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(多图) 利用3.3V供电RS485接口实现远距离数据通信

上海英联电子科技有限公司徐宁?? 2013年09月30日 ?? 收藏4
一、前言

在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中,通常使用串行通讯方式进行数据交换。最初的RS232接口,由于外界应用环境等因素,经常因电气干扰而导致信号传输错误。除此之外,RS232接口只能实现点对点的通信方式,不具备联网功能,而且其最大传输距离仅有15米,不能满足远距离通讯要求。RS485则解决了这些问题,数据信号采用差分传输方式,最大传输距离约为1219米,允许多个发送器连接到同一条总线上。

考虑到节能、低功耗等原因,系统电压由传统的5V转为3.3V,因此3.3V供电的RS485接口应运而生。

二、RS-485标准概述

RS-485数据信号采用差分传输方式,收、发端通过平衡双绞线将A-A与B-B对应相连。当线路A高于线路B电平(VA-VB>+200mV)时,接收端输出为逻辑高电平(RO=1);当线路A低于线路B电平(VA-VB<-200mV)时,接收端输出为逻辑低电平(RO=0)。当驱动器的输入端逻辑电平为高(DI=1)时,线路A电平高于线路B电平;当驱动器的输入端逻辑电平为低(DI=0)时,线路A电平低于线路B电平。见图1。


图1:总线差模电压

三、低压RS-485网络电路的设计要点

1、共模干扰

RS-485 接口采用差分方式传输信号,一般收发器能够承受的共模电压范围为-7V至+12V,一旦共模电压超出此范围,将会影响通信的可靠性,甚至损坏接口。由于每个系统都会有独立的地回路,在远距离通信条件下,系统间的地电位差VGPD将会很大。发送器的输出共模电压为VOC,那么接收器输入端的共模电压VCM=VOC+VGPD,RS-485标准规定VOC小于等于3V,但VGPD的幅度可达十几伏甚至数十伏,并可能伴有强干扰信号,导致接收器的共模输入VCM超出正常范围,并在信号线上产生干扰电流。解决此类问题的方法是:

a、通过带隔离的DC-DC将系统电源和RS-485收发器的电源隔离,如图2所示;


图2:低压3.3V隔离电源方案图

b、通过光耦将信号隔离,减小共模电压的影响。

采用该方法时,总线收发器的信号线和电源线与本地信号的电源是相互隔离的。

2、光耦隔离电路

光耦往往是限制通信数据波特率的主要因素,对于低速传输,可采用PS250、TIL117等。在高速电路设计中,可以考虑采用6N137、6N136等高速光耦,优化电路参数设计。光耦隔离示意图如图3所示。图3中,电阻R3、R4如果选取得较大,将会使光耦的发光管由截止进入饱和状态的速度变慢;如果选取得过小,退出饱和将会变慢。不同型号的光耦及驱动电路,使得这两个电阻的数值略有差异,阻值的选取通常由实验来确定。


图3:光耦隔离示意图

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RS485接口? 通信?

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