芯耀
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RS-485由電信行業(yè)協(xié)會和電氣工業(yè)聯(lián)盟于1983年制定。RS-485是一種差分信號標準，它定義了用于實現(xiàn)平衡多點傳輸線的驅(qū)動器和接收器的電氣特性。該標準旨在作為諸如DLT-645、DMX-512、Modbus等更高層級標準的物理層參考，并且因其強大的電氣特性而廣泛應用于工業(yè)領域。
RS-485允許在多點網(wǎng)絡上進行串行通信。其中的一些例子包括從發(fā)送端產(chǎn)生的最小所需信號幅度、接收器的輸入靈敏度以及接收器的輸入阻抗。該標準未對電纜、連接器和數(shù)據(jù)協(xié)議進行定義，這為系統(tǒng)設計者提供了靈活性。
RS-485是一種平衡傳輸標準，這意味著它需要兩條信號線，其電壓彼此相反。這為信號完整性帶來了兩個優(yōu)勢。首先，由于這兩條信號線采用雙絞線電纜，來自外部源的噪聲作為共模噪聲同等地耦合到兩條信號線上，而共模噪聲又會被差分接收器抑制。
其次，由于兩條信號線彼此反向切換，每條線發(fā)出的電磁場也相互相反，有助于衰減發(fā)出的噪聲。
RS-485支持通過兩根線進行多點雙向通信，這有助于降低電纜成本，而且RS-485驅(qū)動器需要將大的差分信號驅(qū)動到RS-485負載中。這使得信號能夠長距離傳輸，同時仍然足夠大，以便接收器能夠準確解讀。RS-485驅(qū)動器和接收器還需要在負7V到12V的共模范圍內(nèi)工作。相對于其他接口標準，這使得在存在較大接地電位偏移的情況下仍能保證數(shù)據(jù)的準確性，也可能延長RS-485傳輸線的可操作距離。
一條RS-485總線由多個收發(fā)器并聯(lián)連接到一根總線電纜上組成。為了消除線路反射，每根電纜的末端都連接有一個終端電阻，標記為RT，其值與電纜的特性阻抗（標記為Z0）相匹配。這種方法稱為并聯(lián)終端匹配，能夠在較長的電纜長度下實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。
圖A展示了一個典型的半雙工RS-485總線配置。半雙工，即兩線制總線，由多個驅(qū)動器和接收器并聯(lián)連接到一對單線上組成。在半雙工通信中，一個收發(fā)器要么正在發(fā)送數(shù)據(jù)，要么正在接收數(shù)據(jù)，但不能同時進行。在任何時候，連接到總線上的只有一個驅(qū)動器可以處于活動或啟用狀態(tài)。多個活動驅(qū)動器將導致數(shù)據(jù)錯誤，并可能損壞收發(fā)器。
圖B展示了一個典型的全雙工RS-485總線配置。全雙工，即四線制總線，采用主從配置方式連接，其中主節(jié)點的驅(qū)動器并聯(lián)連接到一對單線上的所有從節(jié)點接收器，而主節(jié)點的接收器則并聯(lián)連接到另一對單線上的所有從節(jié)點驅(qū)動器。獨立的總線電纜允許主節(jié)點和從節(jié)點之間同時進行雙向通信。
在要求低數(shù)據(jù)速率的應用中，半雙工配置通常因其較低的電纜成本而更受青睞。全雙工網(wǎng)絡由于能夠同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，因此能夠適應需要更高帶寬的應用。一個RS-485驅(qū)動器由兩對晶體管和二極管組成。當驅(qū)動器處于活動狀態(tài)時，D輸入引腳上的邏輯電平決定了哪一對晶體管被偏置，并且可以像H橋一樣在負載的任一方向上驅(qū)動電流。從引腳A到引腳B測量的負載電阻上的電壓降被稱為驅(qū)動器的差分輸出電壓。
回想一下，我們曾提到驅(qū)動器能夠雙向驅(qū)動電流。這意味著，相對于引腳A，差分輸出電壓可能為負，就像右邊的圖中所示那樣。在理想情況下，驅(qū)動器的差分電壓將覆蓋整個VCC電壓范圍。但由于驅(qū)動器的結構，二極管和晶體管上存在電壓降，這會降低差分電壓。
因此，驅(qū)動器的總差分電壓等于高電壓減去二極管的兩個電壓降，再減去晶體管上的兩個電壓降。為了使RS-485驅(qū)動器符合RS-485規(guī)范，所有驅(qū)動器都必須能夠在54Ω的電阻上產(chǎn)生至少1.5V的差分輸出電壓。
驅(qū)動器的簡化模型如圖所示，其中引腳A和B在負載電阻上產(chǎn)生電壓差。但引腳A和B的電壓是電壓差的正負一半再加上一個偏移電壓。
RS-485接收器會衰減傳輸信號，這些信號通常超出了接收器電源電壓的范圍，將其衰減到電源電壓范圍內(nèi)的電平。由于總線上各接收器之間可能存在接地電位差，設備的A和B端子上可能會出現(xiàn)低至負7V、高至12V的電壓。衰減系數(shù)通常約為10比1。所以，實際出現(xiàn)在比較器輸入端的電壓電平處于設備的工作范圍內(nèi)。
正電壓輸入閾值（VIT+）是這樣一個值：當電壓輸入差（VID，即VA減去 VB）大于或等于正電壓輸入閾值（VIT+）時，接收器輸出必須為高電平。TIA/EIA-485A標準規(guī)定，接收器的正輸入閾值（VIT+）應不大于正200mV。
負電壓輸入閾值是這樣一個值：當電壓輸入差（VID）小于或等于負電壓輸入閾值（VIT-）時，接收器輸出必須為低電平。TIA/EIA-485A標準規(guī)定，接收器的負輸入閾值（VIT-）應不小于負200mV。
當負電壓輸入閾值（VIT-）小于或等于電壓輸入差（VID）且VID小于或等于正電壓輸入閾值（VIT+）時，接收器的輸出狀態(tài)是不確定的?，F(xiàn)代收發(fā)器的正電壓輸入閾值（VIT+）小于或等于0V。這是為了確保在總線短路、開路和空閑等情況下，接收器在不使用外部故障安全電阻的情況下輸出高電平故障安全信號。外部故障安全電阻會增加總線上的共模負載。因此，通過使用具有集成故障安全保護偏移接收器輸入閾值的收發(fā)器，可以將更多的接收器連接到總線上。
在總線短路情況下，接收器的A和B輸入端子短路在一起，產(chǎn)生的差分輸入電壓（VID）為0V，接收器輸出為高電平。在總線開路情況下，A和B端子處于懸浮狀態(tài)，接收器比較器的輸入由接收器輸入偏置網(wǎng)絡決定，它們是相等的，產(chǎn)生的差分輸入電壓（VID）為0V，接收器輸出為高電平。
在總線空閑情況下，沒有驅(qū)動器主動在任一條總線上建立電位。由于在這種情況下沒有電流流動，終端電阻上的差分電壓為0V，產(chǎn)生的差分輸入電壓（VID）為0V，接收器輸出為高電平。
遲滯電壓（VHYS）規(guī)定了正電壓輸入閾值（VIT+）與負電壓輸入閾值（(VIT-）之間差值的最小值。遲滯電壓（VHYS）的最小值規(guī)定了在信號切換過程中，接收器能夠保證不受影響的最大差分噪聲值。
TIA/EIA-485A標準規(guī)定，符合要求的RS-485驅(qū)動器必須能夠在-7V到+12V的共模范圍內(nèi)，驅(qū)動等效負載為32個單位負載接收器的情況下，產(chǎn)生1.8V的差分輸出電壓。
一個單位負載相當于在12V電壓下1mA的輸入漏電流，即12KΩ的阻抗?，F(xiàn)代收發(fā)器具有更高的接收器輸入阻抗，這使得總線上能夠接入更多的收發(fā)器。
下表列出了不同接收器特性對應的單位負載、總線輸入漏電流以及等效輸入阻抗。從數(shù)據(jù)表中確定接收器負載時，總線輸入漏電流是最可靠的方法。
總結：RS-485作為一種廣泛應用的差分信號標準，憑借其強大的電氣特性和多點雙向通信能力，在工業(yè)領域占據(jù)重要地位。其平衡傳輸設計有效抑制噪聲，確保信號完整性，并支持長距離、高數(shù)據(jù)速率傳輸。通過半雙工與全雙工配置，RS-485靈活適應不同帶寬需求。驅(qū)動器與接收器的嚴格規(guī)范，保障了通信的可靠性與穩(wěn)定性，而高輸入阻抗特性則進一步提升了系統(tǒng)靈活性，使得RS-485成為工業(yè)通信領域的優(yōu)選方案。
