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RS-485总线标准及几种常见的RS-485接口电路介绍

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RS-485总线标准及几种常见的RS-485接口电路介绍
    本文主要简单介绍RS-485总线标准，以及比较几种常见的RS-485电路，并重点介绍美国模拟器公司（ADI）最新量产的具备±15 kV ESD保护功能的完全集成式隔离数据收发器ADM2582E/ADM2587E，一个集成隔离DC/DC电源，适合用于多点传输线路上的高速通信应用的数据收发器。

1.引言

随着现代化社会生活的迅速发展，工业自动化的程度越来越高。在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中，也常常使用简便易用的串行通讯方式作为数据交换的手段。但是，在工业控制等环境中，常会有电气噪声干扰传输线路，使用RS-232通讯时经常因外界的电气干扰而导致信号传输错误；另外，RS-232通讯的最大传输距离在不增加缓冲器的情况下只可以达到15 米。为了解决上述问题，RS-485标准通常被用作为一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。 RS-485标准采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线。因为RS-485的远距离、多节点（256个）以及传输线成本低的特性，是EIA RS-485称为工业应用中数据传输的首选标准。ADI公司的ADM2582E/ADM2587E器件针对均衡的传输线路而设计，符合ANSI/TIA/EIA RS-485-A-98和ISO 8482:1987(E)标准。它采用ADI公司的iCoupler®技术，在单个封装内集成了一个三通道隔离器、一个三态差分线路驱动器、一个差分输入接收机和一个isoPower DC/DC转换器。该器件采用5V或3.3V单电源供电，从而实现了完全隔离的RS-485解决方案。

2．RS-485 标准介绍

电子工业协会（EIA）于1983 年制订并发布RS-485标准，并经通讯工业协会（TIA）修订后命名为TIA/EIA-485-A，习惯地称之为RS-485标准。RS-485标准是为弥补RS-232通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS-485标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。RS-485标准数据信号采用差分传输方式（Differential Driver Mode），也称作平衡传输，RS-485标准的最大传输距离约为1219 米。通常，RS-485网络采用平衡双绞线作为传输媒体，平衡双绞线的长度与传输速率成反比。在这里尤为注意并不是所有的RS-485收发器都能够支持高达10Mbps的通讯速率。如果采用光电隔离方式，则通讯速率一般还会受到光电隔离器件响应速度的限制。

3． 几种典型的RS485电路设计

(1)、传统的RS485电路

    作为一种常用的通讯接口器件，RS-485/RS-422 芯片可以在许多半导体公司中找到对应的型号，比如ADI 公司（器件前缀为ADM）。大部分工业RS-485总线的客户应用如下的电路连接方式如图1所示，其485电路主要由2或3个快速光耦，RS-485收发器件以及隔离电源模块组成，优点是连接简单，价格便宜，缺点是用的器件较多，占用的PCB面积大，而且光电耦合器的在速度限制、功耗以及LED老化上受到限制。

图1 ADM487E典型应用电路

(2)、带隔离的增强型RS-485电路

磁耦隔离iCoupler技术，是由ADI公司设计开发的一项适合高压环境的隔离电路的专利技术，而非传统的基于光电耦合器所采用的发光二极管（LED）与光敏三极管结合，因采用了高速的iCOMS工艺，因此在功耗、体积、集成度、速度等各方面都优于光耦。同时能满足医用设备高电压工业应用、电源以及其它高隔离度环境的严格隔离要求，非常适合在各种工业上的应用，包括数据通信、数据转换器接口、各种总线隔离以及其它多通道隔离应用。

ADM2483是带隔离的增强型RS-485 收发器，其内部框图如图2所示，它包括一个三通道隔离器、一个带三态输出的差分驱动器和一个带三态输入的差分接收器。1/8 单位负载的接收器输入阻抗可允许多达256 个收发器接入总线，最高传输速率可达500Kbps。逻辑端兼容3V/5V 工作电源，总线端5V 供电。

ADM2483与其它RS-485 接口芯片相比，集成了磁隔离技术，仅需要一个外部的DC/DC电源即可。ADM2483应用电路如图3所示，本电路仅供参考，若遇特殊应用，为了设备及系统安全，可以选择相应的其它保护措施，如TVS 等等。

图2 ADM2483功能内部框图

图3 ADM2483BRW典型应用电路

(3)、完全集成式隔离数据收发器

(a)、功能介绍

ADM2582E/ADM2587E包含一个集成式隔离DC/DC电源，不再需要外部隔离电源模块，是带隔离的增强型RS-485收发器，ADM2582E/ADM2587E是具备±15 kV ESD保护功能的完全集成式隔离数据收发器，适合用于多点传输线路上的高速通信应用。它采用ADI公司的isoPowerTM技术，在单个封装内集成了一个三通道隔离器、一个三态差分线路驱动器、一个差分输入接收机和一个isoPowerTM DC/DC转换器， 其内部框图如图4所示，该器件采用5V或3.3V单电源供电，从而实现了完全隔离的RS-485解决方案。ADM2582E/ADM2587E驱动器带有一个高电平有效使能电路，并且还提供一个高电平接收机有效禁用电路，可使接收机输出进入高阻抗状态。

图4 ADM2582E/ADM2587E 功能内部框图

(b)、ADM2587E典型应用电路

ADM2582E/ADM2587E采用isoPower™集成式隔离DC/DC技术，是一款隔离的RS-485/RS-422收发器，可配置成半双工或全双工模式，通信速率分别为数据速率：16 Mbps/500kbps，采用20引脚宽体SOIC封装，管脚兼容，其额定工作温度范围为工业温度范围(−40°C to +85°C)。
ADM2582E/ADM2587E与其它RS-485接口芯片相比，集成了磁隔离技术和DC/DC电源，是一个真正意义上的单芯片RS-485集成芯片，大大的减少了PCB板面积。ADM2582E/ADM2587E应用电路如图5所示，本电路仅供参考，若遇特殊应用，为了设备及系统安全，可以选择相应的其它保护措施，如TVS 等等。

图5 ADM2582E/ADM2587E 典型应用电路

(c)、ADM2582E/ADM2587E引脚名称功能描述

(d)、ADM2582E/ADM2587E使用说明
发送真值表

接收真值表

4. 其他特性

ADM2582E/ADM2587E具备过热关断特性，能够防止输出短路，可防止温度过高时芯片因电源的过度损耗而毁坏。当芯片工作温度高于150℃时，ADM2582E/ADM2587E独有的热关断电路会关断驱动器输出；而当温度回到140℃时，ADM2582E/ADM2587E会自动使能驱动器输出。
ADM2582E/ADM2587E最多可允许256 个收发节点接入总线, 隔离电压为2500V，输入/输出引脚上提供±15 kV ESD保护功能，真正防故障装置的接收输入端，以及大于25 kV/μs高共模瞬态抑制能力。

ADM2582E/ADM2587E集成了isoPower技术，该技术采用高频开关元件通过其变压器传输电力。在PCB布局时必须特别注意满足辐射标准。欲了解电路板布局的注意事项，可以参考应用笔记AN-0971，在此不做更详细介绍。