3.3V供電的RS485接口遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信電路設(shè)計(jì)

　　在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域中，通常使用串行通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。最初的RS232接口，由于外 界應(yīng)用環(huán)境等因素，經(jīng)常因電氣干擾而導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤。除此之外，RS232接口只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，不具備聯(lián)網(wǎng)功能，而且其最大傳輸距離僅有15 米，不能滿足遠(yuǎn)距離通訊要求。RS485則解決了這些問(wèn)題，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，最大傳輸距離約為1219米，允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上。考慮到節(jié)能、低功耗等原因，系統(tǒng)電壓由傳統(tǒng)的5V轉(zhuǎn)為3.3V，因此3.3V供電的RS485接口應(yīng)運(yùn)而生。

　　RS-485標(biāo)準(zhǔn)概述

　　RS-485數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線將A-A與B-B對(duì)應(yīng)相連。當(dāng)線路A高于線路B電平（VA-VB》 +200mV）時(shí)，接收端輸出為邏輯高電平（RO=1）；當(dāng)線路A低于線路B電平（VA-VB-200mV）時(shí)，接收端輸出為邏輯低電平 （RO=0）。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器的輸入端邏輯電平為高（DI=1）時(shí)，線路A電平高于線路B電平；當(dāng)驅(qū)動(dòng)器的輸入端邏輯電平為低（DI=0）時(shí)，線路A電平低于線路B電平。見(jiàn)圖1。

　　RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)，一般收發(fā)器能夠承受的共模電壓范圍為-7V至+12V，一旦共模電壓超出此范圍，將會(huì)影響通信的可靠性，甚至損壞接口。由于每個(gè)系統(tǒng)都會(huì)有獨(dú)立的地回路，在遠(yuǎn)距離通信條件下，系統(tǒng)間的地電位差VGPD將會(huì)很大。發(fā)送器的輸出共模電壓為VOC，那么接收器輸入端的共模電壓VCM=VOC+VGPD，RS-485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定VOC小于等于3V，但VGPD的幅度可達(dá)十幾伏甚至數(shù)十伏，并可能伴有強(qiáng)干擾信號(hào)，導(dǎo)致接收器的共模輸入VCM超出正常范圍，并在信號(hào)線上產(chǎn)生干擾電流。解決此類問(wèn)題的方法是：

　　a、通過(guò)帶隔離的DC-DC將系統(tǒng)電源和RS-485收發(fā)器的電源隔離，如圖2所示；

　　圖2：低壓3.3V隔離電源方案圖

　　b、通過(guò)光耦將信號(hào)隔離，減小共模電壓的影響。

　　采用該方法時(shí)，總線收發(fā)器的信號(hào)線和電源線與本地信號(hào)的電源是相互隔離的。

　　光耦隔離電路

　　光耦往往是限制通信數(shù)據(jù)波特率的主要因素，對(duì)于低速傳輸，可采用PS250、TIL117等。在高速電路設(shè)計(jì)中，可以考慮采用6N137、6N136等高速 光耦，優(yōu)化電路參數(shù)設(shè)計(jì)。光耦隔離示意圖如圖3所示。圖3中，電阻R3、R4如果選取得較大，將會(huì)使光耦的發(fā)光管由截止進(jìn)入飽和狀態(tài)的速度變慢；如果選取 得過(guò)小，退出飽和將會(huì)變慢。不同型號(hào)的光耦及驅(qū)動(dòng)電路，使得這兩個(gè)電阻的數(shù)值略有差異，阻值的選取通常由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。

　　圖3：光耦隔離示意圖