RS-485工業(yè)接口的設(shè)計(jì)應(yīng)用指南

作者：時(shí)間：2013-04-07 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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作為上世紀(jì)80年代早期批準(zhǔn)的一個(gè)平衡傳輸標(biāo)準(zhǔn)，RS-485似乎已成為工業(yè)界永不過(guò)時(shí)的接口標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于它的文獻(xiàn)有很多，但對(duì)于很少接觸接口設(shè)計(jì)的系統(tǒng)工程師而言，如此海量的文獻(xiàn)就有些讓人吃不消了。

本文旨在討論RS-485標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容，為初接觸它的設(shè)計(jì)師提供入門(mén)指南。研究文末參考的一些附加應(yīng)用筆記可進(jìn)一步幫助設(shè)計(jì)師在最短的時(shí)間內(nèi)完成一套可靠的數(shù)傳設(shè)計(jì)。

RS-485標(biāo)準(zhǔn)的用途

RS-485只定義了用于平衡多點(diǎn)傳輸線的驅(qū)動(dòng)器和接收器的電特性，因此很多更高層標(biāo)準(zhǔn)都將其作為物理層引用。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?

總線節(jié)點(diǎn)以菊花鏈或總線拓?fù)浞绞铰?lián)網(wǎng)。(見(jiàn)圖1)也就是說(shuō)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都通過(guò)很短的線頭連接到主線纜。該接口總線通常設(shè)計(jì)為用于半雙工傳輸，也就是說(shuō)它只用一對(duì)信號(hào)線，驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)只能在不同時(shí)刻出現(xiàn)在信號(hào)線上。

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圖1：RS-485總線結(jié)構(gòu)(左)與半雙工總線結(jié)構(gòu)(右)。

這就需要通過(guò)方向控制信號(hào)(例如驅(qū)動(dòng)器/接收器使能信號(hào))控制節(jié)點(diǎn)操作的協(xié)議，以確保任何時(shí)刻總線上都只能有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器在活動(dòng)，而必須避免多個(gè)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)訪問(wèn)總線導(dǎo)致總線競(jìng)爭(zhēng)。

信號(hào)電平

RS-485驅(qū)動(dòng)器必需在54的負(fù)載上提供最小1.5V的差分輸出，而RS-485接收器則必需能檢測(cè)到最小為200mv的差分輸入(見(jiàn)圖2)。這兩個(gè)值為可靠數(shù)據(jù)傳輸提供了足夠的裕度，即便信號(hào)經(jīng)過(guò)線纜和連接器發(fā)生嚴(yán)重衰減時(shí)亦如此。而穩(wěn)健性正是RS-485適用于噪聲環(huán)境的長(zhǎng)距離聯(lián)網(wǎng)的主要原因。

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圖2：RS-485規(guī)定的最小總線信號(hào)電平

線纜類(lèi)型

在雙絞線上傳送差分信號(hào)為RS-485應(yīng)用帶來(lái)了很大好處。這是因?yàn)橥獠吭肼曉串a(chǎn)生的噪聲總是等量耦合進(jìn)兩根信號(hào)線中，屬于共模噪聲，而這能在差分接收器的輸入處就被抑制掉。

工業(yè)用RS-485線纜是特性阻抗為120和22AWG的塑封非屏蔽雙絞線。圖3所示為一對(duì)用于半雙工網(wǎng)絡(luò)的UTP線纜的橫截面。

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圖3：RS-485通信線纜示例

為了保持網(wǎng)絡(luò)的電特性，除了網(wǎng)絡(luò)線纜的連接之外，印制電路板的布線和RS-485設(shè)備連接器上的管腳分配需保持兩根信號(hào)線之間的距離均等且足夠靠近。

總線端接與線頭長(zhǎng)度

數(shù)據(jù)傳輸線應(yīng)進(jìn)行端接，而且線頭應(yīng)盡可能短，以避免傳輸線上發(fā)生信號(hào)反射。良好的端接要求終端電阻RT與傳輸線線纜的特征阻抗Z0匹配。RS-485建議采用Z0為120的線纜，因此通常每根線纜末端都采用120的電阻進(jìn)行端接。

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圖4：利用共模噪聲濾波器對(duì)RS-485進(jìn)行端接