RS485總線是一種使用平衡發送，差分接收實現(xiàn)通(tōng)訊的(de)通(tōng)用串口通(tōng)信總線，由于其具有(yǒu)抗共模幹擾能力強、成本低(dī)、抗噪能力強、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高(gāo)、可連接多達256個(gè)收發器(qì)等優點，廣泛應用于工(gōng)業(yè)智能儀表，通(tōng)訊設備等各個(gè)領域。

RS485電(diàn)路(lù)可以分為(wèi)非隔離型和(hé)隔離型。隔離型電(diàn)路(lù)是在非隔離型電(diàn)路(lù)的(de)基礎上(shàng)增加隔離性能，使得電(diàn)路(lù)具有(yǒu)更強的(de)抗幹擾性和(hé)系統穩定性。下(xià)面主要圍繞隔離型485電(diàn)路(lù)進行簡單介紹。

一．什麽情況需要485隔離

• 當485通(tōng)信接口外(wài)部節點連接高(gāo)壓時(shí)，極易損壞後端電(diàn)路(lù)，甚至可能會在使用端産生(shēng)觸電(diàn)；           

• 當485通(tōng)信節點距離太遠(yuǎn)時(shí)，每個(gè)節點的(de)參考地(dì)都(dōu)接于本地(dì)的(de)大地(dì)，當兩端大地(dì)之間(jiān)存在較大的(de)壓差時(shí)，地(dì)電(diàn)勢會以共模電(diàn)壓的(de)方式疊加在信号線上(shàng)，從(cóng)而有(yǒu)可能超出端口可承受的(de)共模電(diàn)壓範圍，影響正常通(tōng)信，甚至會損壞後端電(diàn)路(lù)

• 當距離較遠(yuǎn)的(de)485通(tōng)信節點之間(jiān)的(de)地(dì)平面利用線纜進行連接時(shí)（如485屏蔽電(diàn)纜），地(dì)線會和(hé)大地(dì)形成地(dì)環路(lù)，該環路(lù)會耦合外(wài)部共模噪聲，并産生(shēng)地(dì)環路(lù)電(diàn)流，可能會導緻整個(gè)電(diàn)路(lù)系統失效。    

二．實現(xiàn)485隔離的(de)具體(tǐ)方案

    為(wèi)了避免上(shàng)述情況發生(shēng)，我們可以使用485隔離電(diàn)路(lù)以實現(xiàn)。下(xià)面介紹幾種常用485電(diàn)路(lù)隔離方案。

l 利用光(guāng)耦隔離實現(xiàn)485隔離

    最早的(de)隔離器(qì)件(jiàn)為(wèi)光(guāng)耦隔離器(qì)。在基于CMOS的(de)數字隔離器(qì)開(kāi)發成功以前，市(shì)面上(shàng)所有(yǒu)的(de)隔離器(qì)件(jiàn)均為(wèi)光(guāng)耦隔離器(qì)件(jiàn)。下(xià)圖為(wèi)使用傳統三個(gè)光(guāng)耦隔離器(qì)實現(xiàn)的(de)485隔離電(diàn)路(lù)。

圖1 基于光(guāng)耦隔離的(de)485隔離電(diàn)路(lù)

l  利用光(guāng)耦+數字隔離實現(xiàn)485電(diàn)路(lù)隔離

    由于普通(tōng)的(de)光(guāng)耦隔離芯片隻能适用于通(tōng)訊速率較低(dī)的(de)情況，那(nà)麽在高(gāo)速信号傳輸電(diàn)路(lù)中，485使能信号可繼續使用光(guāng)耦隔離器(qì)件(jiàn)對(duì)進行隔離，而數據信号通(tōng)路(lù)則可使用高(gāo)速數字隔離芯片NSi8121N1實現(xiàn)。相(xiàng)較于傳統光(guāng)耦電(diàn)路(lù)，系統傳輸速率提高(gāo)，且降低(dī)了系統複雜(zá)度。下(xià)圖為(wèi)利用光(guāng)耦隔離和(hé)數字隔離共同實現(xiàn)的(de)485隔離電(diàn)路(lù)

圖2 基于光(guāng)耦隔離和(hé)數字隔離的(de)485隔離電(diàn)路(lù)

l  利用數字隔離器(qì)實現(xiàn)485電(diàn)路(lù)隔離

    隻要有(yǒu)光(guāng)耦隔離存在，就會有(yǒu)使用壽命短、抗共模能力弱、功耗高(gāo)等缺點，仍極大的(de)限制電(diàn)路(lù)使用場(chǎng)景，而隔離電(diàn)路(lù)全部使用數字隔離器(qì)能很(hěn)好(hǎo)的(de)避免這(zhè)些問(wèn)題。下(xià)面是使用NSi8131N1芯片實現(xiàn)的(de)485隔離電(diàn)路(lù)。

圖3 基于數字隔離的(de)485隔離電(diàn)路(lù)

l  利用NOVOSENSE 集成隔離485芯片實現(xiàn)485電(diàn)路(lù)隔離

    相(xiàng)較于上(shàng)述三種利用複雜(zá)外(wài)圍電(diàn)路(lù)實現(xiàn)485電(diàn)路(lù)隔離的(de)方案，NSi8308x系列芯片僅需單顆芯片即可實現(xiàn)485隔離，并且提高(gāo)了系統的(de)可靠性，穩定性。NSi8308x系列芯片是蘇州納芯微(wēi)電(diàn)子(zǐ)推出的(de)隔離型485芯片，內(nèi)部集成了一個(gè)三通(tōng)道(dào)電(diàn)容隔離及一個(gè)485收發器(qì)，其中NSi83085用于半雙工(gōng)485隔離，最高(gāo)可達500kbps通(tōng)信速率，同時(shí)具有(yǒu)低(dī)擺率的(de)特點，能夠減少EMI輻射以及由于終端匹配不當引起的(de)反射；NSi83086用于全雙工(gōng)485隔離，最高(gāo)可達16Mbps通(tōng)信速率，可極大的(de)減小(xiǎo)系統PCB面積，簡化(huà)系統方案設計(jì)，提高(gāo)系統的(de)可靠性。NSi8308x的(de)總線接口具有(yǒu)±16kV的(de)系統級接觸放(fàng)電(diàn)ESD保護能力。具有(yǒu)失效保護電(diàn)路(lù)，當接收器(qì)輸入開(kāi)路(lù)、短路(lù)或者總線空閑時(shí)，接收器(qì)将輸出邏輯高(gāo)電(diàn)平。接收器(qì)的(de)輸入阻抗為(wèi)1/8單位負載，允許多達256個(gè)收發器(qì)挂在總線上(shàng)。輸出驅動器(qì)提供了超大輸出電(diàn)壓擺幅，從(cóng)而保證了更高(gāo)的(de)噪聲容限。

圖4 集成式485隔離電(diàn)路(lù)

三．幾種485隔離電(diàn)路(lù)對(duì)比

    下(xià)面是針對(duì)上(shàng)述幾種485隔離方案的(de)各項指标對(duì)比

圖5 幾種485隔離電(diàn)路(lù)面積對(duì)比

表1 幾種485隔離電(diàn)路(lù)性能對(duì)比

四．485 EMC保護電(diàn)路(lù)

    雖然隔離能有(yǒu)效抑制高(gāo)共模電(diàn)壓，但(dàn)總線上(shàng)還(hái)可能存在浪湧、雷擊及短路(lù)等問(wèn)題存在，所以在EMC等級要求比較高(gāo)的(de)系統中，需要在總線上(shàng)再采取一定的(de)保護措施。NSi8308x的(de)總線接口具有(yǒu)±16kV的(de)系統級接觸放(fàng)電(diàn)ESD保護能力。跨越隔離帶的(de)浪湧能力能夠達到+-8kV。具有(yǒu)失效保護電(diàn)路(lù)，當接收器(qì)輸入開(kāi)路(lù)、短路(lù)或者總線空閑時(shí)，接收器(qì)将輸出邏輯高(gāo)電(diàn)平。如果有(yǒu)更高(gāo)的(de)EMC保護需求，也可以通(tōng)過增加外(wài)圍電(diàn)路(lù)來(lái)提高(gāo)。給你(nǐ)介紹一種以NSi83085為(wèi)例實現(xiàn)更高(gāo)的(de) 485EMC保護電(diàn)路(lù)的(de)方法。下(xià)圖以NSi83085為(wèi)例介紹一種實現(xiàn)485 EMC保護電(diàn)路(lù)的(de)方法。

圖6  485 EMC保護電(diàn)路(lù)

    NSi8308x具有(yǒu)內(nèi)部失效保護電(diàn)路(lù)，當接收器(qì)輸入開(kāi)路(lù)或短路(lù)、或者挂在終端匹配總線上(shàng)的(de)所有(yǒu)發送器(qì)都(dōu)禁用時(shí)，接收器(qì)将輸出邏輯高(gāo)電(diàn)平；此外(wài)，/RE及DE引腳有(yǒu)內(nèi)置下(xià)拉電(diàn)阻，D引腳有(yǒu)內(nèi)置上(shàng)拉電(diàn)阻。因此，在所有(yǒu)輸入引腳及總線上(shàng)無需加任何上(shàng)下(xià)拉電(diàn)阻即可保證發送、接收狀态确定。在A、B總線之間(jiān)加一個(gè)120Ω電(diàn)阻用以終端阻抗匹配，隻有(yǒu)通(tōng)訊距離較長(cháng)的(de)系統中的(de)第一個(gè)節點和(hé)最後一個(gè)節點才會加這(zhè)個(gè)匹配電(diàn)阻。

當外(wài)部瞬态大電(diàn)壓/電(diàn)流信号（如雷擊）感應到A、B線上(shàng)時(shí)，先經過保險絲，防止當RS-485總線與電(diàn)源線搭短路(lù)時(shí)燒掉後續電(diàn)路(lù)；然後用氣體(tǐ)放(fàng)電(diàn)管（GDT）進行初級防護，将高(gāo)壓信号降低(dī)到1kV以下(xià)，通(tōng)常GDT可以承受10kA(8x20us)浪湧沖擊；然後TVS作(zuò)為(wèi)二級保護，将總線電(diàn)平鉗制到7.5V以下(xià)。由于GDT響應時(shí)間(jiān)較長(cháng)，在一級防護和(hé)二級防護之間(jiān)需再加TBU器(qì)件(jiàn)，以限制GDT未響應時(shí)會有(yǒu)過流信号燒壞TVS管。通(tōng)常，對(duì)于4kV以下(xià)過電(diàn)壓，可以省去(qù)初級保護GDT，單用TVS就能實現(xiàn)浪湧保護的(de)要求。

五．總結

    隔離型485電(diàn)路(lù)可有(yǒu)效将系統中高(gāo)壓區(qū)域與安全區(qū)域隔離，以保證設備及人(rén)身(shēn)安全；并斷開(kāi)長(cháng)距離傳輸信号的(de)地(dì)回路(lù)，以避免地(dì)環路(lù)和(hé)共模信号的(de)影響，因而越來(lái)越多的(de)應用于485系統中。

    蘇州納芯微(wēi)的(de)半雙工(gōng)隔離RS-485芯片NSi83085及全雙工(gōng)隔離RS-485芯片NSi83086具有(yǒu)高(gāo)可靠性、高(gāo)隔離耐壓、高(gāo)共模抗擾、以及高(gāo)集成度的(de)特點，其能夠承受較為(wèi)複雜(zá)的(de)EMC環境，如ESD、EFT、浪湧等；隔離耐壓值可達到符合UL1577标準的(de)5kVrms，CMTI達到150kV/us；內(nèi)部集成了數字隔離和(hé)RS-485驅動兩種功能設計(jì)，可大幅簡化(huà)系統設計(jì)複雜(zá)度，并減少系統PCB的(de)面積，是實現(xiàn)485隔離的(de)最佳選擇。