如何構建一個(gè)高質(zhì)量的RS485通信網(wǎng)絡(luò )

1.故障保護

　　根據RS-485的標準規定，接收器的接收靈敏度為±200mV,這意味著(zhù)當接收端的差分電壓大于等于+200mV時(shí)，接收器輸出為高電平，小于等于-200mV時(shí)輸出為低電平，介于±200mV之間時(shí)，接收器輸出為不確定狀態(tài)。在總線(xiàn)空閑（即傳輸線(xiàn)上所有節點(diǎn)都為接收狀態(tài)）以及傳輸線(xiàn)開(kāi)路或短路故障時(shí)，若不采取特殊措施，接收器可能輸出高電平或者低電平。一旦某個(gè)節點(diǎn)的接收器產(chǎn)生低電平，就會(huì )使串行接收器（UART）找不到起始位，從而引起通信異常。

　　為解決該問(wèn)題，很多RS485接口芯片引入了故障保護。例如，上海英聯(lián)電子的UM3085/UM3088輸入靈敏度為-50mV/-200mV,即差分接收器輸入電壓UA-B≥-50mV時(shí)，接收器輸出邏輯高電平，如果UA-B≤-200mV,則輸出邏輯低電平。當接收器輸入端總線(xiàn)短路或總線(xiàn)上所有發(fā)送器被禁止時(shí)，接收器差分輸入端為0V,從而確?？偩€(xiàn)空閑、短路時(shí)接收器輸出高電平。

2.防雷電沖擊

　　RS-485接口芯片在使用、焊接或設備的運輸途中都有可能受到靜電沖擊而損壞。在傳輸線(xiàn)架設于戶(hù)外的使用場(chǎng)合，接口芯片乃至整個(gè)系統還有可能遭受雷電襲擊。選用抗靜電或抗雷擊的芯片可有效避免此類(lèi)損失。UM3085/UM3088芯片內部集成了ESD保護電路，人體模型ESD保護和機器模型ESD保護分別達到15kV和2kV.此外，英聯(lián)電子還有一套完善的ESD保護方案（圖1），使系統能在更為苛刻的瞬態(tài)高壓沖擊環(huán)境中可靠運行。

圖1:RS485芯片防雷和防浪涌電壓設計

　　RS485芯片的供電電源通常來(lái)自于變壓器，當出現較為惡劣電壓變化時(shí)，電源上可能會(huì )出現一些瞬態(tài)浪涌高壓，圖中UM07可以很好地將這些瞬態(tài)電壓鉗位，保護接口芯片。與此同時(shí)，對于總線(xiàn)的兩個(gè)通信端口，采用UESD712進(jìn)行保護，可以起到很好的防雷效果。

3.光耦隔離

　　在某些工業(yè)控制領(lǐng)域，由于現場(chǎng)情況十分復雜，各個(gè)節點(diǎn)之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采用差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾能力，但當共模電壓超過(guò)RS-485接收器的極限接收電壓，即大于+12V或小于-7V時(shí)，接收器就無(wú)法正常工作，嚴重時(shí)甚至會(huì )燒毀芯片和儀器設備。

　　解決方法是通過(guò)DC/DC轉換器將系統電源和RS-485收發(fā)器的電源進(jìn)行光耦隔離（圖2），徹底消除共模電壓的影響，并濾除接地回路和傳導噪聲引起的干擾。

4.寬的信號擺幅

　　在RS485通信中，為防止信號反射，通常在終端都接有90~120歐姆的電阻。一般的RS485接口芯片在帶這樣的電阻負載時(shí)，其輸出電壓的擺幅只有1.5~1.8V,因此在進(jìn)行長(cháng)距離通信時(shí)，由于信號的衰減，接收器可能無(wú)法正確地接收到信號，導致誤碼。UM3085/UM3088驅動(dòng)器將輸出信號擺幅提高到大于2.2V,從而在長(cháng)距離通信中具有更高可靠性。此外，UM3085/UM3088具有斜率限制的特點(diǎn)，能減少EMI,并能在使用阻抗不匹配的傳輸線(xiàn)時(shí)降低反射，提高通信質(zhì)量。

　　綜上所述，在選擇RS485接口芯片時(shí)，除了要考慮靜態(tài)電流、電源電壓寬度范圍等參數外，還要考慮其故障保護功能、抗靜電性能、驅動(dòng)能力，以及外部環(huán)境、通信電纜等方方面面的因素，這樣才能構建一個(gè)高質(zhì)量的RS485通信網(wǎng)絡(luò )。