RS-232、RS-422與RS-485協(xié)議標準及應用概述
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圖11
2．（EMI）問(wèn)題：發(fā)送驅動(dòng)器輸出信號中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道（信號地），就會(huì )以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線(xiàn)就會(huì )像一個(gè)巨大的天線(xiàn)向外輻射電磁波。
由于上述原因，RS-422、RS-485盡管采用差分平衡傳輸方式，但對整個(gè)RS-422或RS-485網(wǎng)絡(luò )，必須有一條低阻的信號地。一條低阻的信號地將兩個(gè)接口的工作地連接起來(lái)，使共模干擾電壓VGPD被短路。這條信號地可以是額外的一條線(xiàn)（非屏蔽雙絞線(xiàn)），或者是屏蔽雙絞線(xiàn)的屏蔽層。這是最通常的接地方法。
值得注意的是，這種做法僅對高阻型共模干擾有效，由于干擾源內阻大，短接后不會(huì )形成很大的接地環(huán)路電流，對于通信不會(huì )有很大影響。當共模干擾源內阻較低時(shí)，會(huì )在接地線(xiàn)上形成較大的環(huán)路電流，影響正常通信。筆者認為，可以采取以下三種措施：
?。?） 如果干擾源內阻不是非常小，可以在接地線(xiàn)上加限流電阻以限制干擾電流。接地電阻的增加可能會(huì )使共模電壓升高，但只要控制在適當的范圍內就不會(huì )影響正常通信。
?。?） 采用浮地技術(shù)，隔斷接地環(huán)路。這是較常用也是十分有效的一種方法，當共模干擾內阻很小時(shí)上述方法已不能奏效，此時(shí)可以考慮將引入干擾的節點(diǎn)（例如處于惡劣的工作環(huán)境的現場(chǎng)設備）浮置起來(lái)（也就是系統的電路地與機殼或大地隔離），這樣就隔斷了接地環(huán)路，不會(huì )形成很大的環(huán)路電流。
?。?） 采用隔離接口。有些情況下，出于安全或其它方面的考慮，電路地必須與機殼或大地相連，不能懸浮，這時(shí)可以采用隔離接口來(lái)隔斷接地回路，但是仍然應該有一條地線(xiàn)將隔離側的公共端與其它接口的工作地相連。參見(jiàn)圖12。
圖12
七、RS-422與RS-485的網(wǎng)絡(luò )失效保護
RS-422與RS-485標準都規定了接收器門(mén)限為±200mV。這樣規定能夠提供比較高的噪聲抑制能力，如前文所述，當接收器A電平比B電平高+200mV以上時(shí)，輸出為正邏輯，反之，則輸出為負邏輯。但由于第三態(tài)的存在，即在主機在發(fā)端發(fā)完一個(gè)信息數據后，將總線(xiàn)置于第三態(tài)，即總線(xiàn)空閑時(shí)沒(méi)有任何信號驅動(dòng)總線(xiàn)，使AB之間的電壓在-200～+200mV直至趨于0V，這帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題：接收器輸出狀態(tài)不確定。如果接收機的輸出為0V，網(wǎng)絡(luò )中從機將把其解釋為一個(gè)新的啟動(dòng)位，并試圖讀取后續字節，由于永遠不會(huì )有停止位，產(chǎn)生一個(gè)幀錯誤結果，不再有設備請求總線(xiàn)，網(wǎng)絡(luò )陷于癱瘓狀態(tài)。除上述所述的總線(xiàn)空閑會(huì )造成兩線(xiàn)電壓差低于200mV的情況外，開(kāi)路或短路時(shí)也會(huì )出現這種情況。故應采取一定的措施避免接收器處于不確定狀態(tài)。
圖13
上述方法是比較經(jīng)典的方法，但它仍然不能解決總線(xiàn)短路時(shí)的問(wèn)題，有些廠(chǎng)家將接收門(mén)限移到-200mV/-50mV，可解決這個(gè)問(wèn)題。例如Maxim公司的MAX3080系列RS-485接口，不僅省去了外部偏置電阻，而且解決了總線(xiàn)短路情況下的失效保護問(wèn)題。
八、RS-422與RS-485的瞬態(tài)保護
前文提到的信號接地措施，只對低頻率的共模干擾有保護作用，對于頻率很高的瞬態(tài)干擾就無(wú)能為力了。由于傳輸線(xiàn)對高頻信號而言就是相當于電感，因此對于高頻瞬態(tài)干擾，接地線(xiàn)實(shí)際等同于開(kāi)路。這樣的瞬態(tài)干擾雖然持續時(shí)間短暫，但可能會(huì )有成百上千伏的電壓。
實(shí)際應用環(huán)境下還是存在高頻瞬態(tài)干擾的可能。一般在切換大功率感性負載如電機、變壓器、繼電器等或閃電過(guò)程中都會(huì )產(chǎn)生幅度很高的瞬態(tài)干擾，如果不加以適當防護就會(huì )損壞RS-422或RS-485通信接口。對于這種瞬態(tài)干擾可以采用隔離或旁路的方法加以防護。
1．隔離保護方法。這種方案實(shí)際上將瞬態(tài)高壓轉移到隔離接口中的電隔離層上，由于隔離層的高絕緣電阻，不會(huì )產(chǎn)生損害性的浪涌電流，起到保護接口的作用。通常采用高頻變壓器、光耦等元件實(shí)現接口的電氣隔離，已有器件廠(chǎng)商將所有這些元件集成在一片IC中，使用起來(lái)非常簡(jiǎn)便，如Maxim公司的MAX1480/MAX1490，隔離電壓可達2500V。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是可以承受高電壓、持續時(shí)間較長(cháng)的瞬態(tài)干擾，實(shí)現起來(lái)也比較容易，缺點(diǎn)是成本較高。
2．旁路保護方法。這種方案利用瞬態(tài)抑制元件（如TVS、MOV、氣體放電管等）將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地，優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是保護能力有限，只能保護一定能量以?xún)鹊乃矐B(tài)干擾，持續時(shí)間不能很長(cháng)，而且需要有一條良好的連接大地的通道，實(shí)現起來(lái)比較困難。實(shí)際應用中是將上述兩種方案結合起來(lái)靈活加以運用，如圖14。在這種方法中，隔離接口對大幅度瞬態(tài)干擾進(jìn)行隔離，旁路元件則保護隔離接口不被過(guò)高的瞬態(tài)電壓擊穿。
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