚴(yán)格的系統(tǒng)不太適合。

另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配。利用一只電容C隔斷直流成分可以節(jié)省大部分功率。但電容C的取值是個(gè)難點(diǎn)，需要在功耗和匹配質(zhì)量間進(jìn)行折衷。

還有一種采用二極管的匹配方法。這種方案雖未實(shí)現(xiàn)真正的“匹配”，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號(hào)，達(dá)到改善信號(hào)質(zhì)量的目的。節(jié)能效果顯著。

3、RS-485接地問(wèn)題

電子系統(tǒng)的接地是很重要的，RS-485傳輸網(wǎng)絡(luò)的接地同樣也是很重要的，因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)不合理會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，主要存在兩大隱患：共模干擾和EMI。

共模干擾：RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)方式且收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，如RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。如下圖，因地電位差導(dǎo)致的共模干擾：

電磁輻射（EMI）問(wèn)題：驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路。如果沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地）就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。

應(yīng)對(duì)措施：

• 若干擾源內(nèi)阻不是非常小，可以考慮在接地線上加限流電阻限制干擾電流。

• 采用浮地技術(shù)，隔斷接地環(huán)路。

• 采用隔離接口。

4、RS-485瞬態(tài)保護(hù)

前面提到的接地措施只對(duì)低頻率的共模干擾有保護(hù)作用。對(duì)于頻率很高的瞬態(tài)干擾就無(wú)能為力了，因?yàn)橐€電感的作用，對(duì)于高頻瞬態(tài)干擾來(lái)講，接地線實(shí)際等同于開(kāi)路。這樣的瞬態(tài)干擾可能會(huì)有成百上千伏的電壓。但持續(xù)時(shí)間很短。如果不加以適當(dāng)防護(hù)就會(huì)損壞接口。對(duì)于這種瞬態(tài)干擾可以采用隔離或旁路的方法加以防護(hù)。

整體解決方案

以上是在設(shè)計(jì)RS485主要考慮的幾個(gè)部分，但實(shí)際設(shè)計(jì)中還有很多不可控因素。為了幫助工程師在設(shè)計(jì)中免除這些煩惱，廣州致遠(yuǎn)電子從03年起就專門推出了集成隔離，電源，總線保護(hù)于一體的RS485隔離收發(fā)模塊，先后推出了系列隔離RS-485收發(fā)器，如RSM485CHT、RSM3485CT、RSM485ECHT、RSM485E等產(chǎn)品，應(yīng)用隔離RSM485產(chǎn)品，除可消除地環(huán)路的電勢(shì)差影響、有效抵御共模干擾外，也有效保護(hù)了MCU端的電路在強(qiáng)干擾環(huán)境中，大大降低了被干擾和損壞的概率，并以模塊化的設(shè)計(jì)、可靠性的應(yīng)用和具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，幫助使用者降低整體的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和采購(gòu)成本。

RSM系列隔離RS-485收發(fā)器，符合RoHS環(huán)保認(rèn)證，傳導(dǎo)、輻射符合EN55022限值，ESD接觸放電4KV、空氣放電8KV，EFT信號(hào)端口4KV、電源端口浪涌測(cè)試 1KV、信號(hào)端口2KV。

1、型號(hào)列表

2、典型連接電路

3、EMC特性測(cè)試

4、模塊實(shí)物圖及尺寸

5、超小體積型號(hào)RSM485M

針對(duì)PCB空間有限，或者對(duì)最終產(chǎn)品有嚴(yán)苛體積要求的應(yīng)用場(chǎng)合，我們還可以選用RSM485M這種小體積型號(hào)。RSM485M只有常規(guī)型號(hào)型號(hào)體積的1/3，最多支持64個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)，500kbps波特率，可謂RS-485隔離模塊中的“小鋼炮”。