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      RS-485接口芯片介紹及應用中的有關問題(NEW)
      欄目:解決方案 發布時間:2011-07-04 瀏覽量: 227

      1 引言
      RS-485接口芯片已廣泛應用于工業控制、儀器、儀表、多媒體網絡、機電一體化產品等諸多領域??捎糜赗S-485接口的芯片種類也越來越多。如何在種類繁多的接口芯片中找到最合適的芯片,是擺在每一個使用者面前的一個問題。RS-485接口在不同的使用場合,對芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的選型和電路的設計上應考慮哪些因素,由于某些芯片的固有特性,通信中有些故障甚至還需要在軟件上作相應調整,如此等等。希望本文對解決RS- 485接口的某些常見問題有所幫助。
      2 RS-485接口標準
      傳輸方式:差分
      傳輸介質:雙絞線
      標準節點數:32
      最遠通信距離:1200m 共模電壓最大、最小值:+12V;-7V
      差分輸入范圍:-7V~+12V
      接收器輸入靈敏度:±200mV
      接收器輸入阻抗:≥12kΩ
      3 節點數及半雙工和全雙工通信
       
      3.1 節點數
      所謂節點數,即每個RS-485接口芯片的驅動器能驅動多少個標準RS-485負載。根據規定,標準RS-485接口的輸入阻抗為≥12kΩ,相應的標準驅動節點數為32。為適應更多節點的通信場合,有些芯片的輸入阻抗設計成1/2負載(≥24kΩ)、1/4負載(≥48kΩ)甚至1/8負載(≥96kΩ),相應的節點數可增加到64、128和256。表1為一些常見芯片的節點數。
      3.2 半雙工和全雙工
      RS-485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式,如圖1所示。半雙工通信的芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、 MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483等;全雙工通信的芯片有SN75179、SN75180、MAX488~MAX491、MAX1482等。


      4 應用中的常見問題
      4.1 抗雷擊和抗靜電沖擊
      RS-485接口芯片在使用、焊接或設備的運輸途中都有可能受到靜電的沖擊而損壞。在傳輸線架設于戶外的使用場合,接口芯片乃至整個系統還有可能遭致雷電的襲擊。選用抗靜電或抗雷擊的芯片可有效避免此類損失,常見的芯片有MAX485E、MAX487E、MAX1487E等。特別值得一提的是 SN75LBC184,它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達8kV的靜電放電沖擊,是目前市場上不可多得的一款產品。
      4.2 限斜率驅動
      由于信號在傳輸過程中會產生電磁干擾和終端反射,使有效信號和無效信號在傳輸線上相互迭加,嚴重時會使通信無法正常進行。為解決這一問題,某些芯片的驅動器設計成限斜率方式,使輸出信號邊沿不要過陡,以不致于在傳輸線上產生過多的高頻分量,從而有效地扼制干擾的產生。如MAX487、SN75LBC184 等都具有此功能。
      4.3 故障保護
      故障保護技術是近兩年產生的,一些新的RS-485芯片都采用了此項技術,如SN75276、MAX3080~MAX3089。什么是故障保護,為什么要有故障保護,如果沒有故障保護會產生什么后果?
      眾所周知,RS-485接口采用的是一種差分傳輸方式,各節點之間的通信都是通過一對(半雙工)或兩對(全雙工)雙絞線作為傳輸介質。根據RS-485的標準規定,接收器的接收靈敏度為±200mV,即接收端的差分電壓大于、等于+200 mV時,接收器輸出為高電平;小于、等于-200mV時,接收器輸出為低電平;介于±200mV之間時,接收器輸出為不確定狀態。在總線空閑即傳輸線上所有節點都為接收狀態以及在傳輸線開路或短路故障時,若不采取特殊措施,則接收器可能輸出高電平也可能輸出低電平。一旦某個節點的接收器產生低電平就會使串行接收器(UART)找不到起始位,從而引起通信異常,解決此類問題的方法有兩種:
      (1)使用帶故障保護的芯片,它會在總線開路、短路和空閑情況下,使接收器的輸出為高電平。確??偩€空閑、短路時接收器輸出高電平是由改變接收器輸入門限來實現的。例如,MAX3080~MAX 3089輸入靈敏度為-50mV/-200mV,即差分接收器輸入電壓UA-B≥-50mV時,接收器輸出邏輯高電平;如果UA-B≤-200mV,則輸出邏輯低電平。當接收器輸入端總線短路或總線上所有發送器被禁止時,接收器差分輸入端為0V,從而使接收器輸出高電平。同理,SN75276的靈敏度為 0mV/-300mV,因而達到故障保護的目的。
      (2)若使用不帶故障保護的芯片,如SN75176、MAX1487等時,可在軟件上作一些處理,從而避免通信異常。即在進入正常的數據通信之前,由主機預先將總線驅動為大于+200mV,并保持一段時間,使所有節點的接收器產生高電平輸出。這樣,在發出有效數據時,所有接收器能夠正確地接收到起始位,進而接收到完整的數據。
      4.4 光電隔離
      在某些工業控制領域,由于現場情況十分復雜,各個節點之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采用的是差分傳輸方式,具有一定的抗共模干擾的能力,但當共模電壓超過RS-485接收器的極限接收電壓,即大于+12V或小于-7V時,接收器就再也無法正常工作了,嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設備。
      解決此類問題的方法是通過DC-DC將系統電源和RS-485收發器的電源隔離;通過光耦將信號隔離,徹底消除共模電壓的影響。實現此方案的途徑可分為:
      (1)用光耦、帶隔離的DC-DC、RS-485芯片構筑電路;
      (2)使用二次集成芯片,如PS1480、MAX1480等。
      以上主要介紹在不同場合如何選擇合適的RS-485接口芯片,和可能碰到的有關問題的解決方法,從而避免通信異常。至于其它諸如終端匹配、傳輸線的選擇和屏蔽、通信速率的選擇等等,在一些相關資料中都能找到答案,這里就不再介紹了。