RS-485

意法半导体推出了ST4E1240 RS-485 收发器芯片。新产品具有40Mbit/s的传输速度和PROFIBUS兼容输出，以及瞬变和热插拔保护功能。

您是否希望学习 RS-485 收发器的设计教程？本文基于 TI E2E™ 社区中的常见问题提供了一些解答，对于任何希望详细了解此通信标准的人来说都是非常有用的资源。

PROCENTEC等行业专家的数据显示，采用基于RS-485现场总线技术(PROFIBUS®)的应用在持续增长，工业以太网(PROFINET)应用也在快速增长。2018年，全球共安装6100万个PROFIBUS现场总线节点，PROFIBUS过程自动化(PA)设备同比增长7%。PROFINET安装基数为2600万个节点，仅2018年安装的器件数量就达到5100万。

新的政府政策与新的法规共同推动可再生能源发电，预计未来太阳能市场将有强劲增长。由于太阳能逆变器中功率密度的不断增加以及对储能平衡的需求，这一代太阳能发电要求对太阳能系统的所有元件进行大量监控。对于太阳能光伏应用，RS-485通信固有的抗扰性能使其得到应用。增加iCoupler®隔离式RS-485收发器可为太阳能光伏网络通信接口提供安全、可靠且EMC鲁棒的解决方案。

RS-485是工业与仪器仪表中的物理层总线设计标准，目前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。当需要在噪声环境和有一定距离的情况下进行通讯时，RS-485通讯接口是一个很好的选择。

<strong>那么，你知道RS-485为什么需要隔离通讯吗？</strong>

在较远距离的传输时往往会有接地环路、瞬态电压等干扰，因此一个可靠的隔离设计非常重要。下面就和大家一起来说说必须加隔离的三个原因。

<strong>1、设备及人身安全—高压影响</strong>

RS-485用于设备之间的通信，很多时候，作为厂商的我们根本不知道客户拿自己的设备与什么类型的设备通信，万一对方利用几块钱的阻容降压原理将220V降压到12V，与电网完全没有隔离，测试、调试、使用时就会非常危险，又或者是高压设备绝缘损坏，RS-485线上带高压，就会威慑设备和人身的安全。

通讯问题，和交通问题一样，也有高速、低速、拥堵、中断等等各种情况。如果把串口通讯比做交通，UART比作车站，那么一帧的数据就好比汽车。汽车跑在路上，要遵守交通规则。如果是市内，一般限速30、40,而高速公路则可以到120。而汽车走什么路，限速多少，就要看协议怎么规定了。常见的串口协议有RS-232、RS-422、RS-485等，他们之间有何细微差别？下面我们就一起来探讨一下。

<strong>一、UART是什么</strong>

UART是通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器,是设备间进行异步通信的关键模块。UART负责处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换，并规定了帧格式；通信双方只要采用相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟信号的情况下，仅用两根信号线（Rx 和Tx）就可以完成通信过程，因此也称为异步串行通信。

<strong>PROFIBUS</strong>

是最常见的现场总线，当前有超过5000万个节点在运行。该总线最初于1989年在德国开发出来并被注册为DIN 19245，国际电工委员会（IEC）已在IEC 61158标准中承认了PROFIBUS及其各种互连格式。

PROFIBUS源自“过程现场总线（Process Field Bus）”一词的缩写，最初是作为位级串行通信标准而设计的。PROFIBUS可以协调网络系统中各节点间的信息交换的执行步骤。最初的PROFIBUS现场管理系统（FMS）被更简单灵活的协议所取代，例如PROFIBUS分布式外设（DP），PROFIBUS过程自动化（PA）以及仅针对电机控制的ProfiDrive。

PROFIBUS DP是迄今为止最流行的实施方案，并且继续保持着强劲增长的势头。但是，随着新DP网络安装数量的不断增加，应用的具体要求也在不断增加。其中包括更高的工作温度和隔离电压，以及更小的外形尺寸。虽然许多RS-485收发器号称与PROFIBUS兼容，但真正符合标准的只有少数，而能够满足日益严苛系统要求的就更少了。

RS-485接口通信在某些情况下，例如当一个驱动器释放总线给另一个驱动器时，会出现短时间总线上没有驱动电流的情况。此时，两端的匹配电阻会将差分总线电压放至0V，这对于许多RS-485接收器来说是一个未定义的输入电平。对于这种未定义的输入电平，接收器可能会输出错误的逻辑状态，或在更糟的情况下发生振荡。振荡会被控制器误解为不断重复的通讯开始位，导致控制器浪费宝贵的带宽去响应这些并非真正的通讯请求。而故障安全总线偏置电路是解决此问题的方法之一。

注：下文中出现的
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被动元器件通讯无故障偏置电路是当驱动总线上没有驱动电流时（见图1），通过上拉、端接和下拉电阻组成的电阻网络进行分压操作提供一个差分直流总线电压VAB，进而保证通讯安全无故障。

<strong>电路功能与优势</strong>

图1所示电路提供使用广泛的USB总线与RS-485或RS-232总线之间的完全隔离连接。信号和电源隔离确保USB设备与工业总线或调试端口之间实现安全接口，允许监控TIA/EIA-485/232总线流量，并且便于向未配备RS-485或RS-232端口的PC发送命令或从该PC接收命令。本电路中的隔离能提供电气线路浪涌保护并断开总线和数字引脚之间的接地连接，增加系统安全性和鲁棒性，进而消除系统中可能存在的接地环路。在工业和仪器仪表应用中，TIA/EIA RS-485总线标准是使用最广泛的物理层总线设计标准之一。RS-485提供多个系统之间的差分数据传输，这些系统通常相距很远。相比RS-232标准，RS-485通信可通过差分通信方式提供额外的鲁棒性。

作者：James Scanlon

在实际工业和仪器仪表(I&I)应用中，RS-485通信链路需要在恶劣电磁环境下工作。雷击、静电放电和其他电磁现象
导致的较大瞬态电压会损坏通信端口。为了确保这些数据端口能够在最终安装环境中正常工作，它们必须符合某些
电磁兼容性(EMC)法规。

在这些要求的范围内，共有三项瞬变抗扰度标准：静电放电(ESD)、电快速瞬变(EFT)和电涌。在设计周期的最后才
考虑EMC会导致恶果，例如工程预算超支和进度拖后。许多EMC问题并不简单，或者不明显，必须在产品设计一开
始就予以考虑。

本应用笔记介绍了上述每一种瞬变，提出了设计解决方案方法，并针对三种不同的RS-485通信端口成本/保护级别分
别展示了三种不同的EMC兼容解决方案。