利用3.3v供电rs485接口实现远距离数据通信

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1、APPLICATIONNOTE利用3.3V供电RS485接口实现远距离数据通信上海英联电子科技有限公司一、前言在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中，通常使用串行通讯方式进行数据交换。最初的RS232接口，由于外界应用环境等因素，经常因电气干扰而导致信号传输错误。除此之外，RS232接口只能实现点对点的通信方式，不具备联网功能，而且其最大传输距离仅有15米，不能满足远距离通讯要求。RS485则解决了这些问题，数据信号采用差分传输方式，最大传输距离约为1219米，允许多个发送器连接到同一条总线上。考虑到节能、低功耗等原因，系统电压由传统的5V转为3.3V，因此3.

2、3V供电的RS485接口应运而生。二、RS-485标准概述RS-485数据信号采用差分传输方式，收、发端通过平衡双绞线将A-A与B-B对应相连。当线路A高于线路B电平(VA-VB>+200mV)时，接收端输出为逻辑高电平（RO=1）；当线路A低于线路B电平(VA-VB<-200mV)时，接收端输出为逻辑低电平(RO=0)。当驱动器的输入端逻辑电平为高（DI=1）时，线路A电平高于线路B电平；当驱动器的输入端逻辑电平为低（DI=0）时，线路A电平低于线路B电平。见图1。+6V+200mV-200mVVA-VB-6V图1总线差模电压三、低压RS-485网络电路的设计

3、要点1、共模干扰RS-485接口采用差分方式传输信号，一般收发器能够承受的共模电压范围为-7V至+12V，一旦共模电压超出此范围，将会影响通信的可靠性，甚至损坏接口。由于每个系统都会有独立的地回路，在远距离通信条件下，系统间的地电位差VGPD将会很大。发送器的输出共模电压为VOC,那么接收器输入端的共模电压VCM=VOC+VGPD，RS-485标准规定VOC小于等于3V，但VGPD的幅度可达十几伏甚至数十伏，并可能伴有强干扰信号，导致接收器的共模输入VCM超出正常范围，并在信号线上产生干扰电流。解决此类问题的方法是：a、通过带隔离的DC-DC将系统电源和RS-4

4、85收发器的电源隔离，如图2所示；VCC3.3V-RS485U5C6C5C8C7隔离DC-DCRS485-GND图2低压3.3V隔离电源方案图b、通过光耦将信号隔离，减小共模电压的影响。采用该方法时，总线收发器的信号线和电源线与本地信号的电源是相互隔离的。2、光耦隔离电路光耦往往是限制通信数据波特率的主要因素，对于低速传输，可采用PS250、TIL117等。在高速电路设计中，可以考虑采用6N137、6N136等高速光耦，优化电路参数设计。光耦隔离示意图如图3所示。图3中，电阻R3、R4如果选取得较大，将会使光耦的发光管由截止进入饱和状态的速度变慢；如果选取得过小

5、，退出饱和将会变慢。不同型号的光耦及驱动电路，使得这两个电阻的数值略有差异，阻值的选取通常由实验来确定。________________________________________________________________________http://www.union-ic.com1/4APPLICATIONNOTEVCCU2R5RXDR33.3V-RS485U13.3V-RS485R618VCCROVCC27REBEN36DEA45U3DIGNDR73.3V-RS485UM3483MCURS485-GNDR8RS485-GNDR4VCCTXDU4R

6、S485-GND图3光耦隔离示意图3、端接电阻RS-485数据信号采用差分传输方式，信号在转换期间和转换之后会发生反射。数据的传输速率较低或者通讯距离较近时，反射持续时间较短，对接收的逻辑电平没有影响，可以不用终端匹配。相反，如果数据的传输速率高或者通讯距离较远时，反射持续时间较长，则需要对总线进行终端匹配。那么究竟在怎样的数据速率和电缆长度时需要进行总线匹配呢？一条经验性的原则是：当信号的转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时无需进行终端匹配。终端匹配有以下两种方案：a、电阻匹配，在RS-485总线电缆的始端和末端都并接终端电阻

7、。端接电阻取120Ω，与双绞线电缆特性阻抗匹配。该方案比较简单，目前最为普遍。如图4所示。该方案的弊端在于，匹配电阻对功率消耗较大，不太适合对功耗限制比较严格的系统。图4端接电阻示意图b、RC匹配，在总线直接串联一个电阻和电容。容值的选取与信号的传输速率有关，电路连接方式如图5。由于电容的存在，减少了大部分的功率损耗，同时也影响了信号的传输速率。因此，容值的选取就显得比较关键。图5RC匹配示意图5、故障保护RS-485网络中，当所有的收发器都工作在接收模式时，总线处于空闲状态。此时总线上的差分电压VA-VB=0，接收器输出处于未定义状态，从而导致UART接收错误

8、信息。除此之外，总线的断