RS-485產業(yè)接口設計應用指南

作為上世紀80年代早期批準的一個平衡傳輸標準，RS-485似乎已成為產業(yè)界永不過期的接口標準。關于它的文獻有很多，但對于很少接觸接口設計的系統工程師而言，如此海量的文獻就有些讓人吃不消了。

本文旨在討論RS-485標準的主要內容，為初接觸它的設計師提供進門指南。研究文末參考的一些附加應用筆記可進一步幫助設計師在最短的時間內完成一套可靠的數傳設計。

RS-485標準的用途

RS-485只定義了用于平衡多點傳輸線的驅動器和接收器的電特性，因此很多更高層標準都將其作為物理層引用。

網絡拓撲

總線節(jié)點以菊花鏈或總線拓撲方式聯網。(見圖1)也就是說，每個節(jié)點都通過很短的線頭連接到主線纜。該接口總線通常設計為用于半雙工傳輸，也就是說它只用一對信號線，驅動數據和接收數據只能在不同時刻出現在信號線上。

圖1：RS-485總線結構(左)與半雙工總線結構(右)。

這就需要通過方向控制信號(例如驅動器/接收器使能信號)控制節(jié)點操縱的協議，以確保任何時刻總線上都只能有一個驅動器在活動，而必須避免多個驅動器同時訪問總線導致總線競爭。

信號電平

RS-485驅動器必須在54的負載上提供最小1.5V的差分輸出，而RS-485接收器則必須能檢測到最小為200mv的差分輸進(見圖2)。這兩個值為可靠數據傳輸提供了足夠的裕度，即便信號經過線纜和連接器發(fā)生嚴重衰減時亦如此。而穩(wěn)健性正是RS-485適用于噪聲環(huán)境的長間隔聯網的主要原因。

圖2：RS-485規(guī)定的最小總線信號電平。

線纜類型

在雙絞線上傳送差分信號為RS-485應用帶來了很大好處。這是由于外部噪聲源產生的噪聲總是等量耦合進兩根信號線中，屬于共模噪聲，而這能在差分接收器的輸進處就被抑制掉。

產業(yè)用RS-485線纜是特性阻抗為120和22AWG的塑封非屏蔽雙絞線。圖3所示為一對用于半雙工網絡的UTP線纜的橫截面。

圖3：RS-485通訊線纜示例。

為了保持網絡的電特性，除了網絡線纜的連接之外，印制電路板的布線和RS-485設備連接器上的管腳分配需保持兩根信號線之間的間隔均等且足夠靠近。

總線端接與線頭長度

數據傳輸線應進行端接，而且線頭應盡可能短，以避免傳輸線上發(fā)生信號反射。良好的端接要求終端電阻RT與傳輸線線纜的特征阻抗Z0匹配。RS-485建議采用Z0為120的線纜，因此通常每根線纜末端都采用120的電阻進行端接。

圖4：利用共模噪聲濾波器對RS-485進行端接。

噪聲環(huán)境下的應用往往用兩個RC低通濾波器替換這些120的電阻，以增強對共模噪聲的濾波(見圖4)。值得留意的是，兩個濾波器的電阻值應相等(最好采用精密電阻)以確保兩個濾波用具有相同的滾降頻率。電阻容差過大會導致濾波器轉角頻率出現偏差，而導致共模噪聲轉換為差模噪聲，使接收器的抗噪性能降低。

線頭的電長度(即收發(fā)器與線纜干線之間的間隔)應小于驅動器輸進信號上升時間的1/10。表1列出了圖4中不同驅動信號上升時間對應的最大線纜線頭長度。

表1：不同信號上升時間下的線頭長度和未端接線纜長度。