RS-485接口的主要特点及提高网络可靠性的方法

RS-485接口的主要特点及提高网络可靠性的方法

RS-485标准回顾

RS-485是一个电气接口规范，它只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和通信协议。RS-485标准定义了一个基于单对平衡线的多点、双向（半双工）通信链路，是一种极为经济、并具有相当高噪声抑制、传输速率、传输距离和宽共模范围的通信平台。RS-485接口的主要特点如下：

平衡伟输；

多点通信；

驱动器输出电压（带载）：≥｜1.5V｜；

接收器输入门限：±200mV；

-7V至+12V总线共模范围；

最大总线负载：32个单位负载（UL）；

最大传输速率：10Mbps；

最大电缆长度：4000英尺。

网络配置

有关总线上允许连接的收发器数标准并没有做出规定，但规定了最大总线负载为32个单位负载（UL）。每单位负载的最大输入电流为1.0mA/-0.8mA，相当于约12kΩ。为了扩展总线节点数，器件生产厂商增大收发器输入电阻。例如MAX487，MAX1487的输入电阻增加至48kΩ以上（1/4UL），节点数就可增加至128个，96kΩ输入电阻的MAX1483允许节点数可到256个。

总线匹配

引出线

RS-485总线上的每个收发器通过一段引出线接入总线，引出线过长时，由于信号在引出线中的反射，也会影响总线上的信号质量。和前面的讨论一样，系统所能允许的引出线长度也和信号的转换时间、数据速率有关。下面的经验公式可以用来估算引出线的最大长度：

Lmax=（tRISE×0.2m/ns）/10 以MAX483为例，对应于250ns的上升/下降时间，总线允许的最大引出线长度约为5米。 从以上的分析可以看出，减缓信号的前后沿斜率有利于降低对于总线匹配、引出线长度的要求，改善信号质量，同时，还使信号中的高频成分降低，减少电磁辐射，因此，有些器件生产厂商在RS-485接口器件中增加了摆率限制电路来减缓信号前后沿，但这种做法也限制了数据传输速率。由此看来，在选择接口器件时，并不是速率越高越好，应该根据系统要求，选择最低速率的器件。

失效保护

地线与接地

图3：地电位差导致的共模干扰问题

因此，尽管是差分传输，对于RS-485网络来讲，一条低阻的信号地还是必不可少的。如图4a所示，一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压VGPD被短路。这条信号地可以是额外的一对线（非屏蔽双绞线）、或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。值得注意的是，这种做法仅对高阻型共模干扰有效，由于干扰源内阻大，短接后不会形成很大的接地环路电流，对于通信不会有很大影响。当共模干扰源内阻较低时，会在接地线上形成较大的环路电流，影响正常通信。笔者认为，可以采取以下三种措施：

图4：地线与接地方案

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。接地电阻的增加可能会使共模电压升高，但只要控制在适当的范围内就不会影响正常通信（图4b）；

采用浮地技术，隔断接地环路。当共模干扰内阻很小时上述方法已不能奏效，此时可以考虑将引入干扰的节点（例如处于恶劣的工作环境的现场仪表）浮置起来（也就是系统的电路地与机壳或大地隔离），这样就隔断了接地环路，不会形成很大的环路电流（图4c）；

采用隔离接口。有些情况下，出于安全或其他方面的考虑，电路地必须与机壳或大地相连，不能悬浮，这时可以采用隔离接口来隔断接地回路，但是仍然应该有一条地线将隔离侧的公共端与其它接口的工作地相连（图4d）。

瞬态保护

结论

RS-485标准定义了一个极为坚固和可靠的通信链路，具有高噪声抑制、宽共模范围、长传输距离、冲突保护等特性，但一个真正可靠的RS-485网络还有赖于合理的应用。合理的网络布局、信号通道的连续性、周全的保护措施等，在设计之初就应该有一个总体规划。

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