RS-485應用設計參考
如今幾乎所有的電子產品都帶有通信接口。從最初的數據模擬信號到后來的RS-232,在到我們今天要談到的RS-485接口,各種無線接口等。作為一個電子工程師,比較基礎也有廣泛應用基礎的RS-485幾乎成為必學的內容。如何快速而有效的解決RS-485電路呢?
RS-485標準
RS-485的標準全稱為TIAA/EIA-485串行通訊標準。數據通訊采用差分線號傳輸方式,也稱作平衡傳輸,使用一對雙絞線,將其中一線定義為A,另一線定義為B,如下圖:
通常情況下,發送驅動器A、B之間的正電平在+2~+6V,是一個邏輯狀態,負電平在-2~6V,是另一個邏輯狀態。另有一個信號地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”端是用于控制發送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當“使能”端起作用時,發送驅動器處于高阻狀態,稱作“第三態”,即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態。
接收器也作與發送端相對的規定,收、發端通過平衡雙絞線將AA與BB對應相連,當在收端AB之間有大于+200mV的電平時,輸出正邏輯電平,小于-200mV時,輸出負邏輯電平。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
RS485網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構,不支持環形或星形網絡。主要是為了降低反射信號(尤其是在節點處及總線阻抗不連續點),不會影響信號質量。
2、RS485終端匹配
對RS-422與RS-485總線網絡一般要使用終接電阻進行匹配。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網絡中取120Ω。相當于電纜特性阻抗的電阻。這種匹配方法簡單有效,但匹配電阻要消耗較大功率,對于功耗限制比較嚴格的系統不太適合。
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省大部分功率。但電容C的取值是個難點,需要在功耗和匹配質量間進行折衷。
還有一種采用二極管的匹配方法。這種方案雖未實現真正的“匹配”,但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號,達到改善信號質量的目的。節能效果顯著。
3、RS-485接地問題
電子系統的接地是很重要的,RS-485傳輸網絡的接地同樣也是很重要的,因為接地系統不合理會影響整個網絡的穩定性,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方式且收發器有一定的共模電壓范圍,如RS-485收發器共模電壓范圍為-7~+12V,只有滿足上述條件,整個網絡才能正常工作。如下圖,因地電位差導致的共模干擾:
電磁輻射(EMI)問題:驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路。如果沒有一
個低阻的返回通道(信號地)就會以輻射的形式返回源端,整個總線就會像一個巨大的天
線向外輻射電磁波
應對措施:
若干擾源內阻不是非常小,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,隔斷接地環路。
采用隔離接口。
4、RS-485瞬態保護
前面提到的接地措施只對低頻率的共模干擾有保護作用。對于頻率很高的瞬態干擾就無能為力了,因為引線電感的作用,對于高頻瞬態干擾來講,接地線實際等同于開路。這樣的瞬態干擾可能會有成百上千伏的電壓。但持續時間很短。如果不加以適當防護就會損壞接口。對于這種瞬態干擾可以采用隔離或旁路的方法加以防護。
整體解決方案
以上是在設計RS485主要考慮的幾個部分,但實際設計中還有很多不可控因素。為了幫助工程師在設計中免除這些煩惱,廣州致遠電子從03年起就專門推出了集成隔離,電源,總線保護于一體的RS485隔離收發模塊,先后推出了系列隔離RS-485收發器,如RSM485CHT、RSM3485CT、RSM485ECHT、RSM485E等產品,應用隔離RSM485產品,除可消除地環路的電勢差影響、有效抵御共模干擾外,也有效保護了MCU端的電路在強干擾環境中,大大降低了被干擾和損壞的概率,并以模塊化的設計、可靠性的應用和具有競爭力的價格,幫助使用者降低整體的設計風險和采購成本。
RSM系列隔離RS-485收發器,符合RoHS環保認證,傳導、輻射符合EN55022限值,ESD接觸放電4KV、空氣放電8KV,EFT信號端口4KV、電源端口浪涌測試 1KV、信號端口2KV。
1、型號列表:
2、典型連接電路:
3、EMC特性測試:
4、模塊實物圖及尺寸:
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( 發表人:方泓翔 )