RS485總線是一(yī)種使用平衡發送，差分接收實現通(tōng)訊的通(tōng)用串口通(tōng)信總線，由于其具有抗共模幹擾能(néng)力強、成本低(dī)、抗噪能(néng)力強、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高(gāo)、可連接多(duō)達256個(gè)收發器(qì)等優點，廣泛應用于工(gōng)業(yè)智能(néng)儀表，通(tōng)訊設備等各個(gè)領域。

RS485電(diàn)路(lù)可以分為(wèi)非隔離型和隔離型。隔離型電(diàn)路(lù)是在非隔離型電(diàn)路(lù)的基礎上(shàng)增加隔離性能(néng)，使得電(diàn)路(lù)具有更強的抗幹擾性和系統穩定性。下(xià)面主要圍繞隔離型485電(diàn)路(lù)進行簡單介紹。

一(yī)．什麽情況需要485隔離

• 當485通(tōng)信接口外部節點連接高(gāo)壓時，極易損壞後端電(diàn)路(lù)，甚至可能(néng)會(huì)在使用端産生(shēng)觸電(diàn)；           

• 當485通(tōng)信節點距離太遠(yuǎn)時，每個(gè)節點的參考地都接于本地的大地，當兩端大地之間存在較大的壓差時，地電(diàn)勢會(huì)以共模電(diàn)壓的方式疊加在信号線上(shàng)，從(cóng)而有可能(néng)超出端口可承受的共模電(diàn)壓範圍，影響正常通(tōng)信，甚至會(huì)損壞後端電(diàn)路(lù)

• 當距離較遠(yuǎn)的485通(tōng)信節點之間的地平面利用線纜進行連接時（如485屏蔽電(diàn)纜），地線會(huì)和大地形成地環路(lù)，該環路(lù)會(huì)耦合外部共模噪聲，并産生(shēng)地環路(lù)電(diàn)流，可能(néng)會(huì)導緻整個(gè)電(diàn)路(lù)系統失效。    

二．實現485隔離的具體方案

    為(wèi)了避免上(shàng)述情況發生(shēng)，我們可以使用485隔離電(diàn)路(lù)以實現。下(xià)面介紹幾種常用485電(diàn)路(lù)隔離方案。

l 利用光(guāng)耦隔離實現485隔離

    最早的隔離器(qì)件(jiàn)為(wèi)光(guāng)耦隔離器(qì)。在基于CMOS的數字隔離器(qì)開(kāi)發成功以前，市(shì)面上(shàng)所有的隔離器(qì)件(jiàn)均為(wèi)光(guāng)耦隔離器(qì)件(jiàn)。下(xià)圖為(wèi)使用傳統三個(gè)光(guāng)耦隔離器(qì)實現的485隔離電(diàn)路(lù)。

圖1 基于光(guāng)耦隔離的485隔離電(diàn)路(lù)

l  利用光(guāng)耦+數字隔離實現485電(diàn)路(lù)隔離

    由于普通(tōng)的光(guāng)耦隔離芯片隻能(néng)适用于通(tōng)訊速率較低(dī)的情況，那麽在高(gāo)速信号傳輸電(diàn)路(lù)中，485使能(néng)信号可繼續使用光(guāng)耦隔離器(qì)件(jiàn)對進行隔離，而數據信号通(tōng)路(lù)則可使用高(gāo)速數字隔離芯片NSi8121N1實現。相(xiàng)較于傳統光(guāng)耦電(diàn)路(lù)，系統傳輸速率提高(gāo)，且降低(dī)了系統複雜(zá)度。下(xià)圖為(wèi)利用光(guāng)耦隔離和數字隔離共同實現的485隔離電(diàn)路(lù)

圖2 基于光(guāng)耦隔離和數字隔離的485隔離電(diàn)路(lù)

l  利用數字隔離器(qì)實現485電(diàn)路(lù)隔離

    隻要有光(guāng)耦隔離存在，就(jiù)會(huì)有使用壽命短、抗共模能(néng)力弱、功耗高(gāo)等缺點，仍極大的限制電(diàn)路(lù)使用場景，而隔離電(diàn)路(lù)全部使用數字隔離器(qì)能(néng)很好的避免這些問題。下(xià)面是使用NSi8131N1芯片實現的485隔離電(diàn)路(lù)。

圖3 基于數字隔離的485隔離電(diàn)路(lù)

l  利用NOVOSENSE 集成隔離485芯片實現485電(diàn)路(lù)隔離

    相(xiàng)較于上(shàng)述三種利用複雜(zá)外圍電(diàn)路(lù)實現485電(diàn)路(lù)隔離的方案，NSi8308x系列芯片僅需單顆芯片即可實現485隔離，并且提高(gāo)了系統的可靠性，穩定性。NSi8308x系列芯片是蘇州納芯微電(diàn)子推出的隔離型485芯片，内部集成了一(yī)個(gè)三通(tōng)道電(diàn)容隔離及一(yī)個(gè)485收發器(qì)，其中NSi83085用于半雙工(gōng)485隔離，最高(gāo)可達500kbps通(tōng)信速率，同時具有低(dī)擺率的特點，能(néng)夠減少EMI輻射以及由于終端匹配不當引起的反射；NSi83086用于全雙工(gōng)485隔離，最高(gāo)可達16Mbps通(tōng)信速率，可極大的減小(xiǎo)系統PCB面積，簡化系統方案設計，提高(gāo)系統的可靠性。NSi8308x的總線接口具有±16kV的系統級接觸放(fàng)電(diàn)ESD保護能(néng)力。具有失效保護電(diàn)路(lù)，當接收器(qì)輸入開(kāi)路(lù)、短路(lù)或者總線空閑時，接收器(qì)将輸出邏輯高(gāo)電(diàn)平。接收器(qì)的輸入阻抗為(wèi)1/8單位負載，允許多(duō)達256個(gè)收發器(qì)挂在總線上(shàng)。輸出驅動器(qì)提供了超大輸出電(diàn)壓擺幅，從(cóng)而保證了更高(gāo)的噪聲容限。

圖4 集成式485隔離電(diàn)路(lù)

三．幾種485隔離電(diàn)路(lù)對比

    下(xià)面是針對上(shàng)述幾種485隔離方案的各項指标對比

圖5 幾種485隔離電(diàn)路(lù)面積對比

表1 幾種485隔離電(diàn)路(lù)性能(néng)對比

四．485 EMC保護電(diàn)路(lù)

    雖然隔離能(néng)有效抑制高(gāo)共模電(diàn)壓，但總線上(shàng)還(hái)可能(néng)存在浪湧、雷擊及短路(lù)等問題存在，所以在EMC等級要求比較高(gāo)的系統中，需要在總線上(shàng)再采取一(yī)定的保護措施。NSi8308x的總線接口具有±16kV的系統級接觸放(fàng)電(diàn)ESD保護能(néng)力。跨越隔離帶的浪湧能(néng)力能(néng)夠達到(dào)+-8kV。具有失效保護電(diàn)路(lù)，當接收器(qì)輸入開(kāi)路(lù)、短路(lù)或者總線空閑時，接收器(qì)将輸出邏輯高(gāo)電(diàn)平。如果有更高(gāo)的EMC保護需求，也可以通(tōng)過增加外圍電(diàn)路(lù)來提高(gāo)。給你介紹一(yī)種以NSi83085為(wèi)例實現更高(gāo)的 485EMC保護電(diàn)路(lù)的方法。下(xià)圖以NSi83085為(wèi)例介紹一(yī)種實現485 EMC保護電(diàn)路(lù)的方法。

圖6  485 EMC保護電(diàn)路(lù)

    NSi8308x具有内部失效保護電(diàn)路(lù)，當接收器(qì)輸入開(kāi)路(lù)或短路(lù)、或者挂在終端匹配總線上(shàng)的所有發送器(qì)都禁用時，接收器(qì)将輸出邏輯高(gāo)電(diàn)平；此外，/RE及DE引腳有内置下(xià)拉電(diàn)阻，D引腳有内置上(shàng)拉電(diàn)阻。因此，在所有輸入引腳及總線上(shàng)無需加任何上(shàng)下(xià)拉電(diàn)阻即可保證發送、接收狀态确定。在A、B總線之間加一(yī)個(gè)120Ω電(diàn)阻用以終端阻抗匹配，隻有通(tōng)訊距離較長(cháng)的系統中的第一(yī)個(gè)節點和最後一(yī)個(gè)節點才會(huì)加這個(gè)匹配電(diàn)阻。

當外部瞬态大電(diàn)壓/電(diàn)流信号（如雷擊）感應到(dào)A、B線上(shàng)時，先經過保險絲，防止當RS-485總線與電(diàn)源線搭短路(lù)時燒掉後續電(diàn)路(lù)；然後用氣體放(fàng)電(diàn)管（GDT）進行初級防護，将高(gāo)壓信号降低(dī)到(dào)1kV以下(xià)，通(tōng)常GDT可以承受10kA(8x20us)浪湧沖擊；然後TVS作為(wèi)二級保護，将總線電(diàn)平鉗制到(dào)7.5V以下(xià)。由于GDT響應時間較長(cháng)，在一(yī)級防護和二級防護之間需再加TBU器(qì)件(jiàn)，以限制GDT未響應時會(huì)有過流信号燒壞TVS管。通(tōng)常，對于4kV以下(xià)過電(diàn)壓，可以省去初級保護GDT，單用TVS就(jiù)能(néng)實現浪湧保護的要求。

五．總結

    隔離型485電(diàn)路(lù)可有效将系統中高(gāo)壓區域與安全區域隔離，以保證設備及人身安全；并斷開(kāi)長(cháng)距離傳輸信号的地回路(lù)，以避免地環路(lù)和共模信号的影響，因而越來越多(duō)的應用于485系統中。

    蘇州納芯微的半雙工(gōng)隔離RS-485芯片NSi83085及全雙工(gōng)隔離RS-485芯片NSi83086具有高(gāo)可靠性、高(gāo)隔離耐壓、高(gāo)共模抗擾、以及高(gāo)集成度的特點，其能(néng)夠承受較為(wèi)複雜(zá)的EMC環境，如ESD、EFT、浪湧等；隔離耐壓值可達到(dào)符合UL1577标準的5kVrms，CMTI達到(dào)150kV/us；内部集成了數字隔離和RS-485驅動兩種功能(néng)設計，可大幅簡化系統設計複雜(zá)度，并減少系統PCB的面積，是實現485隔離的最佳選擇。