RS485接口

 RS485基础知识

目录

一. RS485 的主要特性

信号电平

总线端接

失效保护

数据速率与总线长度

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一. RS485 的主要特性

• 多点采用单一 5V 电源

•–7V 至 +12V 总线共模范围

• 多达 32 个单位负载

• 10Mbps 最大数据速率（距离为 40 英尺），4000 英尺的最大电缆长度（速率为 100kbps）

信号电平

驱动器可在 54Ω 负载上提供不小于 1.5V 的差分输出，接收器可检测到低至 200mV 的差分输入。

 图 1. 485 规定的最低总线信号电平

总线端接

为避免信号反射，数据传输线应始终端接，并且 stub 应尽可能的短。正确的端接需要终端电阻 RT 和传输电缆的特性阻抗 Z0 匹配。RS485 建议采用 Z0 = 120Ω 的电缆，因此电缆干线通常与 120Ω电阻端接，线缆的末尾处各一个（图 2 左半部分）。在噪声环境下通常将 120Ω 电阻替换为两个 60Ω 电阻，组成一个低通滤波器，用于提供额外的共模噪声滤除能力（图 2 右半部分）。请务必匹配电阻值（宜使用精度为 1% 的电阻），确保两个滤波器的频率降幅相等。较大的电阻容限（即 20%）会导致滤波器转折频率不同，并且共模噪声会转换为差分噪声，从而使接收器的抗扰性降低。。

 图 2. RS485 端接

失效保护

失效保护是接收器在缺少输入信号的时候输出端有个确定状态，有3种情况可能导致信号丢失：

开路：线缆中断或者收发器从总线断开。

短路：差分对导线因绝缘层失效相互接触。

总线空闲：所有总线驱动器处于未活动状态。

上述条件下，当输入信号为零时，传统的接收器输出随机状态，现在收发器内部都包含一个偏置电路，可以对开路、短路和总线空闲进行保护，信号丢失时，接收器也能强制输出一个确定的状态。 这些失效保护设计的缺点是最坏情况下的噪声容限仅为 10mV，因此在干扰环境中，要增加外部失效保护电路以增加噪声容限。

外部失效保护电路由一个电阻分压器组成，可以产生足够的总线差分电压，以驱动接收器产生一个确定的输出状态。为了确保有足够的噪声容限，除了 200mV 的接收器输入阈值外，VAB 还必须包括测得的最大差分噪声，VAB = 200mV + V噪声。

 图 3. 外部空闲总线失效保护偏置电路

驱动器的输出取决于其提供给负载的电流，因此在总线上增加收发器和失效防护电路会增加所需的总负载电流。为了估算可能的最大总线负载数，RS485 指定了单位负载 (UL) ，表示大约 12k 欧 的负载阻抗。驱动器能够驱动 32 个单位负载。现如今使用的收发器通常可以减少单位负载，例如 1/8 UL，从而在总线上连接多达 256 个收发器。 失效防护偏置可贡献多达 20 个单位的总线负载。

数据速率与总线长度

 图 4. 电缆长度与数据速率

第 1 部分数据速率主要由驱动器的上升时间决定。第 2 部分由于传输线路的损耗，随着电缆长度增加，数据速率降低。第 3 部分显示较低的频率范围，线路电阻会限制电缆长度。