RS485通讯标准协议解读

　　电路。

　　1.1. RS485 通讯标准协议。

　　典型的串行通讯标准是 RS232 和 RS485. 它们定义了电压，阻抗等。但不对软件协议给予定义，区别于 RS232， RS485 的特性包括：

　　a. RS-485 的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6） V 表示；逻辑“0”以两线间的电压差为 -（2—6）V 表示。接口信号电平比 RS -232-C 降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与 TTL 电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。

　　b. RS-485 的数据最高传输速率为 10Mbps

　　c. RS-485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。

　　d. RS-485 接口的最大传输距离标准值为 4000 英尺，实际上可达 3000 米。 RS-485 接口在总线上是允许连接多达 128 个收发器，因 RS-485 接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为 RS485 接口组成的半双工网络 ，一般只需二根连线，所以 RS485 接口均采用屏蔽双绞线传输。

　　1.2. 典型的 RS485 通信芯片

　　以 TI 为例，通常所用的 BC184，内置 TVS 保护，具有 15KV 静电防护能力；稍差一点的 BC182，则可以防护至 8KV ESD 冲击；而 3082，则只能承受 4KV ESD 冲击。在选用 485 芯片时，需注意其 ESD 防护能力，驱动能力，对 485 总线差分信号的定义等。

　　1.3. 485 应用电路举例。

　　a. A/B 线需拉上下拉，保证总线空闲时，A/B 差分信号仍是确定状态，避免杂讯影响。上 / 下拉电阻取得小，则负载加重，会影响 485 总路线上节点数量；而取得大，则会影响数据传输的波特率。，一般在几 K 到几十 K 之间，具体还在看应用电路的需求。（比如此电路中上 / 下拉取值为 3.3K，在实际带载测试（1200bps）时，485 总线上只能挂十几外负载；而换成 47K，则可以挂到一百多个负载；但若要在 9600bps 下通信，则上 / 下拉要小一些才行，目前的试验发现，10K 基本上已经是极限了）

　　b. 对地 TVS 用作 ESD 防护。

　　c. 尽量不要以上 / 下拉电阻来驱动负载，最好单独用一路信号控制使能端，以充足发挥 IC 的驱动能力。

　　d. V485 输出能力要足够。因工业应用领域，485 总路线上有可能同时接很多节点，此时 A/B 线对外输出电流会比较大，若 V485 前端供电电路输出不够，则差分电压不够而导致无法正常通信。

　　二、接口防护设计

　　2.1 ESD 防护

　　以 TI 3082 为例，芯片本身只能保证 4KV HBM 的 ESD 防护，而系统要求为 8KV 接触放电，此时就需要在 A/B 线间对地加 TVS 来保护芯片。TVS 管尽量选用高速、低容值、大通流量的，当然够用就好，不必追求过高的性能。启动电压和截止电压选取要恰当，以防止 TVS 误动作，而干扰 485 的正常通信（还要考虑到 485 总线上的共模电压部分）。

　　在进行 PCB 布板时，尽量使 V485 靠近电源输出端，使电源线路尽量短；要保证接线良好，TVS 管接地路径也要尽量短。同时在 V485 前端供电电路输出端，应采用大电容并小电容的方式，平滑输出的同时，还能吸引部分 ESD 带来的高压尖峰。

　　总之，好的 ESD 防护，是用正确的器件以及合理的 PCB Layout 来实现的。

　　顺便说说，通常 ESD 冲击到来，会造成三种类型的芯片损伤。一是击穿，这种是不可恢复的。二是 Latch-up，这种重新上电后又会消失，但长时间 latch-up 状态，则会使芯片烧毁。三是软损伤，这种损伤并不会使芯片马上失效，但会使芯片可靠性降低，这种损伤最隐性，往往要到客户现场合用过一段时间后才会发现，这种损伤是最应该避免的。曾经我们有一款产品，做 ESD 测试都能过，但往往在客户端使用一段时间后就会出现问题，后来分析才发现是 ESD 冲击导致芯片软损伤的结果。

　　2.2 高压防护

　　很多系统还会要求 485 接口能耐受市电或者工业电直接接入，保证数分钟通电不损坏。这样的要求是为了保证在应用现场，工作人员不慎将交流电接入到 485 端口上时，不致引发 485 电路的损坏。

　　以本电路为例，以两路 PTC+TVS 管形成回路，当有大的交流电压灌入时，PTC 开始发热，进而形成高阻，保证后续电路。

　　在布板时，应注意在 PTC 和 TVS 管的通路间的线宽要足够大（通常 0.5mm 线宽可通过 1A 电流，具体因 PCB 不同而不同。），以承受大电流的通过。

　　2.3 高压高频电磁脉冲防护

　　A/B 线对地的 TVS 能起到一定的保护作用，但更重要的是 PCB 布板合理，防止高频高压脉冲耦合进内部线路，这部分可参考高频电路的布板。

　　2.4 高压冲击防护

　　这部分防护，一是布板时要留足爬电距离；二是光耦及变压器（有些系统是采用外置电源供电，同理）的隔离效果要好。

　　三、应用

　　RS485 的理论通信距离可达 1200m，速率可达几 Mbps，通讯节点可达 256 个（不同的芯片会有不同，也有支持四五百个节点的产品）。但在实际应用中受电路、接线方式及应用环境影响很大。下面重点说说接线方式（这部分是从网上摘抄的，大家将就着看吧）。

　　3.1 线材： 采用特性阻抗 120±20%欧姆，截面积 0.5 平方毫米带屏蔽双绞线电缆作总线。（注意此阻值并不特指线路纯电阻，而是特定频率下的线路阻抗，通常 485 的通信频率在 1.2K 到几百 K 之间。）

　　3.2 布线规则：485 总线要采用手拉手结构，而不能采用星形结构，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短。

　　3.3 连续性：应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射，造成通讯可靠性下降，所以，应该使用一条单一、连续的双绞线作为总线。下列几种情况易产生这种不连续性：

　　a，总线的不同区段采用了不同电缆。

　　b，或某一段总线上有过多读卡器紧靠在一起安装。

　　c，分支线到总线的距离过长。

　　3.4 阻抗匹配：在 RS485 组建网络过程中另一个需要注意的问题是终端负载电阻问题，一般终端匹配采用终端电阻方法， RS-485 应在总线电缆的开始和末端都并接 120Ω终端电阻。

　　3.5 中继：理论上 RS485 的最长传输距离能达到 1200 米，但在实际应用中由于外界的确一些干扰等因素，传输的距离要比 1200 米短，具体能传输多远视周围环境而定，在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，延长传输距离。

　　3.6 接地：将 485 通讯线的屏蔽层用作地线，将读卡器、RS232-RS485 转换器、电脑的地连接在一起，并且将 RS485 通讯线屏蔽层可靠接地，可接到建筑物避雷器的接地连接线上，接地连接线建议使用截面积 4 平方毫米以上多股铜线，从通讯线屏蔽层到建筑物避雷器的连接线尽可能短，并且连接时注意一定要可靠，连接点注意防锈。当使用光电隔离型中继器做线路延长或者分支时，各个分支的屏蔽层没有直接连接，此时，每个分支的屏蔽层都应该独立接地，接地要求同上。在同一条总线上或者同一个分支上，只能有一个接地点。