最小節(jié)點(diǎn)間距

以增多器件與器件間互連的方式增大總線容抗會(huì)降低總線阻抗，并導(dǎo)致總線的傳輸媒介與負(fù)載部分的阻抗失配。輸入信號(hào)到達(dá)這些失配點(diǎn)時(shí)會(huì)有一部分被反射回信號(hào)來源處，從而使驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)失真。

要確?？偩€上任何一處輸出驅(qū)動(dòng)器送出的信號(hào)在第一次信號(hào)轉(zhuǎn)換過程中，到達(dá)接收器時(shí)均達(dá)到有效輸入電平，就要求總線節(jié)點(diǎn)之間只相隔最小間距，約可按下式計(jì)算：

其中CL為集總負(fù)載電容，C為傳輸媒介(線纜或PCB走線)單位長(zhǎng)度的電容。上式給出的是最小器件間距與分布媒介和集總負(fù)載電阻的函數(shù)關(guān)系，圖7將這種關(guān)系圖形化了。

圖7：最小節(jié)點(diǎn)間距與器件和傳輸媒介容抗的關(guān)系。

負(fù)載電容包括線路總線管腳的電容、連接器的接觸電容、印制電路板的走線電容、保護(hù)器件的電容，當(dāng)總線至收發(fā)器(收發(fā)器的線頭)之間的電距離較短時(shí)還包括任何其他與干線相連的物理連接帶來的電容。

接地與隔離

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接通常存在很大的地電位差(GDP)，該電位差到了發(fā)送器的輸出上就成了共模噪聲。如果這種噪聲過大，就可能超過接收器的輸入共模噪聲容限，從而對(duì)器件造成損壞。因此，不建議依靠本地接地作為電流回流的可靠路徑(見圖8a)。也不建議直接用地線連接遠(yuǎn)程地，(見圖8b)因?yàn)檫@可能會(huì)引發(fā)很大的地回路電流，耦合到數(shù)據(jù)線之中成為共模噪聲。像RS-485建議的那樣通過在接地通路上插入電阻來減小回路電流也只解決了一半問題。一個(gè)大接地回路的存在就使數(shù)據(jù)鏈路對(duì)回路中其他地方產(chǎn)生的噪聲非常敏感。因此，通過這種方式仍無法建立一個(gè)可靠的數(shù)據(jù)鏈路(見圖8c)。

圖8：需要注意的設(shè)計(jì)缺陷：a) GPD過高； b) 回路電流過大； c)減小回路電流，但過大的接地環(huán)路仍會(huì)導(dǎo)致電路對(duì)感應(yīng)噪聲高度敏感。

建立可靠的長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)鏈路的最可靠的方法是通過絕緣隔離。采用該方法時(shí)，總線收發(fā)器的信號(hào)線和電源線與本地信號(hào)與電源是相互隔離的。

電源隔離器，例如隔離型DC/DC變換器、和數(shù)字容性隔離器等信號(hào)隔離器均能阻止電流在遠(yuǎn)程系統(tǒng)的接地之間流通，從而避免創(chuàng)造這樣的電流回路。

圖9給出的是多個(gè)隔離型收發(fā)器的詳細(xì)連接。所有收發(fā)器中除了一個(gè)以外其他均通過隔離連接到總線，圖中唯一一個(gè)未隔離的收發(fā)器為整個(gè)總線提供單一地參考。

圖9：多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線收發(fā)器位置與單一地參考的隔離。

小結(jié)

雖不能說是非常完整，但本文的目標(biāo)是涵蓋RS-485系統(tǒng)設(shè)計(jì)的所有主要問題。盡管關(guān)于這一主題有大量的技術(shù)文獻(xiàn)，但本文旨在為新接觸RS-485的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們提供一個(gè)詳盡的設(shè)計(jì)指南。

按照本文討論的方法，并參考一些詳細(xì)的應(yīng)用報(bào)告，可以幫助設(shè)計(jì)師們?cè)谧疃虝r(shí)間內(nèi)完成一個(gè)可靠的符合RS-485標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

深圳市天地華杰科技有限公司生產(chǎn)的RS-485系列產(chǎn)品十分豐富，涵蓋范圍也很廣。產(chǎn)品特性包括低EMI、低功率(1/8UL)、高ESD保護(hù)(從16kV到30kV)，以及針對(duì)開路、短路和總線空閑條件的全套故障保險(xiǎn)功能。對(duì)于需要隔離的遠(yuǎn)距離應(yīng)用，天地華杰的產(chǎn)品線還擴(kuò)展到單片雙隔離器、三隔離器和4隔離器版本的單向和雙向數(shù)字隔離器(從DC到150Mbps)，以及隔離型DC/DC變換器(帶3V到5V整流輸出)，以為隔離柵兩端同時(shí)提供電源。