如何快速而有效的解决RS-485电路设计问题

ZLG致远电子 2017-11-15 08:49 次阅读

作为一个电子工程师,比较基础且应用广泛的RS-485串口接口是必修课,可也是大家日常设计中经常遇到问题的一个地方。那在实际应用中,如何快速而有效的解决RS-485电路设计问题呢?

 

RS-485标准

 

RS-485的标准全称为TIAA/EIA-485串行通讯标准。数据通讯采用差分线号传输方式,也称作平衡传输,使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B,如下图:

 

 

通常情况下,发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V,是一个逻辑状态,负电平在-2~6V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地C,在RS-485中还有一“使能”端,而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时,发送驱动器处于高阻状态,称作“第三态”,即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。

 

接收器也作与发送端相对的规定,收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连,当在收端AB之间有大于+200mV的电平时,输出正逻辑电平,小于-200mV时,输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。

 

RS-485注意事项

 

1、RS485网络安装

 

RS485网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,不支持环形或星形网络。主要是为了降低反射信号(尤其是在节点处及总线阻抗不连续点),不会影响信号质量。

 

2、RS485终端匹配

 

对RS-422与RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。但在短距离与低速率下可以不用考虑终端匹配。

 

一般终端匹配采用终接电阻方法,终接电阻一般在RS-485网络中取120Ω。相当于电缆特性阻抗的电阻。这种匹配方法简单有效,但匹配电阻要消耗较大功率,对于功耗限制比较严格的系统不太适合。

 

另外一种比较省电的匹配方式是RC匹配。利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容C的取值是个难点,需要在功耗和匹配质量间进行折衷。

 

还有一种采用二极管的匹配方法。这种方案虽未实现真正的“匹配”,但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号,达到改善信号质量的目的。节能效果显著。

 

3、RS-485接地问题

 

电子系统的接地是很重要的,RS-485传输网络的接地同样也是很重要的,因为接地系统不合理会影响整个网络的稳定性,主要存在两大隐患:共模干扰和EMI。

 

共模干扰:RS-485接口采用差分方式传输信号方式且收发器有一定的共模电压范围,如RS-485收发器共模电压范围为-7~+12V,只有满足上述条件,整个网络才能正常工作。如下图,因地电位差导致的共模干扰:

 

电磁辐射(EMI)问题:驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路。如果没有一个低阻的返回通道(信号地)就会以辐射的形式返回源端,整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。

 

应对措施:

  • 若干扰源内阻不是非常小,可以考虑在接地线上加限流电阻限制干扰电流。

  • 采用浮地技术,隔断接地环路。

  • 采用隔离接口。

 

4、RS-485瞬态保护

 

前面提到的接地措施只对低频率的共模干扰有保护作用。对于频率很高的瞬态干扰就无能为力了,因为引线电感的作用,对于高频瞬态干扰来讲,接地线实际等同于开路。这样的瞬态干扰可能会有成百上千伏的电压。但持续时间很短。如果不加以适当防护就会损坏接口。对于这种瞬态干扰可以采用隔离或旁路的方法加以防护。

 

整体解决方案

 

以上是在设计RS485主要考虑的几个部分,但实际设计中还有很多不可控因素。为了帮助工程师在设计中免除这些烦恼,广州致远电子从03年起就专门推出了集成隔离,电源,总线保护于一体的RS485隔离收发模块,先后推出了系列隔离RS-485收发器,如RSM485CHT、RSM3485CT、RSM485ECHT、RSM485E等产品,应用隔离RSM485产品,除可消除地环路的电势差影响、有效抵御共模干扰外,也有效保护了MCU端的电路在强干扰环境中,大大降低了被干扰和损坏的概率,并以模块化的设计、可靠性的应用和具有竞争力的价格,帮助使用者降低整体的设计风险和采购成本。

 

RSM系列隔离RS-485收发器,符合RoHS环保认证,传导、辐射符合EN55022限值,ESD接触放电4KV、空气放电8KV,EFT信号端口4KV、电源端口浪涌测试 1KV、信号端口2KV。

 

1、型号列表

 

 

2、典型连接电路

 

 

3、EMC特性测试

 

 

4、模块实物图及尺寸

  

 

  

5、超小体积型号RSM485M

 

针对PCB空间有限,或者对最终产品有严苛体积要求的应用场合,我们还可以选用RSM485M这种小体积型号。RSM485M只有常规型号型号体积的1/3,最多支持64个节点数,500kbps波特率,可谓RS-485隔离模块中的“小钢炮”。

 

 

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原文标题:你还在为设计RS-485电路头疼吗?

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