【導讀】本文介紹RS-485wangluodezhengquelianjiefangfa
，baokuoshuangjiaoxianbuxianjizhengqueanzhuangpipeidianzudejianyi。liechulezhengqueduanjiehecuowuduanjiexiadejieshouqiboxing。geichulecongjiandandedanfasongqi/多接收器網絡到多個收發器及多個分支電路的配置。

本文可以作為連接RS-485網絡的基本指南。RS-485規範(官方稱為TIA/EIA-485-A)沒有特別規定應該如何連接RS-485wangluo。jinguanruci
，guifanhaishigeichuleyixiezhinan。zhexiezhinanhelianghaodegongchengshijianshibenwendejichu。raner，benwentichudejianyibingbunenghangaishejiwangluodesuoyoubutongfangshi。

RS-485在多個位置之間發送數字信息。數據率可高達10Mbps，有時候甚至更高。RS-485設計主要用於在較長距離內傳輸信息，其能力完全可滿足1000米的距離。RS-485能夠成功實現的傳輸距離和數據率很大程度上依賴於係統的接線方法。

連線

RS-485的設計為平衡係統。簡單地說，使用兩根線傳輸信號，沒有地。

圖1. 平衡係統使用兩根線傳輸數據
，沒有地。

係(xi)統(tong)之(zhi)所(suo)以(yi)稱(cheng)為(wei)是(shi)平(ping)衡(heng)的(de)，是(shi)因(yin)為(wei)理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)其(qi)中(zhong)一(yi)根(gen)線(xian)上(shang)的(de)信(xin)號(hao)與(yu)另(ling)一(yi)根(gen)線(xian)上(shang)的(de)信(xin)號(hao)嚴(yan)格(ge)相(xiang)反(fan)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)
，如(ru)果(guo)一(yi)根(gen)線(xian)發(fa)送(song)的(de)為(wei)高(gao)電(dian)平(ping)，另(ling)一(yi)根(gen)線(xian)將(jiang)發(fa)送(song)低(di)電(dian)平(ping)，反(fan)之(zhi)亦(yi)然(ran)
，見(jian)圖(tu)2。

圖2. 平衡係統中兩根線上的信號嚴格相反。

盡管RS-485可使用多種類型的介質進行成功傳輸
，但應使用通常稱為“雙絞線”的接線方法。

什麼是雙絞線？為什麼使用雙絞線？

顧名思義
，雙絞線是一對等長、纏繞在一起的電線。RS-485兼容的發送器與雙絞線配合使用可降低設計高速長距離網絡的兩個主要故障源：輻射EMI和接收EMI。

輻射EMI

如圖3所示
，當利用快速變化的邊沿發送信息時，就會產生高頻成分。由於RS-485能夠以較高數據率進行傳輸
，快速變化的邊沿就必不可少。

圖3. 125kHz方波及其FFT圖。

快速變化的邊沿中不可避免的高頻成分與長連接線相耦合，會產生輻射EMI。采用雙絞線的平衡係統使係統成為沒有效率的輻射體
，可降低這種影響。其工作原理很簡單：由於傳輸線上的信號相等、極性相反
，每根線上輻射的信號也相當
、極性相反。這就存在彼此抵消的效果，意味著不存在淨輻射EMI。然而
，這種結果基於一個前提：連接線長度嚴格相等

、位wei置zhi嚴yan格ge相xiang同tong。由you於yu兩liang根gen線xian不bu可ke能neng同tong時shi處chu於yu相xiang同tong的de位wei置zhi，所suo以yi兩liang根gen線xian應ying盡jin量liang彼bi此ci靠kao近jin。將jiang兩liang根gen線xian纏chan繞rao在zai一yi起qi，之zhi間jian的de距ju離li就jiu非fei常chang有you限xian，有you助zhu於yu抵di消xiao剩sheng餘yu的deEMI。

接收EMI

接收EMI基本上與輻射EMI的問題相同，但方向相反。RS-485係(xi)統(tong)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)線(xian)纜(lan)也(ye)作(zuo)為(wei)天(tian)線(xian)接(jie)收(shou)有(you)害(hai)信(xin)號(hao)。這(zhe)些(xie)有(you)害(hai)信(xin)號(hao)會(hui)造(zao)成(cheng)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)失(shi)真(zhen)，如(ru)果(guo)足(zu)夠(gou)嚴(yan)重(zhong)
，會(hui)引(yin)起(qi)數(shu)據(ju)錯(cuo)誤(wu)。與(yu)雙(shuang)絞(jiao)線(xian)有(you)助(zhu)於(yu)防(fang)止(zhi)輻(fu)射(she)EMI的原因相同，雙絞線也有助於降低接收EMI的影響。由於兩根線彼此靠近並纏繞在一起，一根線上接收的噪聲將傾向於與另一個線上接收的噪聲相同。這種類型的噪聲被稱為“共模噪聲”。由於RS-485接收器設計用於檢測彼此極性相反的信號
，所以很容易抑製共模噪聲。

雙絞線的特征阻抗

根據電纜的幾何結構以及所用絕緣材料的不同，雙絞線的“特征阻抗”一般由製造商給出。RS-485規範推薦但沒有特別規定特征阻抗應為120Ω。推薦這一阻抗是RS-485guifanzhongjisuanzuichagongzuotiaojianfuzaiyijigongmodianyafanweisuobixude。guifanmeiyoutebieguidinggaizukangkenengshichuyulinghuoxingkaolv。ruguoyinweimouzhongyuanyinbunengshiyong120Ω電纜，建議重新計算最差工作條件負載(可使用的發送器和接收器數量)和最差工作條件共模電壓範圍，以確保所設計的係統能夠正常工作。行業標準TSB89《ATIA-EIA-485-A應用指南》1中有一章專門介紹了這些計算。

每個發送器的雙絞線對數量

在理解了要求的傳輸線類型後，讀者可能會問：一個發送器能夠驅動幾對雙絞線？簡單回答就是：隻能一對。盡管發送器在特定環境條件下有可能驅動多個雙絞線對，但這不符合規範。

匹配電阻

youyushejidaogaopinlvhejuli，bixuyanmiguanzhuchuanshuxianxiaoying。raner
，guanyuchuanshuxianxiaoyinghezhengqueduanjiejishudexiangxitaolunchaochulebenyingyongbijideneirongfanwei。yinci
，benwenjianyaotaolunyuRS-485相關的最簡單形式的匹配電阻。

匹配電阻就是安裝在電纜最末端的電阻(圖4)。匹配電阻值在理想情況下與電纜的特征阻抗值相同。

圖4. 匹配電阻值應與雙絞線的特征阻抗值相同
，應安裝在電纜的遠端。

如果匹配電阻值與連接線的特征電阻值不同，信號在電纜中傳輸時將發生反射。這一過程由公式(Rt - Zo)/(Zo + Rt)給出，其中Zo為電纜阻抗
，Rt為匹配電阻值。盡管電纜和電阻容限會造成一定不可避免的反射，但足夠大的失配會引起足以造成數據錯誤的較大反射，見圖5。

圖5. 使用上圖所示的電路

，左側的波形是通過MAX3485獲得的
，器件驅動120Ω雙絞線電纜，匹配電阻為54Ω
；右側波形為使用120Ω電阻正確端接電纜獲得的波形。

了解了反射之後

，盡可能將匹配電阻與特征阻抗相匹配就非常重要。匹配電阻的位置也非常重要。匹配電阻應安裝在電纜的遠端。

此ci外wai
，作zuo為wei一yi般ban規gui則ze，應ying在zai電dian纜lan的de兩liang個ge末mo端duan均jun安an裝zhuang匹pi配pei電dian阻zu。盡jin管guan對dui於yu大da多duo數shu係xi統tong設she計ji在zai兩liang端duan正zheng確que安an裝zhuang匹pi配pei電dian阻zu是shi非fei常chang關guan鍵jian的de，但dan可ke以yi說shuo在zai某mou種zhong特te殊shu情qing況kuang下xia隻zhi需xu一yi個ge匹pi配pei電dian阻zu。當dang係xi統tong中zhong隻zhi有you單dan個ge發fa送song器qi，並bing且qie發fa送song器qi位wei於yu電dian纜lan遠yuan端duan時shi，在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia，由you於yu信xin號hao總zong是shi從cong發fa送song器qi所suo在zai的de電dian纜lan末mo端duan發fa送song信xin號hao
，所suo以yi不bu需xu要yao在zai該gai端duan安an裝zhuang匹pi配pei電dian阻zu。

網絡上發送器和接收器的最大數量

最簡單的RS-485網絡由一個發送器和一個接收器組成
，盡管這種配置在很多應用中很有用，但RS-485允許在一對雙絞線上掛接多個接收器和發送器
，具有更大靈活性2。允(yun)許(xu)的(de)發(fa)送(song)器(qi)和(he)接(jie)收(shou)器(qi)最(zui)大(da)數(shu)量(liang)取(qu)決(jue)於(yu)每(mei)片(pian)器(qi)件(jian)對(dui)係(xi)統(tong)形(xing)成(cheng)的(de)負(fu)載(zai)。理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)，所(suo)有(you)接(jie)收(shou)器(qi)和(he)停(ting)止(zhi)發(fa)送(song)的(de)發(fa)送(song)器(qi)的(de)阻(zu)抗(kang)無(wu)限(xian)大(da)，不(bu)會(hui)造(zao)成(cheng)係(xi)統(tong)過(guo)載(zai)。但(dan)在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)並(bing)不(bu)是(shi)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)。連(lian)接(jie)至(zhi)網(wang)絡(luo)的(de)每(mei)個(ge)接(jie)收(shou)器(qi)和(he)所(suo)有(you)停(ting)止(zhi)發(fa)送(song)的(de)發(fa)送(song)器(qi)都(dou)將(jiang)增(zeng)加(jia)負(fu)載(zai)。

為幫助RS-485網絡的設計者確定係統中可增加多少器件，創造一個稱為“單位負載”的假想單位。連接至RS-485網絡的所有器件都應特征化為單位負載的倍數或分數。其中兩個例子是MAX3485(規定為1個單位負載)和MAX487(規定為1/4個單位負載)。假設電纜的特征阻抗為120Ω
，正確端接，那麼一對雙絞線上允許的最大單位負載數量為32。在上例中
，意味著單個網絡上可掛接最多32片MAX3485或最多128片MAX487。

失效保護偏置電阻

輸入介於-200mV和+200mV之間時，接收器輸出“無定義”。有四種常見故障條件會造成接收器輸出無定義，從而導致數據錯誤：

●  係統中的所有發送器關斷

●  接收器未連接至電纜

●  電纜開路

●  電纜短路

利(li)用(yong)失(shi)效(xiao)保(bao)護(hu)偏(pian)置(zhi)，當(dang)發(fa)生(sheng)以(yi)上(shang)條(tiao)件(jian)之(zhi)一(yi)時(shi)，確(que)保(bao)接(jie)收(shou)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)為(wei)確(que)定(ding)狀(zhuang)態(tai)。失(shi)效(xiao)保(bao)護(hu)偏(pian)置(zhi)包(bao)括(kuo)同(tong)相(xiang)線(xian)上(shang)的(de)上(shang)拉(la)電(dian)阻(zu)和(he)反(fan)相(xiang)線(xian)上(shang)的(de)下(xia)拉(la)電(dian)阻(zu)。偏(pian)置(zhi)正(zheng)確(que)時(shi)，如(ru)果(guo)發(fa)生(sheng)任(ren)意(yi)故(gu)障(zhang)條(tiao)件(jian)
，接(jie)收(shou)器(qi)將(jiang)輸(shu)出(chu)有(you)效(xiao)高(gao)電(dian)平(ping)。這(zhe)些(xie)失(shi)效(xiao)保(bao)護(hu)偏(pian)置(zhi)電(dian)阻(zu)應(ying)安(an)裝(zhuang)在(zai)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)接(jie)收(shou)器(qi)端(duan)。

ADI的MAX13080和MAX3535家族收發器不需要失效保護偏置電阻
，因為器件已經集成真正的失效保護功能。真正的失效保護功能中，接收器門限範圍為-50mV至-200mV，因此無需失效保護偏置電阻
，同時完全符合RS-485標準。這些器件確保接收器輸入為0V時產生邏輯“高”電平輸出。此外
，這種設計保證在線路開路或短路條件下
，接收器輸出狀態是確定的。

正確網絡示例

了解以上信息後，我們就可以設計一些RS-485網絡。以下為幾個例子。

一個發送器、一個接收器

最簡單的網絡為一個發送器和一個接收器(圖6)。本ben例li中zhong，匹pi配pei電dian阻zu位wei於yu電dian纜lan的de發fa送song器qi端duan。盡jin管guan本ben例li中zhong沒mei必bi要yao，但dan設she計ji兩liang個ge匹pi配pei電dian阻zu是shi一yi種zhong好hao習xi慣guan。這zhe允yun許xu發fa送song器qi移yi動dong到dao遠yuan端duan之zhi外wai的de其qi它ta位wei置zhi
，並bing且qie允yun許xu在zai必bi要yao時shi將jiang更geng多duo發fa送song器qi增zeng加jia至zhi網wang絡luo。

圖6. 一個發送器、一個接收器的RS-485網絡。

一個發送器、多個接收器

圖7所示為一個發送器、多個接收器的網絡。本例中，使雙絞線到接收器的距離盡量短是非常必要的。

圖7. 一個發送器、多個接收器的RS-485網絡。

兩個收發器

圖8所示為兩個收發器的網絡。

圖8. 兩個收發器的RS-485網絡。

多個收發器

圖9所示為多個收發器的網絡。與圖7所示的一個發送器、多個接收器網絡一樣
，使雙絞線到接收器的距離盡量短非常必要。

圖9. 多個收發器的RS-485網絡。

不正確網絡示例

以下是係統配置不正確的例子。每個示例中給出了從設計不正確的網絡中獲得的波形，並與正確係統的波形進行比較。波形是從A點和B點以差分形式(A-B)測得的。

未端接的網絡

本例中，雙絞線的末端未安裝匹配電阻。信號沿連接線傳輸時，在電纜末端遇到開路。這就形成阻抗不匹配，產生發射。在開路情況下(下圖所示)，所有能量被反射回源端
，造成波形嚴重失真。

圖10. 未端接RS-485網絡(上圖)及其產生的波形(左圖)

，以及正確端接網絡獲得的波形(右圖)。

錯誤的端接位置

圖11中zhong安an裝zhuang了le匹pi配pei電dian阻zu
，但dan並bing沒mei有you安an置zhi在zai電dian纜lan的de最zui遠yuan端duan。信xin號hao沿yan連lian接jie線xian傳chuan輸shu時shi，遇yu到dao兩liang處chu阻zu抗kang不bu匹pi配pei。首shou先xian發fa生sheng在zai匹pi配pei電dian阻zu處chu。即ji使shi電dian阻zu與yu電dian纜lan的de特te征zheng阻zu抗kang相xiang匹pi配pei

，但dan電dian阻zu之zhi後hou仍reng然ran有you電dian纜lan。之zhi後hou的de電dian纜lan造zao成cheng電dian阻zu不bu匹pi配pei
，進jin而er引yin起qi反fan射she。第di二er次ci不bu匹pi配pei發fa生sheng在zai未wei端duan接jie電dian纜lan的de末mo端duan
，造zao成cheng進jin一yi步bu反fan射she。

圖11. 匹配電阻位置錯誤的RS-485網絡(上圖)及其產生的波形(左圖)，以及正確端接網絡獲得的波形(右圖)。

多根電纜

圖12所示的布局中存在多種問題。RS-485驅動器的設計目的是驅動單對
、正確端接的雙絞線。本例中，發送器驅動4對dui並bing聯lian的de雙shuang絞jiao線xian。這zhe意yi味wei著zhe不bu能neng保bao證zheng要yao求qiu的de最zui低di邏luo輯ji電dian平ping。除chu負fu載zai大da之zhi外wai，多duo根gen電dian纜lan的de連lian接jie點dian存cun在zai阻zu抗kang不bu匹pi配pei。阻zu抗kang不bu匹pi配pei就jiu意yi味wei著zhe反fan射she

，進jin而er造zao成cheng信xin號hao失shi真zhen。

圖12. 不正確使用多對雙絞線的RS-485網絡。

分支過長

圖13中，電纜端接正確，發送器僅驅動一對雙絞線。然而，接收器的連接點(分支)過長。長分支造成明顯的阻抗不匹配，進而引起反射。所有分支應保證盡量短。

圖13. 分支長達10英尺的RS-485網絡(上圖)及其產生的波形(左圖)
，以及短分支獲得的波形(右圖)。

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