1.1 TI 高精度实验室 - RS-485：什么是 RS-485 ？

欢迎观看高精度实验室视频。

在本系列中，我们将 讨论 RS-485，它是什么

以及为何使用它。

RS-485 代表 “推荐标准”，

由美国电信 行业协会和

电气工业联盟 于 1983 年创建。

RS-485 是差分 信号标准，

它定义了用于 实现平衡多点

传输线路的 驱动器和

接收器的电气特性。

该标准旨在 用作 DLT-645、

DMX-512、Modbus 等更高级别

标准的物理层， 并以其强大的

电气特性 广泛用于

各种工业应用。

RS-485 允许在 多点网络上

进行串行通信。

一些示例包括 从发送器侧

生成的所需 最小信号振幅，

接收器的 输入灵敏度

和接收器的 输入阻抗。

标准中未定义 布线、连接器

和数据协议，从而 为系统设计人员

提供了灵活性。

RS-485 是一种 平衡的传输

标准，这意味着它 需要两条电压彼此

相反的信号线。

这为实现信号完整性 提供了两项优势。

首先，由于两条 信号线是使用

双绞线电缆 实现的，因此

来自外部源的 噪声会作为共模噪声

均等地耦合 到两条信号线中，

进而被差分 接收器抑制。

其次，由于两条 信号线彼此

反向切换， 因此每条线

发出的电磁场 彼此相反，从而

有助于衰减 发出的噪声。

RS-485 支持跨两根 导线的多点双向

通信，这可以帮助 降低电缆成本，

以及减少将大差分信号 驱动到 RS-485 负载中

所需的 RS-485 驱动器。

这使信号可以 长距离传输，

同时仍然足够大， 可以被接收器

准确地解释。

RS-485 驱动器和接收器

还需要在负 7 伏 至 12 伏的共模

范围内工作。

这在存在大接地 电势偏移的情况下

相对于其他接口标准 实现了数据保真度，

并且可以扩展 RS-485 传输线的

可操作距离。

RS-485 总线包含 多个以并联

方式连接到总线 电缆的收发器。

为了消除线路 反射，电缆的每个

末端都用一个表示为 RT 的端接电阻器

进行端接，该电阻器的值 与电缆表示为 Z0 的特性

阻抗相匹配。

这种称为并行 端接的方法

可以为更长的电缆 提供更高的数据速率。

图 A 显示了典型的 半双工 RS-485 总线

配置。

半双工或两线制 总线包含多个

以并联方式连接到 单个线对的驱动器

和接收器。

在半双工通信中， 收发器可能正在

发送数据或正在接收 数据，但不能同时发送

数据和接收数据。

任何时候只能有一个连接到 总线的驱动器处于活动

或启用状态。

如果有多个活动的 驱动器，则会导致

数据错误，并可能 导致收发器损坏。

图 B 显示了典型的 全双工 RS-485 总线

配置。

全双工或四线制 总线以主从配置

进行连接，其中 主节点的驱动器

以并行方式 连接到一个

线对上的所有 从接收器。

主节点的 接收器

以并行方式连接到 第二个线对上的所有

从驱动器。

单独的总线电缆 允许在主节点

和从节点之间同时 进行双向通信。

在要求低数据 速率的应用中，

通常首选 半双工配置，

因为该配置具有 较低的电缆成本。

由于能够同时 传输和接收

数据，全双工 网络可以适应

需要更高 带宽的应用。

RS-485 驱动器 包含两对

晶体管和二极管。

D 输入引脚上的 逻辑电平定义了

当驱动器处于 活动状态时

哪对晶体管偏置， 并且可以在类似于

H 桥的负载的 任一方向上

驱动电流。

从引脚 A 到引脚 B 测得的负载电阻器上的

电压降称为 驱动器的差分

输出电压。

请回忆一下，我们说过 驱动器可以在两个方向上

驱动电流。

这意味着， 相对于引脚 a，

差分输出电压 可以为负，如右图所示。

在理想情况下， 驱动器的

差分电压应为 VCC 的整个范围。

但是由于 驱动器的

结构，二极管 和晶体管上

存在电压降，从而 使差分电压降低。

因此，驱动器的 总差分电压

为高电压减去 二极管的两个

电压降，再减去 晶体管上的两个

电压降。

为了使 RS-485 驱动器 处于 RS-485 规格之内，

所有驱动器都 需要能够在 54

欧姆电阻器上 产生最小 1.5 伏的

差分输出电压。

该图显示了 驱动器的

简化模型，其中 我们的引脚 A

和 B 在负载 电阻上产生了

电压差。

但是引脚 A 和 B 是该差值的

正/负一半加上 失调电压。

RS-485 接收器 将通常超出

接收器电源 电压范围的

传输信号衰减至处于 电源电压范围内的

电平。

由于总线上的 接收器之间

可能存在接地 电位差，因此

在设备的 A 和 B 端子上可能

会出现低至负 7 伏 和高至 12 伏的电压。

衰减系数 通常大约

为 10 比 1。

因此，实际出现在 比较器输入端的

电压电平处于 设备的工作

范围之内。

电压输入阈值正 或 VIT 正是一个

特定的值，如果 高于该值，当 VID

或电压输入差 大于或等于 VIT 正

或电压输入 阈值正时，

接收器输出 必须处于高电平。

请回忆一下，电压 输入差或 VID 等于

VA 减去 VB。

TIA/EIA-485A 规定， 接收器的正

输入阈值 VIT 正 不应大于正 200

毫伏。

电压输入阈值负 是一个特定的值，

如果低于该值， 当 VID 或电压

输入差小于或等于 VIT 负或电压输入

阈值负时， 接收器输出

必须处于低电平。

TIA/EIA-485A 规定， 接收器的负

输入阈值 VIT 负不得 低于负 200 毫伏。

当 VIT 负小于或 等于 VID，VID

小于或等于 VIT 正时， 接收器输出状态

不确定。

现代收发器的 电压输入

阈值正或 VIT 正小于

或等于零伏。

这是为了确保接收器 在发生总线短路、开路

和空闲事件期间 输出失效防护

高电平，而无需使用 外部失效防护电阻器。

外部失效防护 电阻器会增大

总线上的 共模负载。

因此，通过使用 具有集成失效防护

保护失调电压接收器 输入阈值的收发器，

可以将更多接收器 连接到总线。

在发生总线短路事件 期间，A 和 B 接收器

输入端子会短接 在一起，从而产生

零伏的差分输入电压 VID 和高接收器输出。

在发生总线开路事件 期间，A 和 B 端子悬空，

接收器比较器 输入由接收器输入

偏置网络决定， 这两者是相等的，

从而产生零伏的 差分输入电压

VID 和高 接收器输出。

在发生总线空闲事件期间， 在任一总线上没有驱动器

主动地建立电位。

由于在这种情况下 没有电流流过，因此

短接电阻器上的 差分电压为零伏，

从而产生零伏的 差分输入电压

VID 和高 接收器输出。

迟滞电压 VHYS 指定 VIT 正

和 VIT 负 之差的最小值。

迟滞电压 VHYS 的最小值

指定了在发生 开关事件期间

保证接收器 不受干扰的

差分噪声的最大值。

TIA/EIA-485A 规定，符合 标准的 RS-485 驱动器

必须能够在负 7 伏 至正 12 伏的共模

范围内驱动 1.8 伏 差分输出电压，

具有 32 个单位负载 接收器的等效负载。

单位负载 等效于 12 伏

或 12 千欧时 1 毫安的 输入泄漏电流。

现代收发器具有 更高的接收器输入

阻抗，从而允许总线上 存在更多的收发器。

显示的表中 提供了不同

接收器特性的 单位负载、

总线输入泄漏电流 和等效输入阻抗。

总线输入泄漏电流 是通过数据表确定

接收器负载的 最可靠方法。

欢迎观看高精度实验室视频。

在本系列中，我们将 讨论 RS-485，它是什么

以及为何使用它。

RS-485 代表 “推荐标准”，

由美国电信 行业协会和

电气工业联盟 于 1983 年创建。

RS-485 是差分 信号标准，

它定义了用于 实现平衡多点

传输线路的 驱动器和

接收器的电气特性。

该标准旨在 用作 DLT-645、

DMX-512、Modbus 等更高级别

标准的物理层， 并以其强大的

电气特性 广泛用于

各种工业应用。

RS-485 允许在 多点网络上

进行串行通信。

一些示例包括 从发送器侧

生成的所需 最小信号振幅，

接收器的 输入灵敏度

和接收器的 输入阻抗。

标准中未定义 布线、连接器

和数据协议，从而 为系统设计人员

提供了灵活性。

RS-485 是一种 平衡的传输

标准，这意味着它 需要两条电压彼此

相反的信号线。

这为实现信号完整性 提供了两项优势。

首先，由于两条 信号线是使用

双绞线电缆 实现的，因此

来自外部源的 噪声会作为共模噪声

均等地耦合 到两条信号线中，

进而被差分 接收器抑制。

其次，由于两条 信号线彼此

反向切换， 因此每条线

发出的电磁场 彼此相反，从而

有助于衰减 发出的噪声。

RS-485 支持跨两根 导线的多点双向

通信，这可以帮助 降低电缆成本，

以及减少将大差分信号 驱动到 RS-485 负载中

所需的 RS-485 驱动器。

这使信号可以 长距离传输，

同时仍然足够大， 可以被接收器

准确地解释。

RS-485 驱动器和接收器

还需要在负 7 伏 至 12 伏的共模

范围内工作。

这在存在大接地 电势偏移的情况下

相对于其他接口标准 实现了数据保真度，

并且可以扩展 RS-485 传输线的

可操作距离。

RS-485 总线包含 多个以并联

方式连接到总线 电缆的收发器。

为了消除线路 反射，电缆的每个

末端都用一个表示为 RT 的端接电阻器

进行端接，该电阻器的值 与电缆表示为 Z0 的特性

阻抗相匹配。

这种称为并行 端接的方法

可以为更长的电缆 提供更高的数据速率。

图 A 显示了典型的 半双工 RS-485 总线

配置。

半双工或两线制 总线包含多个

以并联方式连接到 单个线对的驱动器

和接收器。

在半双工通信中， 收发器可能正在

发送数据或正在接收 数据，但不能同时发送

数据和接收数据。

任何时候只能有一个连接到 总线的驱动器处于活动

或启用状态。

如果有多个活动的 驱动器，则会导致

数据错误，并可能 导致收发器损坏。

图 B 显示了典型的 全双工 RS-485 总线

配置。

全双工或四线制 总线以主从配置

进行连接，其中 主节点的驱动器

以并行方式 连接到一个

线对上的所有 从接收器。

主节点的 接收器

以并行方式连接到 第二个线对上的所有

从驱动器。

单独的总线电缆 允许在主节点

和从节点之间同时 进行双向通信。

在要求低数据 速率的应用中，

通常首选 半双工配置，

因为该配置具有 较低的电缆成本。

由于能够同时 传输和接收

数据，全双工 网络可以适应

需要更高 带宽的应用。

RS-485 驱动器 包含两对

晶体管和二极管。

D 输入引脚上的 逻辑电平定义了

当驱动器处于 活动状态时

哪对晶体管偏置， 并且可以在类似于

H 桥的负载的 任一方向上

驱动电流。

从引脚 A 到引脚 B 测得的负载电阻器上的

电压降称为 驱动器的差分

输出电压。

请回忆一下，我们说过 驱动器可以在两个方向上

驱动电流。

这意味着， 相对于引脚 a，

差分输出电压 可以为负，如右图所示。

在理想情况下， 驱动器的

差分电压应为 VCC 的整个范围。

但是由于 驱动器的

结构，二极管 和晶体管上

存在电压降，从而 使差分电压降低。

因此，驱动器的 总差分电压

为高电压减去 二极管的两个

电压降，再减去 晶体管上的两个

电压降。

为了使 RS-485 驱动器 处于 RS-485 规格之内，

所有驱动器都 需要能够在 54

欧姆电阻器上 产生最小 1.5 伏的

差分输出电压。

该图显示了 驱动器的

简化模型，其中 我们的引脚 A

和 B 在负载 电阻上产生了

电压差。

但是引脚 A 和 B 是该差值的

正/负一半加上 失调电压。

RS-485 接收器 将通常超出

接收器电源 电压范围的

传输信号衰减至处于 电源电压范围内的

电平。

由于总线上的 接收器之间

可能存在接地 电位差，因此

在设备的 A 和 B 端子上可能

会出现低至负 7 伏 和高至 12 伏的电压。

衰减系数 通常大约

为 10 比 1。

因此，实际出现在 比较器输入端的

电压电平处于 设备的工作

范围之内。

电压输入阈值正 或 VIT 正是一个

特定的值，如果 高于该值，当 VID

或电压输入差 大于或等于 VIT 正

或电压输入 阈值正时，

接收器输出 必须处于高电平。

请回忆一下，电压 输入差或 VID 等于

VA 减去 VB。

TIA/EIA-485A 规定， 接收器的正

输入阈值 VIT 正 不应大于正 200

毫伏。

电压输入阈值负 是一个特定的值，

如果低于该值， 当 VID 或电压

输入差小于或等于 VIT 负或电压输入

阈值负时， 接收器输出

必须处于低电平。

TIA/EIA-485A 规定， 接收器的负

输入阈值 VIT 负不得 低于负 200 毫伏。

当 VIT 负小于或 等于 VID，VID

小于或等于 VIT 正时， 接收器输出状态

不确定。

现代收发器的 电压输入

阈值正或 VIT 正小于

或等于零伏。

这是为了确保接收器 在发生总线短路、开路

和空闲事件期间 输出失效防护

高电平，而无需使用 外部失效防护电阻器。

外部失效防护 电阻器会增大

总线上的 共模负载。

因此，通过使用 具有集成失效防护

保护失调电压接收器 输入阈值的收发器，

可以将更多接收器 连接到总线。

在发生总线短路事件 期间，A 和 B 接收器

输入端子会短接 在一起，从而产生

零伏的差分输入电压 VID 和高接收器输出。

在发生总线开路事件 期间，A 和 B 端子悬空，

接收器比较器 输入由接收器输入

偏置网络决定， 这两者是相等的，

从而产生零伏的 差分输入电压

VID 和高 接收器输出。

在发生总线空闲事件期间， 在任一总线上没有驱动器

主动地建立电位。

由于在这种情况下 没有电流流过，因此

短接电阻器上的 差分电压为零伏，

从而产生零伏的 差分输入电压

VID 和高 接收器输出。

迟滞电压 VHYS 指定 VIT 正

和 VIT 负 之差的最小值。

迟滞电压 VHYS 的最小值

指定了在发生 开关事件期间

保证接收器 不受干扰的

差分噪声的最大值。

TIA/EIA-485A 规定，符合 标准的 RS-485 驱动器

必须能够在负 7 伏 至正 12 伏的共模

范围内驱动 1.8 伏 差分输出电压，

具有 32 个单位负载 接收器的等效负载。

单位负载 等效于 12 伏

或 12 千欧时 1 毫安的 输入泄漏电流。

现代收发器具有 更高的接收器输入

阻抗，从而允许总线上 存在更多的收发器。

显示的表中 提供了不同

接收器特性的 单位负载、

总线输入泄漏电流 和等效输入阻抗。

总线输入泄漏电流 是通过数据表确定

接收器负载的 最可靠方法。