信號鏈基礎(chǔ)知識:工業(yè)遠(yuǎn)距離通信使用的RS232至R

要求遠(yuǎn)距離或者在多個(gè)RS-232應(yīng)用之間實(shí)現(xiàn)RS-232數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恍┕I(yè)用數(shù)據(jù)鏈路，通常都使用RS-232到RS-485轉(zhuǎn)換器。盡管存在高達(dá)±13V的高信號擺幅，但RS-232仍然是一種非平衡或單端接口，而且本身極易受噪聲影響。它的總線最大長度被限定在20米(60英尺)左右。盡管允許進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)傳輸(通過一些單獨(dú)的信號導(dǎo)線同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù))，但是RS-232并不支持在同一條總線上連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　與之形成鮮明對比的是，RS-485是一種使用差分信號傳輸?shù)钠胶饨涌?，從而讓其擁有較高的共模噪聲抗擾性。因此，延長RS-232數(shù)據(jù)鏈路傳輸距離和實(shí)現(xiàn)多總線節(jié)點(diǎn)連接，要求通過接口轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為RS-485信號(參見圖1)。

　　圖 1 短距、點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路到遠(yuǎn)距、多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換

　　圖2顯示了一個(gè)低功耗、隔離式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的原理圖。這里，一臺個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的RS-232串行端口連接至左側(cè)的SUB-D9接口。

　　圖2 使用自動選向控制的隔離式RS-232到RS-485轉(zhuǎn)換器。

　　個(gè)人計(jì)算機(jī)串行端口包含一個(gè)RS-232驅(qū)動器和接收器芯片，芯片將其內(nèi)部5V邏輯信號轉(zhuǎn)換為接口處更高的±8V到±13V電平。這些高壓總線信號再通過另一個(gè)RS-232芯片轉(zhuǎn)換回標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平，以同RS-485收發(fā)器進(jìn)行通信。

　　在發(fā)送方向，485收發(fā)器將來自RS-232接收器輸出的邏輯信號轉(zhuǎn)換成差分總線信號。在接收方向，它將差分總線信號轉(zhuǎn)換成進(jìn)入RS-232驅(qū)動器輸入端的單端、低壓信號。

　　RS-485收發(fā)器包括一個(gè)電容式隔離層，其實(shí)現(xiàn)總線端與邏輯控制端之間的電流隔離，從而消除了總線節(jié)點(diǎn)之間的接地電流。

　　在總線端，這種轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)擁有數(shù)個(gè)確?？煽繑?shù)據(jù)傳輸?shù)脑Ｌ€J1和J2在總線空載期間激活故障保護(hù)偏壓網(wǎng)絡(luò)。如果這種轉(zhuǎn)換器安裝在總線端，則通過跳線J3可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)120歐姆端接電阻器。

　　一個(gè)瞬態(tài)抑制器通過鉗制接地電位，保護(hù)收發(fā)器免受危險(xiǎn)瞬態(tài)過電壓的損害。為了將瞬態(tài)電流分流至地電位，要求使用一個(gè)高壓電容器，以在浮動總線接地和保護(hù)接地(PE)之間提供AC耦合。一般而言，我們使用一條短單芯導(dǎo)線(18 AWG)來實(shí)現(xiàn)到PE端或機(jī)殼接地的連接。

　　信號通路隔離還要求電源隔離。這里，我們通過一個(gè)低壓降電壓調(diào)節(jié)器(LDO)對總線電源(3.3V到10V)進(jìn)行調(diào)節(jié)。然后，把它用于收發(fā)器總線電源(Vcc2)和一個(gè)隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器由變壓器驅(qū)動器、隔離變壓器和一個(gè)次LDO(為邏輯端電路供電)組成。