RS－ 422/485 隔離技術(shù)及應(yīng)用討論

程 鯤，李 震

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所，廣西 桂林 540114;2.桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004)

RS－422 與RS－485 都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)之一，是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制訂并發(fā)布的。RS－422 定義了一種平衡通信接口，傳輸速率可以達(dá)到10 Mb/s;RS－422是一種全雙工的單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA－422－A 標(biāo)準(zhǔn)。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，EIA 在RS－422 基礎(chǔ)上制定了RS－485 標(biāo)準(zhǔn)，工作方式是半雙工，發(fā)送器和接收器共用，允許多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA－485－A 標(biāo)準(zhǔn)。

1 RS422/485 串行總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

RS－422、RS－485的數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對(duì)雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，通常情況下，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A、B 之間的正電平在+2 ～+6 V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在－2 ～－6 V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。C為信號(hào)地，在RS－485 中多一個(gè)“使能”端，用于控制收發(fā)的方向，而在RS－422 中是可選的。如圖1。

圖1 RS422/485 基本原理圖

但是RS－422 跟RS－485是有所差別的，具體參見(jiàn)表1。

表1 RS422/485 參數(shù)對(duì)比表

在使用24 AWG 雙絞線時(shí)，傳輸距離與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系如圖2，可見(jiàn)速率越高傳輸距離就越短。而當(dāng)總線上串?dāng)_增加時(shí)，則傳輸距離更短。

圖2 傳輸數(shù)據(jù)速率和距離的關(guān)系圖

2 隔離技術(shù)

在某些工業(yè)控制領(lǐng)域，由于現(xiàn)場(chǎng)情況十分復(fù)雜，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在很高的共模電壓，或者在數(shù)據(jù)線纜邊上存在高壓線或高頻線，或者醫(yī)療儀器設(shè)備需要絕對(duì)的人體安全考慮，或者各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的地之間的壓差過(guò)大等，雖然RS－422/485 接口采用的是差分傳輸方式，具有相當(dāng)?shù)目构材８蓴_能力，但如果共模電壓超過(guò)RS－422/485 接收器的極限接收電壓，即大于+12 V 或小于－7 V 時(shí)，接收端芯片就無(wú)法正常工作了，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤酒蛢x器設(shè)備。

解決此類問(wèn)題的方法是首先通過(guò)DC－DC 將系統(tǒng)電源和RS－422 收發(fā)器的電源隔離;然后將輸入信號(hào)跟系統(tǒng)信號(hào)隔離，徹底消除共模電壓的影響。實(shí)現(xiàn)此方案的途徑主要有:光耦隔離，磁隔離，光耦結(jié)合變壓器隔離等。各種隔離方法的比較見(jiàn)表2。

3 實(shí)際解決方案

光耦隔離及光耦結(jié)合變壓器的隔離方法是已經(jīng)應(yīng)用多年的方法，在眾多的文章中已經(jīng)有過(guò)介紹，下面本文就專門介紹采用磁隔離方法的AD 公司的ADM2582/2587［1］芯片。

ADM2582E/ADM2587E是具備±15 kV ESD 保護(hù)功能的完全集成式隔離數(shù)據(jù)收發(fā)器，適合用于多點(diǎn)傳輸線路上的高速通信應(yīng)用。具備過(guò)熱關(guān)斷特性，能夠防止輸出短路，可防止溫度過(guò)高時(shí)芯片因電源的過(guò)度損耗而毀壞。它采用ADI 公司的isoPowerTM 技術(shù)，在單個(gè)封裝內(nèi)集成了一個(gè)三通道隔離器、一個(gè)三態(tài)差分線路驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)差分輸入接收機(jī)和一個(gè)isoPowerTM DC/DC 轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部框圖及實(shí)際電路如圖3所示，該器件采用5 V 或3.3 V 單電源供電，從而實(shí)現(xiàn)了完全隔離的RS－485 解決方案。如欲了解更為詳細(xì)的內(nèi)容可參考本文的參考文獻(xiàn)［1］。

表2 各種隔離方法的對(duì)比

圖3 ADM2582E/ADM2587E 內(nèi)部框圖及實(shí)際電路圖

4 小結(jié)及展望

通過(guò)本文上面的討論，讀者可以看出當(dāng)今流行的各種RS422/485 數(shù)據(jù)的隔離方法及各自的特點(diǎn)，從而可以根據(jù)自己的需要選擇相應(yīng)的方案。文中使用ADM2587 進(jìn)行隔離的方法已成功應(yīng)用于某項(xiàng)目設(shè)備中，取得了良好的效果。從前面也可以看出該串行數(shù)據(jù)速率通過(guò)電纜傳輸?shù)纳舷拊?0Mbit/s，而在目前光進(jìn)銅退的時(shí)代，通過(guò)光纜傳輸及提高差分端差分電壓的方法可以將速率提高到20Mbit/s，傳輸距離增加到數(shù)百KM 甚至更遠(yuǎn)。以適應(yīng)將來(lái)更高速率數(shù)據(jù)容量及更遠(yuǎn)距離的應(yīng)用。

［1］ADM2582E/ADM2587E Datasheet［S/OL］.Analog Device Inc.，USA，2009，http://www.analog.com/zh/interface/lvds/adm2587e/products/product.html，2009.

［2］MAX1480A－1490B Datasheet［S/OL］.MAXIM Inc.，USA，2005，http://datasheets.maxim－ ic.com/cn/ds/MAX1480A－MAX1490B_cn.pdf，2005.

［3］ISOLATED 5－V FULL AND HALF－DUPLEX RS－485 TRANSCEIVERS［S/OL］.TI Inc.，USA，2011，http://www.ti.com.cn/product/cn/iso3080.