硬件电路设计之RS485电路设计

1 简介

RS485是一种半双工通信，RS485最多支持32个节点，传输距离远，最远可达1219m，接收灵敏度高（200mV），最高的传输速率高达10Mbps。在多站点、远距离通信等领域得到了广泛应用。

注意 ：RS485 总线通常使用特性阻抗为 120Ω 的双绞线，因此在 485 总线的首尾两端增加 120Ω 终端电阻来避免信号反射问题。

2 通信方式

数据在两个站点之间进行传输，按照数据流的方向可以分为三种传输模式： 单工通信 、 半双工通信 、 全双工通信 。

输出模式	描述	应用
单工通信	只支持信号在一个方向上传输（正向或反向），任何时候不能改变信号的传输方向。	广播
半双工通信	半双工通信允许信号在两个方向上传输，但某一时刻只允许信号在一个信道上单向传输。	对讲机
全双工通信	全双工通信允许数据同时在两个方向上传输，即有两个信道，因此允许同时进行双向传输。	手机

3 电平标准

RS485电路的逻辑要分为两种情况考虑，要把RS485的逻辑分成发送器和 接收器 。

状态	逻辑0	逻辑1
发送器	-（2~6）V	+（2~6）V
接收器	A-B > 200mV	A-B ＜ 200mV

• 当RS485总线的差分电压大于+200mV时，RS485收发器判定为高电平；
• 当RS485总线的差分电压小于-200mV时，RS485收发器判定为低电平；
• 当RS485总线处于-200mV到+200mV时，RS485收发器可能输出高电平也可能输出低电平，只能处于一种状态。

在设计RS485电路时，需要将A总线上拉，B总线下拉，主要是为了防止RS485总线的差值处于-200mV到+200mV之间。

4 RS485电路设计

• RS485电路

RS485电路MCU端使用的是UART的引脚，接收与发送的状态需要通过RE和DE两个引脚去控制。

• R表示数据输出引脚。
• D表示数据输入引脚。
• RE表示数据输入使能引脚，低电平接收使能。
• DE表示数据输入使能引脚，高电平发送使能。
• A和B表示RS485总线数据输入输出引脚。
• VCC和GND表示供电引脚。
• 自动收发控制电路
  
• 接收

TX为高电平，三极管导通，RE为低电平使能，RO收数据有效，MAX485为接收态。

• 发送

数据	描述
发送数据1	发送数据1时，TX为高电平时，三极管导通，DE为低电平，此时收发器处于接收状态，驱动器就变成了高阻态，也就是发送端与AB断开了，此时AB之间的电压就取决于AB的上下拉电阻了，A为高电平、B为低电平，也就成为了逻辑1。
发送数据0	发送数据0时，TX为低电平时，三极管截止，发送引脚已连接GND，即发送的数据为低电平。

5 RS422电路设计

由于GJB 151B没有雷击和浪涌测试要求，故不需要防雷器件。TVS管使用SMB6.5CA，共模电感选择LCHWCM-453228-510YT01，详细设计电路如下图所示，此设计可同时满足GJB 151B和DO 160G的标准。注意SMB封装的TVS管是600W，SMA封装的TVS管是400W，故需选择SMB6.5CA；如使用的芯片不是MAX3490或者输出电压范围大于6.5V，建议TVS管选择更大的VDRM值，如SMB15CA。共模电感至TVS管部分元器件要靠近板边或者连接器端，尽量使外来干扰信号在进入板子时就被滤除掉。

• 共模电感 ：滤除共模干扰，提高系统的抗干扰能力。共模电感阻抗选择范围为 120Ω/100MHz~2200Ω/100MHz ，典型值选取 1000Ω/100MHz 。
• 滤波电容 ：C15、C16、C18、C19，给干扰提供低阻抗的回流路径。电容容值选取范围为 22PF~1000pF ，典型值选取 100pF 。
• TVS管 ：D6、D8、D9、D11，防止静电耦合到板卡，损坏器件。