RS485通信接口設計技巧

1983年，電子工業(yè)協(xié)會(huì )（EIA）批準了一項新的平衡傳輸標準，稱(chēng)為RS-485。作為一種強大而靈活的標準，RS-485迅速獲得了廣泛的認可，并被廣泛應用于工業(yè)、醫療和消費類(lèi)產(chǎn)品領(lǐng)域，成為工業(yè)接口的主流規范。

RS-485的優(yōu)勢在于其適應性強、抗干擾能力高，且能夠在長(cháng)距離、多節點(diǎn)的環(huán)境中實(shí)現可靠的數據傳輸。

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標準和特性

RS-485 是一種電氣標準，主要定義了平衡多點(diǎn)傳輸線(xiàn)上的驅動(dòng)器和接收器的電氣特性。與涵蓋功能、機械和電氣規格的完整接口標準不同，RS-485 僅專(zhuān)注于電氣方面的定義。這種特性使其在多種應用中具有高度的適應性和靈活性。

RS-485 標準因其電氣特性被廣泛應用于多個(gè)更高級別的協(xié)議和標準。例如，在中國，電能表通訊協(xié)議標準 DL/T645 明確將 RS-485 作為物理層標準。這表明 RS-485 在確保關(guān)鍵應用中的數據傳輸可靠性方面具有重要作用，如能源管理和計量系統。

RS-485 的主要特性：

• 平衡接口：RS-485 使用平衡的差分信號傳輸方式，這種方式能夠有效抵御噪聲和干擾。在工業(yè)環(huán)境中，電磁干擾（EMI）可能會(huì )嚴重影響通信的可靠性，因此平衡接口提供了必要的抗干擾能力。

• 支持多點(diǎn)配置：RS-485 允許在同一總線(xiàn)上連接多個(gè)設備。一個(gè)總線(xiàn)最多可以支持 32 個(gè)單位負載（每個(gè)設備的負載被稱(chēng)為一個(gè)單位負載），使其在需要多節點(diǎn)通信的應用場(chǎng)景中表現出色。

• 單一電源供電：RS-485 系統可以使用單一的 5V 電源，這簡(jiǎn)化了電源管理并降低了系統成本。

• 廣泛的共模電壓范圍：RS-485 支持 –7V 至 +12V 的總線(xiàn)共模電壓范圍。

  這種寬廣的電壓范圍使得 RS-485 能在各種電氣環(huán)境中穩定工作。

• 數據速率和電纜長(cháng)度：RS-485 的最大數據速率為 10Mbps（當電纜長(cháng)度為 40 英尺時(shí)），而在較低速率下，最大電纜長(cháng)度可以達到 4000 英尺（在速率為 100kbps 時(shí)）。這使得 RS-485 適用于需要長(cháng)距離數據傳輸的應用。

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網(wǎng)絡(luò )拓撲

RS-485 標準建議使用菊花鏈（Daisy Chain）來(lái)連接網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。

菊花鏈拓撲（Daisy Chain）是 RS-485 網(wǎng)絡(luò )中常見(jiàn)的連接方式。在這種拓撲結構中，所有的節點(diǎn)（驅動(dòng)器、接收器和收發(fā)器）通過(guò)短網(wǎng)存根（Stub）連接到一條主干線(xiàn)。主干線(xiàn)在拓撲中起到承載信號的作用，而存根則連接每個(gè)具體的設備。

• 主干線(xiàn)：作為信號傳輸的主要通道，所有的設備都通過(guò)短網(wǎng)存根連接到主干線(xiàn)。

• 網(wǎng)存根：每個(gè)設備通過(guò)網(wǎng)存根與主干線(xiàn)連接。為了保持信號的完整性，存根的長(cháng)度應盡可能短。

這種拓撲結構的優(yōu)點(diǎn)在于它的簡(jiǎn)單性和成本效益，適用于大多數低到中等規模的應用。

RS-485 支持兩種數據傳輸模式：全雙工（Full-Duplex）和半雙工（Half-Duplex）。

全雙工模式：

• 信號對：需要兩個(gè)信號對（共四根電線(xiàn)）來(lái)實(shí)現全雙工通信，即一個(gè)信號對用于發(fā)送數據，另一個(gè)信號對用于接收數據。

• 全雙工收發(fā)器：每個(gè)全雙工收發(fā)器具有獨立的發(fā)送和接收線(xiàn)路，允許節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數據，從而提高通信效率。

半雙工模式：

• 信號對：僅使用一對信號線(xiàn)（共兩根電線(xiàn)）。在半雙工模式下，數據的發(fā)送和接收是交替進(jìn)行的，即一個(gè)信號對在某個(gè)時(shí)刻用于發(fā)送數據，另一時(shí)刻用于接收數據。

• 方向控制：半雙工系統需要使用方向控制信號來(lái)切換數據的發(fā)送和接收狀態(tài)。這通常由驅動(dòng)器/接收器使能信號控制，確保在任何時(shí)刻只有一個(gè)設備處于發(fā)送狀態(tài)，以避免信號沖突。

在 RS-485 網(wǎng)絡(luò )中，所有的設備共享同一條總線(xiàn)，因此在任何時(shí)刻，必須確保只有一個(gè)驅動(dòng)器在工作。如果多個(gè)驅動(dòng)器同時(shí)嘗試發(fā)送數據，將導致總線(xiàn)爭用（Bus Contention），這會(huì )造成數據沖突和通信錯誤。

• 軟件控制：避免總線(xiàn)爭用的關(guān)鍵在于精確的控制策略。這通常通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現，通過(guò)邏輯判斷和控制信號，確保在任何時(shí)刻只有一個(gè)驅動(dòng)器處于活動(dòng)狀態(tài)。

• 硬件保護：有時(shí)還需要硬件保護措施，例如使用終端電阻來(lái)減少信號反射，并提高網(wǎng)絡(luò )的魯棒性。

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信號電平

RS-485 標準的一個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)是其電氣性能，特別是驅動(dòng)器和接收器的差分信號特性。

RS-485 信號電平特性：

3.1、驅動(dòng)器的差分輸出

符合 RS-485 標準的驅動(dòng)器在 54Ω 負載上能提供不小于 1.5V 的差分輸出電壓。這意味著(zhù)驅動(dòng)器能夠產(chǎn)生足夠強的信號，以確保信號在電纜和連接器中經(jīng)過(guò)長(cháng)距離傳輸后仍能保持較好的質(zhì)量。

• 負載阻抗：RS-485 驅動(dòng)器的設計考慮了電纜的特性阻抗，通常為 120Ω。為了適應不同的網(wǎng)絡(luò )拓撲和布線(xiàn)需求，標準允許在 54Ω 負載下仍能保持足夠的差分電壓。

• 差分電壓：1.5V 的差分電壓提供了一個(gè)穩定的信號強度，即使在較長(cháng)的傳輸距離和負載條件下也能有效地傳輸數據。高于 1.5V 的差分輸出可以有效應對信號衰減和噪聲干擾。

3.2、接收器的差分輸入靈敏度

RS-485 標準要求接收器能夠檢測到低至 200mV 的差分輸入電壓。這種高靈敏度使得接收器能夠在信號嚴重衰減或噪聲干擾的情況下，仍能準確接收數據。

• 檢測閾值：200mV 的差分輸入靈敏度意味著(zhù)接收器可以處理很小的信號電平變化，從而提高了在長(cháng)距離傳輸中的數據接收可靠性。

• 信號衰減：在長(cháng)距離傳輸和惡劣環(huán)境中，信號可能會(huì )遭受顯著(zhù)的衰減和干擾。接收器的低閾值設計確保即使信號衰減嚴重，也能可靠地恢復數據。

3.3、穩健性和應用

RS-485 的這些電氣特性使其非常適合在嘈雜環(huán)境中進(jìn)行長(cháng)距離聯(lián)網(wǎng)，具有以下優(yōu)勢：

• 抗干擾能力：高于 1.5V 的差分輸出電壓和低至 200mV 的輸入靈敏度，使 RS-485 網(wǎng)絡(luò )能有效抵御外部電磁干擾（EMI）和噪聲。差分信號傳輸的特性能夠有效抑制共模噪聲，從而提高通信的魯棒性。

• 長(cháng)距離傳輸：RS-485 能夠在長(cháng)達 4000 英尺（約 1200 米）的電纜長(cháng)度下保持較好的數據傳輸速率，適用于需要遠程數據傳輸的應用場(chǎng)景。

• 高可靠性：無(wú)論是在工業(yè)控制、醫療設備還是消費電子產(chǎn)品中，RS-485 的這些特性都保證了數據傳輸的高可靠性，能夠在復雜的環(huán)境條件下穩定運行。

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電纜類(lèi)型

在 RS-485 應用中，雙絞線(xiàn)是傳輸差分信號的理想選擇。

4.1、雙絞線(xiàn)的優(yōu)勢

雙絞線(xiàn)傳輸差分信號具有顯著(zhù)的優(yōu)勢，這主要歸因于其結構和電磁干擾（EMI）的處理方式：

• 共模干擾抑制：雙絞線(xiàn)由兩根互相纏繞的導線(xiàn)組成，這種結構使得外部電磁干擾源會(huì )均等地耦合到兩根信號線(xiàn)上。由于 RS-485 的差分信號傳輸原理，這些共模干擾會(huì )在接收器端被有效地取消，從而減少了噪聲對數據傳輸的影響。

• 信號完整性：通過(guò)將兩個(gè)信號線(xiàn)緊密纏繞，雙絞線(xiàn)在傳輸過(guò)程中保持了信號的完整性，并減少了由電纜自身的電磁干擾引起的信號損失。

4.2、工業(yè) RS-485 電纜類(lèi)型

工業(yè)用 RS-485 電纜主要有以下幾種類(lèi)型，每種類(lèi)型都有其適用的場(chǎng)景和特性：

• 有保護套電纜：這種電纜在雙絞線(xiàn)外層覆蓋了一層金屬屏蔽，能有效阻擋外部電磁干擾，提供額外的保護，適用于干擾嚴重的環(huán)境。

• 無(wú)保護套電纜：適用于干擾較少的環(huán)境，成本較低，但對外部干擾的抵抗力較弱。

• 雙絞線(xiàn)：是最常見(jiàn)的 RS-485 電纜類(lèi)型，通過(guò)雙絞的設計提高了信號的抗干擾能力。

• 非屏蔽雙絞線(xiàn)：通常用于低成本的應用場(chǎng)合，不具備額外的干擾屏蔽功能。

所有這些電纜通常符合 22-24 AWG 的線(xiàn)規，其特性阻抗為 120Ω，這與 RS-485 標準要求的特性阻抗一致。下圖展示了典型的四線(xiàn)對電纜的橫截面結構。

4.3、電纜設計和應用

• 四線(xiàn)對電纜：這種電纜具有四根導線(xiàn)，通常用于支持兩個(gè)全雙工網(wǎng)絡(luò )。全雙工網(wǎng)絡(luò )需要兩個(gè)獨立的信號對來(lái)實(shí)現同時(shí)發(fā)送和接收數據。

• 兩對和單對電纜：適用于低成本的半雙工系統設計。半雙工系統只需要一對信號線(xiàn)來(lái)傳輸和接收數據，但不能同時(shí)進(jìn)行。

4.4、印制電路板布局

除了選擇合適的電纜外，RS-485 系統的穩定性還依賴(lài)于印制電路板（PCB）的設計：

• 信號線(xiàn)布置：印制電路板上的信號線(xiàn)應該盡可能靠近并等長(cháng)，以保持電氣特性的一致性。這可以減少信號傳輸過(guò)程中的干擾和信號失真。

• 電氣特性匹配：PCB 的布局應與網(wǎng)絡(luò )的電氣特性相匹配，以確保良好的信號傳輸性能和系統的整體穩定性。

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總線(xiàn)終端和存根長(cháng)度

為了確保 RS-485 數據傳輸的穩定性和可靠性，必須合理地管理端接和存根。

5.1、端接的重要性

端接的目的是防止信號在電纜終端反射，這種反射會(huì )引起信號失真和數據傳輸錯誤。為避免這種情況，必須正確終端電纜，并確保端接電阻與傳輸電纜的特性阻抗匹配：

• 特性阻抗：RS-485 標準建議使用特性阻抗為 120Ω 的電纜。因此，通常在電纜干線(xiàn)的兩端各加一個(gè) 120Ω 的終端電阻（如下圖左半部分）。這種做法可以有效地吸收信號反射，提高數據傳輸的穩定性。

• 噪聲環(huán)境中的應用：在噪聲較大的環(huán)境中，為了進(jìn)一步降低共模噪聲，常常會(huì )使用兩個(gè) 60Ω 電阻串聯(lián)組成低通濾波器（如下圖右半部分）。這種配置可以提供額外的共模噪聲濾除能力。然而，需要確保兩個(gè) 60Ω 電阻的匹配精度（建議使用精度為 1% 的電阻），否則，電阻值的偏差會(huì )導致濾波器的頻率響應不一致，可能將共模噪聲轉化為差分噪聲，從而降低接收器的抗干擾能力。

5.2、存根管理

存根指的是從電纜干線(xiàn)分出的短電纜或導線(xiàn)，用于連接到其他節點(diǎn)。為了避免存根對信號完整性產(chǎn)生負面影響，應盡量縮短存根的長(cháng)度。存根的長(cháng)度應滿(mǎn)足以下條件：

• 電氣長(cháng)度：存根的電氣長(cháng)度（即收發(fā)器與電纜干線(xiàn)之間的距離）應小于驅動(dòng)器輸出上升時(shí)間的 1/10。通過(guò)以下公式可以計算最大存根長(cháng)度：

下表列出了不同驅動(dòng)器上升時(shí)間對應的最大存根長(cháng)度。較長(cháng)的上升時(shí)間允許使用更長(cháng)的存根，同時(shí)也有助于減少驅動(dòng)器產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）。

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失效保護

失效保護是確保 RS-485 接收器在信號丟失情況下能夠輸出穩定和確定狀態(tài)的關(guān)鍵設計要素。

6.1、信號丟失的原因

信號丟失（Loss of Signal, LOS）可能由以下三種情況引起：

• 開(kāi)路：線(xiàn)纜中斷或收發(fā)器從總線(xiàn)斷開(kāi)。這種情況會(huì )導致信號完全消失。

• 短路：差分對的兩根導線(xiàn)因絕緣層失效而接觸在一起，導致信號無(wú)法正常傳輸。

• 總線(xiàn)空閑：當所有總線(xiàn)驅動(dòng)器均未處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，總線(xiàn)變?yōu)榭臻e狀態(tài)，沒(méi)有信號輸出。

在上述情況下，如果接收器缺少輸入信號，傳統的接收器可能會(huì )輸出不穩定或隨機的狀態(tài)?，F代接收器內部通常包含偏置電路，以應對這些失效情況。

6.2、失效保護機制

為解決信號丟失的問(wèn)題，現代接收器設計包含以下失效保護機制：

• 內部偏置電路：這些電路可以在信號丟失時(shí)生成一個(gè)確定的輸出狀態(tài)。內部偏置電路會(huì )對開(kāi)路、短路和總線(xiàn)空閑情況提供保護，使接收器能夠輸出一個(gè)穩定的狀態(tài)，即使輸入信號為零。

• 噪聲容限：雖然內部偏置電路能提供一定的保護，但最壞情況下的噪聲容限可能僅為 10mV。在干擾環(huán)境中，額外的外部失效保護電路是必要的，以增加整體系統的噪聲容限。

6.3、外部失效保護電路設計

為了提高噪聲容限，需要設計外部失效保護電路。外部失效保護電路通常由電阻分壓器組成，其主要作用是提供足夠的總線(xiàn)差分電壓，以確保接收器能夠生成確定的輸出狀態(tài)。

具體設計步驟如下：

• 計算總線(xiàn)電壓：外部電阻分壓器的設計需要考慮最小總線(xiàn)電壓、接收器的輸入閾值以及最大差分噪聲。設計公式為：

其中：

• VAB = 總線(xiàn)差分電壓

• Vin = 最小總線(xiàn)電壓（4.75V，通常取 5V 減 5%）

• Z0 = 電纜特性阻抗（120Ω）

• Vnoise = 測得的最大差分噪聲

假設最小總線(xiàn)電壓為 4.75V，接收器的輸入閾值VAB 為 0.25V，電纜特性阻抗Z0 為 120Ω，則可以計算出外部電阻RB 的值。根據公式計算得到：

在實(shí)際應用中，可以選擇兩個(gè) 523Ω 的電阻器串聯(lián)，以實(shí)現所需的電阻值。這個(gè)配置可以如下圖所示建立失效保護電路。 

使用兩個(gè) 523Ω 的電阻器串聯(lián)，插入到終端電阻 RT 中，可以建立有效的失效保護電路。這種設計可以確保即使在信號丟失的情況下，接收器也能輸出穩定的狀態(tài)，并提高整體系統的抗干擾能力。 

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總線(xiàn)負載

驅動(dòng)器的輸出性能主要取決于它需要為負載提供的電流，因此在總線(xiàn)上增加收發(fā)器和失效保護電路會(huì )直接增加總負載電流的需求。為了合理估算總線(xiàn)所能承受的最大負載數，RS-485 標準引入了單位負載（UL）這個(gè)概念。單位負載表示約 12kΩ 的負載阻抗，而符合 RS-485 標準的驅動(dòng)器必須能夠驅動(dòng)多達 32 個(gè)單位負載。

在實(shí)際應用中，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，現代收發(fā)器的設計逐漸優(yōu)化，能夠顯著(zhù)降低單位負載。例如，1/8 UL 的收發(fā)器相比傳統的 1 UL 設計，負載阻抗更高，導致電流消耗更低，因此可以在總線(xiàn)上連接更多的收發(fā)器設備。理論上，這種優(yōu)化設計可以使總線(xiàn)支持多達 256 個(gè)收發(fā)器連接。

盡管現代收發(fā)器減少了單位負載，但失效保護偏置電路仍然會(huì )對總線(xiàn)負載產(chǎn)生影響，尤其是在需要確保系統在信號丟失情況下仍能輸出確定狀態(tài)時(shí)。這種失效保護偏置可能貢獻多達 20 個(gè)單位的總線(xiàn)負載，因此計算總線(xiàn)最大負載時(shí)，必須將這一因素考慮在內。

為了計算總線(xiàn)上可以連接的最大收發(fā)器數量 N，我們可以使用以下公式：

舉例來(lái)說(shuō)，當使用 1/8-UL 的收發(fā)器時(shí)，最大連接數 N 計算如下：

因此，若在 RS-485 總線(xiàn)上使用 1/8 UL 的收發(fā)器設計，最多可將 96 個(gè)器件連接到總線(xiàn)中。這一計算確保了即使在總線(xiàn)負載增加的情況下，系統仍然可以保持穩定的性能，不會(huì )因負載過(guò)大而導致通信故障或數據傳輸不穩定。 

在實(shí)際工程設計中，雖然公式提供了理論上的最大連接數，但為了確保系統的可靠性和穩定性，工程師在設計時(shí)應考慮到可能的環(huán)境干擾、信號衰減以及其他系統因素。建議在接近理論最大值時(shí)，保留一定的裕量，以便應對不確定因素帶來(lái)的潛在影響。

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數據速率與總線(xiàn)長(cháng)度

在確定 RS-485 總線(xiàn)的最大傳輸長(cháng)度時(shí)，數據速率、傳輸線(xiàn)損耗和信號抖動(dòng)都是關(guān)鍵因素。在特定數據速率下，信號抖動(dòng)超過(guò)波特周期的 10% 時(shí)，數據傳輸的可靠性會(huì )顯著(zhù)降低。為了直觀(guān)展示這一關(guān)系，下圖描繪了傳統 RS-485 電纜在 10% 信號抖動(dòng)情況下，不同電纜長(cháng)度與數據速率之間的關(guān)系。

A. 短電纜長(cháng)度與高數據速率區域

圖形的第 1 部分展示了短電纜長(cháng)度下的高數據速率區域。在這一部分，傳輸線(xiàn)路的損耗幾乎可以忽略不計，數據速率的限制主要取決于驅動(dòng)器的上升時(shí)間。雖然 RS-485 標準建議的最高數據速率為 10Mbps，但隨著(zhù)現代接口電路的發(fā)展，當前的系統可以支持高達 40Mbps 的數據速率。此時(shí)，電纜長(cháng)度對數據速率的影響最小。

B. 從短電纜到長(cháng)電纜的過(guò)渡區域

第 2 部分展示了數據線(xiàn)路從短到長(cháng)的過(guò)渡區域。在這個(gè)區域，傳輸線(xiàn)路損耗開(kāi)始顯現，導致數據速率必須隨電纜長(cháng)度的增加而降低。根據經(jīng)驗法則，電纜長(cháng)度（米）與數據速率（bps）的乘積應小于 10710^7107。例如，若數據速率為 1Mbps，則電纜長(cháng)度應不超過(guò) 10公里。然而，這個(gè)經(jīng)驗法則較為保守，實(shí)際應用中使用的電纜性能可能允許更長(cháng)的電纜長(cháng)度，但仍需注意信號完整性和可靠性。

C. 低頻率下的信號衰減與電纜長(cháng)度

圖形的第 3 部分展示了較低頻率范圍內的情況。在此范圍內，信號衰減主要由線(xiàn)路電阻決定，而非開(kāi)關(guān)速度。隨著(zhù)電纜長(cháng)度的增加，電纜的電阻接近于終端電阻的值，形成了一個(gè)電壓分壓器結構，導致信號衰減大約為 -6dB。對于 120Ω 阻抗的 22 AWG 非屏蔽雙絞線(xiàn) (UTP)，這一情況通常發(fā)生在電纜長(cháng)度達到約 1200米時(shí)。

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最小節點(diǎn)間距

RS-485 總線(xiàn)是一種典型的分布式參數電路，其電氣特性主要由沿物理介質(zhì)（包括互連電纜和印刷電路板軌線(xiàn)）分布的電感和電容共同決定。這種分布式參數結構意味著(zhù)在設計 RS-485 網(wǎng)絡(luò )時(shí)，必須特別注意總線(xiàn)的電氣負載和阻抗匹配，以確保信號完整性和可靠的數據傳輸。

當在 RS-485 總線(xiàn)中添加器件或互連電路時(shí)，會(huì )引入附加的電容，這些電容會(huì )降低總線(xiàn)的特性阻抗。隨著(zhù)總線(xiàn)阻抗的降低，總線(xiàn)的介質(zhì)與負載部分之間的阻抗可能不匹配，導致信號在這些不匹配點(diǎn)處反射回源端。這種反射可能會(huì )引起驅動(dòng)器輸出信號的失真，從而影響接收器接收到的信號質(zhì)量。

為了確保從驅動(dòng)器輸出的信號在到達接收器時(shí)仍能保持有效的電壓電平，必須保持總線(xiàn)上的最小負載阻抗 Z′>0.4×Z0（其中Z0 為傳輸線(xiàn)的特性阻抗）。這一要求可以通過(guò)在總線(xiàn)節點(diǎn)之間保持最小距離 d 來(lái)實(shí)現。該最小距離 d 可以由以下公式計算：

其中：

• CL 是集總負載電容，即器件、連接器、印刷電路板軌線(xiàn)等引入的附加電容。

• C′ 是每單位長(cháng)度的介質(zhì)電容（如電纜或 PCB 軌線(xiàn)的分布電容）。

上面方程式表明了器件間距 d 與分布式介質(zhì)電容C′ 和集總負載電容 CL 的關(guān)系。下圖則以圖形方式展示了這種關(guān)系，直觀(guān)地展示了不同電容值下，器件之間的最小間距要求。

影響總線(xiàn)電容的主要因素如下：

• 收發(fā)器電容：5V 收發(fā)器的輸入電容通常為 7pF。3V 收發(fā)器的輸入電容則大約是 16pF，幾乎是前者的兩倍。

• PCB 軌線(xiàn)電容：取決于電路板設計和結構，PCB 軌線(xiàn)每厘米通常會(huì )增加 0.5~0.8pF 的電容。

• 連接器和保護器件電容：連接器觸點(diǎn)、電路保護器件（如ESD抑制器件）的電容范圍可能變化較大，應根據實(shí)際設計進(jìn)行評估。

• 介質(zhì)分布電容：不同類(lèi)型的電纜或背板的分布電容也有所不同。

• 低電容非屏蔽雙絞線(xiàn)電纜的分布電容通常為 40pF/m，而背板的分布電容可能高達 70pF/m。

為了確保 RS-485 總線(xiàn)的穩定運行，必須盡可能減少集總負載電容的影響。具體來(lái)說(shuō)，應注意以下幾點(diǎn)：

• 縮短存根區域的電氣距離：保持總線(xiàn)到收發(fā)器的連接盡可能短，減少信號反射的機會(huì )。

• 合理選擇收發(fā)器：選擇低電容的收發(fā)器，尤其是在需要長(cháng)距離傳輸或高數據速率的應用中。

• 優(yōu)化 PCB 設計：在 PCB 設計中，盡量縮****號路徑，并避免不必要的電容負載。

• 仔細選擇電纜和連接器：在布線(xiàn)時(shí)，選擇具有較低分布電容的電纜，并確保連接器和其他電氣元件對總線(xiàn)電容的貢獻盡可能小。

通過(guò)對這些因素的精確控制，可以有效減少總線(xiàn)阻抗不匹配所帶來(lái)的信號反射問(wèn)題，從而提高 RS-485 總線(xiàn)系統的信號完整性和數據傳輸可靠性。

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接地和隔離

在設計遠程數據鏈路時(shí)，設計人員必須考慮接地電勢差（GPD）可能帶來(lái)的問(wèn)題。這些電壓差異會(huì )以共模干擾的形式疊加到傳輸線(xiàn)上，甚至可能導致數據傳輸故障。雖然總疊加信號可能仍在接收器輸入的共模范圍內，但依賴(lài)本地接地作為電流回路是相當危險的（如下圖a 所示）。由于遠程節點(diǎn)可能從不同電氣設備獲取電源，在維護或設備更改期間，接地電勢差可能超出接收器的輸入共模范圍，導致原本正常運行的數據鏈路出現故障。

直接通過(guò)接地線(xiàn)連接遠端地也并不可?。ㄈ缦聢Db 所示），因為這可能引發(fā)大電流環(huán)路，進(jìn)而將共模噪聲引入信號線(xiàn)。為了有效隔離遠端地，RS-485 標準建議在設備地與本地系統地之間插入電阻器（見(jiàn)下圖c）。這種方法雖然可以減少環(huán)路電流，但由于仍然存在大電流環(huán)路，數據鏈路仍然容易受到沿環(huán)路路徑產(chǎn)生的噪聲的影響。因此，這種方式并不能完全保障數據鏈路的穩定性。

要建立一個(gè)能夠容忍數千伏接地電勢差且適用于長(cháng)距離傳輸的強健 RS-485 數據鏈路，最有效的方法是對信號和電源進(jìn)行隔離（見(jiàn)下圖）。在這種配置下，電源隔離器（如隔離的直流/直流轉換器）和信號隔離器（如數字電容隔離器）可以防止遠程系統地之間的電流流動(dòng)，避免形成環(huán)路電流。

下圖則展示了多個(gè)隔離收發(fā)器的示例配置。在這其中，除一個(gè)收發(fā)器外，所有收發(fā)器都通過(guò)隔離設備接入總線(xiàn)。左側的非隔離收發(fā)器為整個(gè)總線(xiàn)提供了單一的接地基準，這種配置在保持系統穩定的同時(shí)，確保了數據鏈路的可靠性。