中心議題：

• RS-485標準簡介
• RS-485網絡配置
• RS-485總線匹配
• RS-485失效保護

解決方案：

• 引出線的連接
• 地線與接地
• 低頻率的共模幹擾保護

標準RS-485作為一種多點、差分數據傳輸的電氣規範現已成為業界應用最為廣泛的標準通信接口之一。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點、雙向通信、它所具有的噪聲抑製能力、數據傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標準無法比擬的。正因為此
，許多不同領域都采用RS-485作為數據傳輸鏈路。例如汽車電子、電信設備、局域網、蜂窩基站、工業控製、儀器儀表等等。這項標準得到廣泛接受的另外一個原因是它的通用性。RS-485標準隻對接口的電氣特性做出規定
，而不涉及接插件、電纜或協議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協議。

盡管RS-485標biao準zhun已yi被bei廣guang泛fan接jie受shou，但dan是shi對dui於yu它ta在zai實shi際ji應ying用yong中zhong的de一yi些xie具ju體ti問wen題ti並bing沒mei有you得de到dao深shen入ru廣guang泛fan的de認ren識shi，甚shen至zhi存cun在zai著zhe種zhong種zhong誤wu區qu
，以yi至zhi於yu影ying響xiang到dao整zheng個ge係xi統tong的de性xing能neng。本ben文wen在zai回hui顧guRS-485標準的基礎上，重點討論幾個實際應用中常被忽視的問題。

RS-485標準回顧

RS-485標準最初由電子工業協會（EIA）於1983年製訂並發布，後由TIA-通訊工業協會修訂後命名為TIA/EIA-485-A
，不過工程師還是習慣地稱之為RS-485。RS-485由RS-422發展而來，後者是為彌補RS-232之不足而提出的。為改進RS-232通信距離短、速率低的缺點，RS-422定義了一種平衡通信接口

，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長到4000英尺（速率低於100kbps時），並允許在一條平衡線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發送
、多機接收的單向、平衡傳輸規範，為擴展應用範圍，隨後又為其增加了多點、雙(shuang)向(xiang)通(tong)信(xin)能(neng)力(li)，即(ji)允(yun)許(xu)多(duo)個(ge)發(fa)送(song)器(qi)連(lian)接(jie)到(dao)同(tong)一(yi)條(tiao)總(zong)線(xian)上(shang)，同(tong)時(shi)增(zeng)加(jia)了(le)發(fa)送(song)器(qi)的(de)驅(qu)動(dong)能(neng)力(li)和(he)衝(chong)突(tu)保(bao)護(hu)特(te)性(xing)，擴(kuo)展(zhan)了(le)總(zong)線(xian)共(gong)模(mo)範(fan)圍(wei)，這(zhe)就(jiu)是(shi)後(hou)來(lai)的(de)EIA RS-485標準。
 
RS-485是一個電氣接口規範，它隻規定了平衡驅動器和接收器的電特性，而沒有規定接插件、傳輸電纜和通信協議。RS-485標準定義了一個基於單對平衡線的多點、雙向（半雙工）通信鏈路
，是一種極為經濟、並具有相當高噪聲抑製、傳輸速率、傳輸距離和寬共模範圍的通信平台。RS-485接口的主要特點如下：
• 平衡偉輸；
• 多點通信
；
• 驅動器輸出電壓（帶載）：≥｜1.5V｜

；
• 接收器輸入門限：±200mV
；
• -7V至+12V總線共模範圍；
• 最大輸入電流：1.0mA/-0.8mA（12Vin/-7Vin）；
• 最大總線負載：32個單位負載（UL）；
• 最大傳輸速率：10Mbps；
• 最大電纜長度：4000英尺。

網絡配置


RS-485zhichibanshuanggonghuoquanshuanggongmoshi，wangluotuopuyibancaiyongzhongduanpipeidezongxianxingjiegou，buzhichihuanxinghuoxingxingwangluo。zuihaocaiyongyitiaozongxianjianggegejiedianchuanjieqilai，congzongxiandaomeigejiediandeyinchuxianchangduyingjinliangduan，yibianshiyinchuxianzhongdefanshexinhaoduizongxianxinhaodeyingxiangzuidi。tu1所示為實際應用中常見的一些錯誤連接方式（a，c
，e）和正確的連接方式（b，d，f）。a，c
，e三種不恰當的網絡連接盡管在某些情況下（短距離、低速率）rengrankeyizhengchanggongzuo
，dansuizhetongxinjulideyanchanghuotongxinsulvdetigao，qibuliangyingxianghuiyuelaiyueyanzhong，zhuyaoyuanyinshixinhaozaigezhilumoduanfanshehouyuyuanxinhaodiejia
，zaochengxinhaozhiliangxiajiang。chucizhiwaihaiyingzhuyizongxiantexingzukangdelianxuxing
，zaizukangbulianxudianyehuifashengxinhaodefanshe。liru，zongxiandebutongquduancaiyongbutongdianlan、某一段總線上有過多收發器緊靠在一起安裝、或者是有過長分支線引出總線時都會出現阻抗不連續點。總之，應該提供一條單一、連續的信號通道作為總線。

有關總線上允許連接的收發器數標準並沒有做出規定，但規定了最大總線負載為32個單位負載（UL）。每單位負載的最大輸入電流為1.0mA/-0.8mA，相當於約12kΩ。為了擴展總線節點數，器件生產廠商增大收發器輸入電阻。例如MAX487，MAX1487的輸入電阻增加至48kΩ以上（1/4UL）
，節點數就可增加至128個，96kΩ輸入電阻的MAX1483允許節點數可到256個。
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總線匹配

是否對RS-485總線進行終端匹配取決於數據傳輸速率
、電纜長度及信號轉換速率。UART是shi在zai每mei個ge數shu據ju位wei的de中zhong點dian采cai樣yang數shu據ju的de，隻zhi要yao反fan射she信xin號hao在zai開kai始shi采cai樣yang時shi衰shuai減jian到dao足zu夠gou低di就jiu可ke以yi不bu考kao慮lv匹pi配pei。有you一yi條tiao經jing驗yan性xing的de準zhun則ze可ke以yi用yong來lai判pan斷duan在zai什shen麼me樣yang的de數shu據ju速su率lv和he電dian纜lan長chang度du時shi需xu要yao進jin行xing匹pi配pei：當信號的轉換時間（上升或下降時間）超過電信號沿總線單向傳輸所需時間的3倍以上時就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483輸出信號的上升或下降時間最小為250ns，典型雙絞線上的信號傳輸速率約為0.2m/ns（24AWG PVC電纜），那麼隻要數據速率在250kbps以內、電纜長度不超過16米，采用MAX483作為RS-485接口時就可以不加終端匹配。

當考慮終端匹配時，有多種匹配方案可以選擇。最簡單的就是在總線兩端各接一隻阻值等於電纜特性阻抗的電阻（圖2a）。大多數雙絞線特性阻抗大約在100Ω至120Ω之(zhi)間(jian)。這(zhe)種(zhong)匹(pi)配(pei)方(fang)法(fa)簡(jian)單(dan)有(you)效(xiao)
，但(dan)有(you)一(yi)個(ge)缺(que)點(dian)，匹(pi)配(pei)電(dian)阻(zu)要(yao)消(xiao)耗(hao)較(jiao)大(da)功(gong)率(lv)，對(dui)於(yu)功(gong)耗(hao)限(xian)製(zhi)比(bi)較(jiao)嚴(yan)格(ge)的(de)係(xi)統(tong)不(bu)太(tai)適(shi)合(he)。另(ling)外(wai)一(yi)種(zhong)比(bi)較(jiao)省(sheng)電(dian)的(de)匹(pi)配(pei)方(fang)式(shi)是(shi)RC匹配（圖2b）。利用一隻電容C隔斷直流成分可以節省大部分功率。但電容C的取值是個難點，需要在功耗和匹配質量間進行折衷。除上述兩種外
，還有一種采用二極管的匹配方案（圖2c）。這種方案雖未實現真正的"匹配"
，但它利用二極管的鉗位作用迅速削弱反射信號，達到改善信號質量的目的。節能效果顯著。

引出線

RS-485總(zong)線(xian)上(shang)的(de)每(mei)個(ge)收(shou)發(fa)器(qi)通(tong)過(guo)一(yi)段(duan)引(yin)出(chu)線(xian)接(jie)入(ru)總(zong)線(xian)，引(yin)出(chu)線(xian)過(guo)長(chang)時(shi)

，由(you)於(yu)信(xin)號(hao)在(zai)引(yin)出(chu)線(xian)中(zhong)的(de)反(fan)射(she)
，也(ye)會(hui)影(ying)響(xiang)總(zong)線(xian)上(shang)的(de)信(xin)號(hao)質(zhi)量(liang)。和(he)前(qian)麵(mian)的(de)討(tao)論(lun)一(yi)樣(yang)，係(xi)統(tong)所(suo)能(neng)允(yun)許(xu)的(de)引(yin)出(chu)線(xian)長(chang)度(du)也(ye)和(he)信(xin)號(hao)的(de)轉(zhuan)換(huan)時(shi)間(jian)、數據速率有關。下麵的經驗公式可以用來估算引出線的最大長度：
Lmax=（tRISE×0.2m/ns）/10

以MAX483為例，對應於250ns的上升/下降時間，總線允許的最大引出線長度約為5米。

從以上的分析可以看出，減緩信號的前後沿斜率有利於降低對於總線匹配、引出線長度的要求，改善信號質量，同時
，還使信號中的高頻成分降低，減少電磁輻射，因此，有些器件生產廠商在RS-485jiekouqijianzhongzengjialebailvxianzhidianlulaijianhuanxinhaoqianhouyan

，danzhezhongzuofayexianzhileshujuchuanshusulv。youcikanlai
，zaixuanzejiekouqijianshi，bingbushisulvyuegaoyuehao，yinggaigenjuxitongyaoqiu
，xuanzezuidisulvdeqijian。

失效保護

RS-485標準規定接收器門限為±200mV。這樣規定能夠提供比較高的噪聲抑製能力，但同時也帶來了一個問題：當總線電壓在±200mV中間時接收器輸出狀態不確定。由於UART以一個前導"0"觸發一次接收動作
，所以接收器的不定態可能會使UART錯誤地接收一些數據，導致係統誤動作。當總線空閑、開路或短路時都有可能出現兩線電壓差低於200mV的de情qing況kuang
，必bi須xu采cai取qu一yi定ding措cuo施shi避bi免mian接jie收shou器qi處chu於yu不bu定ding態tai。傳chuan統tong的de做zuo法fa是shi給gei總zong線xian加jia偏pian置zhi
，當dang總zong線xian空kong閑xian或huo開kai路lu時shi，利li用yong偏pian置zhi電dian阻zu將jiang總zong線xian偏pian置zhi在zai一yi個ge確que定ding的de狀zhuang態tai（差分電壓≥200mV）。但這種方法仍然不能解決總線短路時的問題，為此，有些器件製造商將接收門限移到-200mV/-50mV

，巧妙地解決了這個問題。例如Maxim公司為MAX3080係列RS-485接口，不但省去了外部偏置電阻，而且解決了總線短路情況下的失效保護問題。 

地線與接地 

電子係統的接地是一個非常關鍵而又常常被忽視的問題
，接地處理不當經常會導致不能穩定工作甚至危及係統安全。對於RS-485網(wang)絡(luo)來(lai)講(jiang)也(ye)是(shi)一(yi)樣(yang)，沒(mei)有(you)一(yi)個(ge)合(he)理(li)的(de)接(jie)地(di)係(xi)統(tong)可(ke)能(neng)會(hui)使(shi)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)大(da)打(da)折(zhe)扣(kou)，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)比(bi)較(jiao)惡(e)劣(lie)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，對(dui)於(yu)接(jie)地(di)的(de)要(yao)求(qiu)更(geng)為(wei)嚴(yan)格(ge)。有(you)關(guan)RS-485網絡的接地問題很少有資料提及，在設計者中也存在著很多誤區
，致使通信可靠性降低、接口損壞率較高。一個典型的錯誤觀點就是認為RS-485通信鏈路不需要信號地，而隻是簡單地用一對雙絞線將各個接口的"A"
、"B"端連接起來。這種處理方法在某些情況下也可以工作
，但給係統埋下了隱患，主要有以下兩方麵的問題：


圖3:地電位差導致的共模幹擾問題

• 共模幹擾問題。的確
，RS-485接jie口kou采cai用yong差cha分fen方fang式shi傳chuan輸shu信xin號hao，並bing不bu需xu要yao相xiang對dui於yu某mou個ge參can照zhao點dian來lai檢jian測ce信xin號hao，係xi統tong隻zhi需xu檢jian測ce兩liang線xian之zhi間jian的de電dian位wei差cha就jiu可ke以yi了le。但dan應ying該gai注zhu意yi的de是shi
，收shou發fa器qi隻zhi有you在zai共gong模mo電dian壓ya不bu超chao出chu一yi定ding範fan圍wei（-7V至+12V）的條件下才能正常工作。當共模電壓超出此範圍就會影響通信的可靠，直至損壞接口。如圖3所示，當發送器A向接收器B發送數據時，發送器A的輸出共模電壓為VOS，由於兩個係統具有各自獨立的接地係統
，存在著地電位差VGPD。那麼
，接收器輸入端的共模電壓就會達到VCM=VOS+VGPD。RS-485標準規定VOS≤3V

，但VGPD可能會有很大幅度（十幾伏甚至數十伏）
，並可能伴有強幹擾信號，致使接收器共模輸入VCM超出正常範圍
，並在信號線上產生幹擾電流，輕則影響正常通信，重則損壞接口。

• 電磁輻射（EMI）問題。驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如果沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。


因此
，盡管是差分傳輸，對於RS-485網絡來講，一條低阻的信號地還是必不可少的。如圖4a所示
，一條低阻的信號地將兩個接口的工作地連接起來，使共模幹擾電壓VGPD被短路。這條信號地可以是額外的一對線（非屏蔽雙絞線）
、或(huo)者(zhe)是(shi)屏(ping)蔽(bi)雙(shuang)絞(jiao)線(xian)的(de)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)。值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，這(zhe)種(zhong)做(zuo)法(fa)僅(jin)對(dui)高(gao)阻(zu)型(xing)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)有(you)效(xiao)，由(you)於(yu)幹(gan)擾(rao)源(yuan)內(nei)阻(zu)大(da)，短(duan)接(jie)後(hou)不(bu)會(hui)形(xing)成(cheng)很(hen)大(da)的(de)接(jie)地(di)環(huan)路(lu)電(dian)流(liu)，對(dui)於(yu)通(tong)信(xin)不(bu)會(hui)有(you)很(hen)大(da)影(ying)響(xiang)。當(dang)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)源(yuan)內(nei)阻(zu)較(jiao)低(di)時(shi)，會(hui)在(zai)接(jie)地(di)線(xian)上(shang)形(xing)成(cheng)較(jiao)大(da)的(de)環(huan)路(lu)電(dian)流(liu)，影(ying)響(xiang)正(zheng)常(chang)通(tong)信(xin)。筆(bi)者(zhe)認(ren)為(wei)，可(ke)以(yi)采(cai)取(qu)以(yi)下(xia)三(san)種(zhong)措(cuo)施(shi)：
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圖4:地線與接地方案

1. 若(ruo)幹(gan)擾(rao)源(yuan)內(nei)阻(zu)不(bu)是(shi)非(fei)常(chang)小(xiao)，可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)在(zai)接(jie)地(di)線(xian)上(shang)加(jia)限(xian)流(liu)電(dian)阻(zu)限(xian)製(zhi)幹(gan)擾(rao)電(dian)流(liu)。接(jie)地(di)電(dian)阻(zu)的(de)增(zeng)加(jia)可(ke)能(neng)會(hui)使(shi)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)升(sheng)高(gao)
，但(dan)隻(zhi)要(yao)控(kong)製(zhi)在(zai)適(shi)當(dang)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)就(jiu)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)正(zheng)常(chang)通(tong)信(xin)（圖4b）；

2. 采用浮地技術，隔斷接地環路。當共模幹擾內阻很小時上述方法已不能奏效，此時可以考慮將引入幹擾的節點（例如處於惡劣的工作環境的現場儀表）浮置起來（也就是係統的電路地與機殼或大地隔離），這樣就隔斷了接地環路，不會形成很大的環路電流（圖4c）
；

3. caiyonggelijiekou。youxieqingkuangxia，chuyuanquanhuoqitafangmiandekaolv，dianludibixuyujikehuodadixianglian

，bunengxuanfu
，zheshikeyicaiyonggelijiekoulaigeduanjiedihuilu，danshirengranyinggaiyouyitiaodixianjianggelicedegonggongduanyuqitajiekoudegongzuodixianglian（圖4d）。

瞬態保護 

前(qian)麵(mian)提(ti)到(dao)的(de)接(jie)地(di)措(cuo)施(shi)隻(zhi)對(dui)低(di)頻(pin)率(lv)的(de)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)有(you)保(bao)護(hu)作(zuo)用(yong)

，對(dui)於(yu)頻(pin)率(lv)很(hen)高(gao)的(de)瞬(shun)態(tai)幹(gan)擾(rao)就(jiu)無(wu)能(neng)為(wei)力(li)了(le)。因(yin)為(wei)引(yin)線(xian)電(dian)感(gan)的(de)作(zuo)用(yong)
，對(dui)於(yu)高(gao)頻(pin)瞬(shun)態(tai)幹(gan)擾(rao)來(lai)講(jiang)，接(jie)地(di)線(xian)實(shi)際(ji)等(deng)同(tong)於(yu)開(kai)路(lu)。這(zhe)樣(yang)的(de)瞬(shun)態(tai)幹(gan)擾(rao)可(ke)能(neng)會(hui)有(you)成(cheng)百(bai)上(shang)千(qian)伏(fu)的(de)電(dian)壓(ya)，但(dan)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)很(hen)短(duan)。在(zai)切(qie)換(huan)大(da)功(gong)率(lv)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)（電機、變壓器、繼電器等）、shandiandengguochengzhongdouhuichanshengfuduhengaodeshuntaiganrao，ruguobujiayishidangfanghujiuhuisunhuaijiekou。duiyuzhezhongshuntaiganraokeyicaiyonggelihuopangludefangfajiayifanghu。


圖5a所suo示shi為wei隔ge離li保bao護hu方fang案an。這zhe種zhong方fang案an實shi際ji上shang將jiang瞬shun態tai高gao壓ya轉zhuan移yi到dao隔ge離li接jie口kou中zhong的de電dian隔ge離li層ceng上shang，由you於yu隔ge離li層ceng的de高gao絕jue緣yuan電dian阻zu，不bu會hui產chan生sheng損sun害hai性xing的de浪lang湧yong電dian流liu，起qi到dao保bao護hu接jie口kou的de作zuo用yong。通tong常chang采cai用yong高gao頻pin變bian壓ya器qi

、光耦等元件實現接口的電氣隔離，已有器件廠商將所有這些元件集成在一片IC中，使用起來非常簡便，如Maxim公司的MAX1480/MAX1490
，隔離電壓可以到2500V。這種方案的優點是可以承受高電壓、持續時間較長的瞬態幹擾
，實現起來也比較容易

，缺點是成本較高。

圖5b所示為旁路保護方案。這種方案利用瞬態抑製元件（如TVS、MOV、氣體放電管等）jiangweihaixingdeshuntainengliangpangludaodadi
，youdianshichengbenjiaodi，quedianshibaohunengliyouxian，zhinengbaohuyidingnengliangyineideshuntaiganrao，chixushijianbunenghenchang

，erqiexuyaoyouyitiaolianghaodelianjiedadidetongdao，shixianqilaibijiaokunnan。

實際應用中可以將二者結合起來靈活運用（圖5c）。隔離接口對大幅度瞬態幹擾進行隔離
，而旁路元件保護隔離接口不被過高的瞬態電壓擊穿。 

RS-485標準定義了一個極為堅固和可靠的通信鏈路

，具有高噪聲抑製、寬共模範圍、長傳輸距離

、衝突保護等特性
，但一個真正可靠的RS-485網絡還有賴於合理的應用。合理的網絡布局、信號通道的連續性
、周全的保護措施等，在設計之初就應該有一個總體規劃。