RS485、RS422接口设计指南

前言.............................................................................................................................................01RS-485与RS-422性能指标及其标准......................................................................................02RS-485与RS-422器件及材料说明..........................................................................................13RS-485与RS-422设计原理......................................................................................................13.1基本原理.....................................................................................................................13.1.1RS-485与RS-232电路的区别与优势................................................................13.1.2长短连接的判断标准、物理表现与应对措施.....................................................33.1.3RS-485与RS-422典型应用电路与选择方法..................................................43.1.4485总线上处理竞争的方法..............................................................................73.2可靠性的设计.............................................................................................................83.2.1网络配置.............................................................................................................83.2.2总线匹配.............................................................................................................83.2.3引出线...............................................................................................................103.2.4失效保护...........................................................................................................103.2.5地线与接地.......................................................................................................113.2.5.1共模干扰问题...................................................................................113.2.5.2电磁辐射（EMI）问题：................................................................123.2.6瞬态保护...........................................................................................................133.2.7其它需要注意的问题.......................................................................................143.3电源和接地...............................................................................................................144维护说明...................................................................................................................................14参考资料...........................................................................................................................................15RS485、RS422接口设计指南前言RS-485标准最初由电子工业协会（EIA）于1983年制订并发布，后由TIA-通讯工业协会修订后命名为TIA/EIA-485-A，习惯地称之为RS-485。RS-485由RS-422发展而来，而RS-422是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kbps时），并允许在一条平衡线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，为扩展应用范围，随后又为其增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，这就是后来的EIARS-485标准。RS-485是一个电气接口规范，它只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和通信协议。RS-485标准定义了一个基于单对平衡线的多点、双向（半双工）通信链路，是一种极为经济、并具有相当高噪声抑制、传输速率、传输距离和宽共模范围的通信平台。RS-485作为一种多点、差分数据传输的电气规范现已成为业界应用最为广泛的标准通信接口之一。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点、双向通信、它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性是其他标准无法比拟的。正因为此，许多不同领域都采用RS-485作为数据传输链路。例如电信设备、局域网、蜂窝基站、工业控制、汽车电子、仪器仪表等等。这项标准得到广泛接受的另外一个原因是它的通用性。RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。本文档主要说明了RS485与RS422的原理以及设计应用电路中应该注意的问题。1RS-485与RS-422性能指标及其标准EIA/TIA-422与EIA/TIA-485标准的比较规格EIA/TIA-422EIA/TIA-485传输模式平衡平衡电缆长度（在90Kbps下）4000ft4000ft电缆长度（在10Mbps下）50ft50ft最大数据传输速度10Mbps10Mbps最小差动输出±2V±1.5V最大差动输出±10V±6V接收器敏感度±0.2V±0.2V最小驱动器负载100Ω60Ω最大驱动器数量132负载单位最大接收器数量1032负载单位表1RS485、RS422接口设计指南第1页共20页RS-485接口的主要性能指标如下：平衡传输；多点通信；驱动器输出电压（带载）：≥｜1.5V｜；接收器输入门限：±200mV，接收器的输入灵敏度为200mV（即（V+）-（V-）≥0.2V，表示信号“0”；（V+）-（V-）≤-0.2V，表示信号“1”）；-7V至+12V总线共模范围；最大输入电流：1.0mA/-0.8mA（12Vin/-7Vin）；最大总线负载：32个单位负载（UL）；最大传输速率：10Mbps；最大电缆长度：4000英尺，由于在双绞线上的电平损耗，RS-485标准通信的最大传输距离是1200米（4000英尺），更远距离的应用中必须使用中继器；接收器的输入电阻RIN≥12kΩ；2RS-485与RS-422器件及材料说明有很多485芯片可以选择，速度较慢的芯片有更好的信号质量，如果不需要高速连接，使用较低速度的芯片可以避免很多麻烦。有的485芯片小于一个单位负载以便在一个网络中允许更多的节点。为了扩展总线节点数，器件生产厂商增大收发器输入电阻。例如MAX487，MAX1487的输入电阻增加至48kΩ以上（1/4UL），节点数就可增加至128个，96kΩ输入电阻的MAX1483允许节点数可到256个。对外置设备为防止强电磁（雷电）冲击，建议选用TI的75LBC184等防雷击芯片，对节点数要求较多的可选用SIPEX的SP485R。具有节能模式与低电源电压特性的485芯片对于电池供电的设备很有用，485芯片具有的其它特性还有增强的ESD保护、电气绝缘、失效保护电路等。减小反射电压的两个办法是减小电缆长度或者增加信号上升时间，可以通过选择485芯片来控制信号上升时间。最大的上升时间限制了比特率，上升时间不应超过位宽的20%。最小的上升时间决定一根导线是长导线还是短导线，是否需要终端电阻。如果连接不需要高比特率，使用低速驱动器可以使短导线的物理长度大大加长。此外低速485芯片能够减弱EMI。3RS-485与RS-422设计原理3.1基本原理3.1.1RS-485与RS-232电路的区别与优势如图1中RS-232使用非平衡线路，接收器对一个信号电压和一个通用地线之间的压差作出反应。在100Kbps的传输速度下电缆长度最大为50ft,最大数据传输速度为20Kbps（有的驱动器达到115Kbps），驱动器最小输出为±5V，驱动器最大输出为±15V，接收器敏感度±3V，最大驱动器与接收器数量都为1，接收器输入阻抗为3到7KΩ。图1RS485、RS422接口设计指南第2页共20页如图2一个RS-485驱动器必须有“Enable”控制信号，而一个RS-422驱动器则一般不需要。在驱动器端，一个TTL逻辑高电平输入使得导线A电压比导线B高，反之，一个TTL逻辑低电平输入使得导线A电压比导线B低，对于驱动器端的有效输出，A与B之间的压差必须至少1.5V。图2如图3在接收器端A与B之间的压差只需0.2V，如输入A电平比输入B高，TTL输出逻辑高电平，反之，如输入A电平比输入B低，TTL输出逻辑低电平，这就至少有1.3V的噪声容限，大多数情况下驱动器端A与B之间的压差大于1.5V，因此噪声容限更大。RS485、RS422接口设计指南第3页共20页图3RS-485能够远距离传输是因为使用了平衡线路，每个信号都有专用的导线对，其中一根导线上的电压等于另一根导线上的电压取反或取补。接收器对两者的压差作出反应。平衡接口中两根信号线传递几乎等大反向的电流，大多数噪声电压在两根信号线上出现，它们互相抵消；但在非平衡