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如何快速而有效的解决RS-485电路设计问题?

2019-12-2 17:10:52 显示全部楼层
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:
12.jpg 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。

来源:致远电子

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