RS485基本原理，電路、防雷、layout及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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什么是S485？

RS485是半雙工通信，半雙工通信指的是通道在一個(gè)時(shí)刻只能處于接收或者是發(fā)送。RS485的特點(diǎn)是支持多節(jié)點(diǎn)傳輸、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)，RS485可以連接多個(gè)485設(shè)備，信號(hào)的速率可達(dá)到10Mbps。通過AB兩線之間的壓差來判斷是邏輯電平1或者邏輯電平0，當(dāng)AB間的電壓差大于200mV時(shí)為高電平1，小于200mV時(shí)為邏輯電平0。一般會(huì)在首末兩端接120Ω電阻，其作用是進(jìn)行阻抗匹配，消除信號(hào)反射。
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RS485硬件電路設(shè)計(jì)

$ \$ U& [: |4 r$ @8 B4 d. {RS485電路設(shè)計(jì)可以分為隔離型和非隔離型，下圖是非隔離型電路，B端接到GND下拉，A端通過上拉電阻為高電平，是為了保證A和B之間的壓差大于200mV。DE和RE引腳是發(fā)送和接收使能，RE為低時(shí)，為接收使能；DE為高時(shí)，是發(fā)送使能。應(yīng)用中一般是兩者連接在一起，通過IO口（RS485_EN）控制，因?yàn)樾酒�要么是處于接收，要么處于發(fā)送，因此在發(fā)送數(shù)據(jù)前，給RS485_EN信號(hào)為高電平，接收數(shù)據(jù)就給低電平。

# O( ~8 \* {# o  e+ u3 W$ a, LRS485自動(dòng)收發(fā)電路硬件設(shè)計(jì)

0 E- T9 g1 x/ y7 |1 F自動(dòng)收發(fā)電路相比較普通的485電路，區(qū)別在于多一個(gè)晶體管控制485的使能引腳。R9限流電阻一般是4.7K，R8上拉電阻一般也是4.7K，使能引腳在晶體管沒有導(dǎo)通時(shí)被上拉。


9 ]  S: u, G: r; s- O3 e1 _接收數(shù)據(jù)時(shí)：接收數(shù)據(jù)引腳是芯片的第一引腳也就是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽RS485_RX，在接收數(shù)據(jù)過程中，RS485_TX引腳保持高電平，VGS為高電平，NPN三極管Q1就導(dǎo)通，RE和DE相連的引腳通過晶體管下拉到GND，此時(shí)接收使能，處于接收狀態(tài)。
9 e. a, y6 q0 {
" J9 ~) p0 b6 T/ S& S# C1 X發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)：發(fā)送數(shù)據(jù)引腳是RS485_TX，應(yīng)該RS485_TX發(fā)送1，晶體管導(dǎo)通，RE和DE的電平為低，RS485收發(fā)芯片沒有打開，由于常態(tài)下485為高電平，此時(shí)數(shù)據(jù)就是高；當(dāng) RS485_TX發(fā)送0時(shí)，晶體管不導(dǎo)通，此時(shí)485收發(fā)芯片的發(fā)送使能為高，DI由于一直被下拉到GND，所以發(fā)出去的數(shù)據(jù)為0。這樣就實(shí)現(xiàn)了485的自動(dòng)收發(fā)。
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) Y! G2 y+ Z0 M8 g; K發(fā)送具體解析：
RS485_TX 發(fā)送1，VGS高電平，NPN三極管導(dǎo)通，使能引腳是低電平，發(fā)送失效，接收使能，處于接收狀態(tài)。由于SP3485芯片的AB引腳是高阻狀態(tài)，R4把A拉高，R5把B拉低，所以AB傳輸?shù)氖?。即RS485_TX發(fā)送1時(shí)，AB引腳發(fā)送1。
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' n0 z0 a2 D. I( |2 s# ]RS485接口防雷電路設(shè)計(jì)
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接口防護(hù)電路
( M' F- h% m1 I; X5 d* nL1是共模電感，共模電感衰減共模噪聲，增強(qiáng)抗干擾能力，一般選擇120Ω/100MHz。C3電容的作用是為了隔開接口地和數(shù)字地，一般選擇1000pF。為了達(dá)到emc防護(hù)要求，差模信號(hào)2kV，共模信號(hào)6kV，在接口處會(huì)預(yù)留上氣體放電管、熱敏電阻、TVS管組成防護(hù)電路。
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RS485接口電路PCB的GND設(shè)計(jì)

4 B$ o; B/ W( y0 E3 j  [虛線處的防護(hù)器件要盡量靠近接口，擺放緊湊整齊，先放防護(hù)器件再放濾波器件。

5 L+ N/ c5 u9 ARS485接口電路設(shè)計(jì)通常涉及到幾個(gè)關(guān)鍵要素，包括信號(hào)傳輸、電氣隔離、噪聲抑制、保護(hù)措施以及電源和控制邏輯設(shè)計(jì)等。

關(guān)鍵要素
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  S5 T! Y1 t8 R' O信號(hào)線選擇與布線? 使用一對雙絞線作為差分信號(hào)線（A和B），通常選用屏蔽雙絞線電纜以減少電磁干擾。? 保持A和B線長度盡可能相等，以減少信號(hào)延遲差異，保證信號(hào)的完整性。共模電感和濾波? 在信號(hào)線入口處加入共模電感L1，用于抑制共模干擾，推薦阻抗范圍為120Ω/100MHz ~ 2200Ω/100MHz。? 可能還需要并聯(lián)去耦電容和TVS管等元件，進(jìn)一步提高抗干擾能力。收發(fā)器芯片選擇? 常見的收發(fā)器芯片有SP3485、MAX485等，它們將TTL/CMOS邏輯電平轉(zhuǎn)換為RS485差分信號(hào)。? 需要關(guān)注RE、DE以及RO等控制引腳的連接邏輯，通常RE和DE可以連接在一起通過單個(gè)控制信號(hào)控制發(fā)送/接收模式。偏置和終端電阻? A信號(hào)線可能需要上拉電阻（如10kΩ至4.7kΩ），以確保在空閑時(shí)的電壓狀態(tài)，B信號(hào)線可能需要下拉到GND。? 在總線的兩端或適當(dāng)位置放置120Ω終端電阻，以減少信號(hào)反射和改善信號(hào)質(zhì)量。防雷擊和浪涌保護(hù)? 可以在信號(hào)線上添加TVS管和/或自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，用于過壓和浪涌保護(hù)，提高電路的魯棒性。? 對于高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境，考慮加入6kV以上的防雷擊保護(hù)電路設(shè)計(jì)。EMC設(shè)計(jì)? 保證良好的接地設(shè)計(jì)，特別是接口地的處理，有時(shí)單板地與外殼直接連接，通過1000pF電容耦合。? 電路板布局時(shí)注意電源和信號(hào)線的分離，減少交叉干擾，增加濾波和退耦電容。控制邏輯? 根據(jù)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)控制邏輯電路或使用MCU控制發(fā)送使能信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)切換。? 對于自動(dòng)收發(fā)電路設(shè)計(jì)，可能需要更復(fù)雜的邏輯來自動(dòng)管理發(fā)送和接收狀態(tài)，以適應(yīng)不同通信場景。
. T* y* e1 ~' tRS485接口設(shè)計(jì)不僅關(guān)注電氣特性，還需要綜合考慮EMC、可靠性、安全性等因素，確保在復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中的穩(wěn)定通信。
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