RS-485网络的正确连接方法

摘要：介绍RS-485网络的正确连接方法，包括双绞线布线及正确安装匹配电阻的建议。列出了正确端接和错误端接下的接收器波形。给出了从简单的单发送器/多接收器网络到多个收发器及多个分支电路的配置。

本应用笔记提供连接RS-485网络的基本指南。RS-485规范(官方称为TIA/EIA-485-A)没有特别规定应该如何连接RS-485网络。尽管如此，规范还是给出了一些指南。这些指南和良好的工程实践是本应用笔记的基础。然而，本文提出的建议并不能涵盖设计网络的所有不同方式。

RS-485在多个位置之间发送数字信息。数据率可高达10Mbps，有时候甚至更高。RS-485设计主要用于在较长距离内传输信息，其能力完全可满足1000米的距离。RS-485能够成功实现的传输距离和数据率很大程度上依赖于系统的接线方法。

接线

RS-485的设计为平衡系统。简单地说，使用两根线传输信号，没有地。

 

图1. 平衡系统使用两根线传输数据，没有地。

系统之所以称为是平衡的，是因为理想情况下其中一根线上的信号与另一根线上的信号严格相反。也就是说，如果一根线发送的为高电平，另一根线将发送低电平，反之亦然，见图2。

 

图2. 平衡系统中两根线上的信号严格相反。

尽管RS-485可使用多种类型的介质进行成功传输，但应使用通常称为“双绞线”的接线方法。

什么是双绞线？为什么使用双绞线？
顾名思义，双绞线是一对等长、缠绕在一起的电线。RS-485兼容的发送器与双绞线配合使用可降低设计高速长距离网络的两个主要故障源：辐射EMI和接收EMI。

辐射EMI

如图3所示，当利用快速变化的边沿发送信息时，就会产生高频成分。由于RS-485能够以较高数据率进行传输，快速变化的边沿就必不可少。

 

图3. 125kHz方波及其FFT图。

快速变化的边沿中不可避免的高频成分与长连接线相耦合，会产生辐射EMI。采用双绞线的平衡系统使系统成为没有效率的辐射体，可降低这种影响。其工作原理很简单：由于传输线上的信号相等、极性相反，每根线上辐射的信号也相当、极性相反。这就存在彼此抵消的效果，意味着不存在净辐射EMI。然而，这种结果基于一个前提：连接线长度严格相等、位置严格相同。由于两根线不可能同时处于相同的位置，所以两根线应尽量彼此靠近。将两根线缠绕在一起，之间的距离就非常有限，有助于抵消剩余的EMI。

接收EMI

接收EMI基本上与辐射EMI的问题相同，但方向相反。RS-485系统中使用的线缆也作为天线接收有害信号。这些有害信号会造成有用信号失真，如果足够严重，会引起数据错误。与双绞线有助于防止辐射EMI的原因相同，双绞线也有助于降低接收EMI的影响。由于两根线彼此靠近并缠绕在一起，一根线上接收的噪声将倾向于与另一个线上接收的噪声相同。这种类型的噪声被称为“共模噪声”。由于RS-485接收器设计用于检测彼此极性相反的信号，所以很容易抑制共模噪声。

双绞线的特征阻抗

根据电缆的几何结构以及所用绝缘材料的不同，双绞线的“特征阻抗”一般由制造商给出。RS-485规范推荐但没有特别规定特征阻抗应为120Ω。推荐这一阻抗是RS-485规范中计算最差工作条件负载以及共模电压范围所必需的。规范没有特别规定该阻抗可能是出于灵活性考虑。如果因为某种原因不能使用120Ω电缆，建议重新计算最差工作条件负载(可使用的发送器和接收器数量)和最差工作条件共模电压范围，以确保所设计的系统能够正常工作。行业标准TSB89《ATIA-EIA-485-A应用指南》1中有一章专门介绍了这些计算。

每个发送器的双绞线对数量

在理解了要求的传输线类型后，读者可能会问：一个发送器能够驱动几对双绞线？简单回答就是：只能一对。尽管发送器在特定环境条件下有可能驱动多个双绞线对，但这不符合规范。