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          3.3V供電的RS485接口滿足遠距離通訊要求

          ? 2018年09月09日 10:00 ? 次閱讀

          一、前言

          在工業控制、電力通訊、智能儀表等領域中,通常使用串行通訊方式進行數據交換。最初的RS232接口,由于外界應用環境等因素,經常因電氣干擾而導致信號傳輸錯誤。除此之外,RS232接口只能實現點對點的通信方式,不具備聯網功能,而且其最大傳輸距離僅有15米,不能滿足遠距離通訊要求。RS485則解決了這些問題,數據信號采用差分傳輸方式,最大傳輸距離約為1219米,允許多個發送器連接到同一條總線上。

          考慮到節能、低功耗等原因,系統電壓由傳統的5V轉為3.3V,因此3.3V供電的RS485接口應運而生。

          二、RS-485標準概述

          RS-485數據信號采用差分傳輸方式,收、發端通過平衡雙絞線將A-A與B-B對應相連。當線路A高于線路B電平(VA-VB>+200mV)時,接收端輸出為邏輯高電平(RO=1);當線路A低于線路B電平(VA-VB-200mV)時,接收端輸出為邏輯低電平(RO=0)。當驅動器的輸入端邏輯電平為高(DI=1)時,線路A電平高于線路B電平;當驅動器的輸入端邏輯電平為低(DI=0)時,線路A電平低于線路B電平。見圖1。

          3.3V供電的RS485接口滿足遠距離通訊要求


          ? ? ? ?三、低壓RS-485網絡電路的設計要點

          1、共模干擾

          RS-485 接口采用差分方式傳輸信號,一般收發器能夠承受的共模電壓范圍為-7V至+12V,一旦共模電壓超出此范圍,將會影響通信的可靠性,甚至損壞接口。由于每個系統都會有獨立的地回路,在遠距離通信條件下,系統間的地電位差VGPD將會很大。發送器的輸出共模電壓為VOC,那么接收器輸入端的共模電壓VCM=VOC+VGPD,RS-485標準規定VOC小于等于3V,但VGPD的幅度可達十幾伏甚至數十伏,并可能伴有強干擾信號,導致接收器的共模輸入VCM超出正常范圍,并在信號線上產生干擾電流。解決此類問題的方法是:

          a、通過帶隔離的DC-DC將系統電源和RS-485收發器的電源隔離,如圖2所示;

          3.3V供電的RS485接口滿足遠距離通訊要求


          ? ? ? ?b、通過光耦將信號隔離,減小共模電壓的影響。

          采用該方法時,總線收發器的信號線和電源線與本地信號的電源是相互隔離的。

          2、光耦隔離電路

          光耦往往是限制通信數據波特率的主要因素,對于低速傳輸,可采用PS250、TIL117等。在高速電路設計中,可以考慮采用6N137、6N136等高速光耦,優化電路參數設計。光耦隔離示意圖如圖3所示。圖3中,電阻R3、R4如果選取得較大,將會使光耦的發光管由截止進入飽和狀態的速度變慢;如果選取得過小,退出飽和將會變慢。不同型號的光耦及驅動電路,使得這兩個電阻的數值略有差異,阻值的選取通常由實驗來確定。

          3.3V供電的RS485接口滿足遠距離通訊要求


          ? ? ? ?圖3:光耦隔離示意圖

          3、端接電阻

          RS-485數據信號采用差分傳輸方式,信號在轉換期間和轉換之后會發生反射。數據的傳輸速率較低或者通訊距離較近時,反射持續時間較短,對接收的邏輯電平沒有影響,可以不用終端匹配。相反,如果數據的傳輸速率高或者通訊距離較遠時,反射持續時間較長,則需要對總線進行終端匹配。

          那么究竟在怎樣的數據速率和電纜長度時需要進行總線匹配呢?一條經驗性的原則是:當信號的轉換時間(上升或下降時間)超過電信號沿總線單向傳輸所需時間的3倍以上時無需進行終端匹配。

          終端匹配有以下兩種方案:

          a、電阻匹配,在RS-485總線電纜的始端和末端都并接終端電阻。端接電阻取120Ω,與雙絞線電纜特性阻抗匹配。該方案比較簡單,目前最為普遍。如圖4所示。該方案的弊端在于,匹配電阻對功率消耗較大,不太適合對功耗限制比較嚴格的系統。

          3.3V供電的RS485接口滿足遠距離通訊要求


          ? ? ? ?圖4:端接電阻示意圖

          b、RC匹配,在總線直接串聯一個電阻和電容。容值的選取與信號的傳輸速率有關,電路連接方式如圖5。由于電容的存在,減少了大部分的功率損耗,同時也影響了信號的傳輸速率。因此,容值的選取就顯得比較關鍵。

          3.3V供電的RS485接口滿足遠距離通訊要求


          ? ? ? ?圖5:RC匹配示意圖

          4、故障保護

          RS-485網絡中,當所有的收發器都工作在接收模式時,總線處于空閑狀態。此時總線上的差分電壓VA-VB=0,接收器輸出處于未定義狀態,從而導致UART接收錯誤信息。除此之外,總線的斷路、短路故障,都會造成UART上接收到錯誤信息。為了避免出現以上錯誤,在總線上放置上、下拉電阻。圖6為總線偏置電路。電阻R1、R2的選擇可根據下列計算方法得出,R1=R2=R,RT=120Ω(由于總線上終端和起始端各有1個120Ω終端電阻,所以RT0取值60Ω),VA-VB=Vcc*RT/(2R+RT0),應滿足VA-VB>200mV,低壓傳輸時,取Vcc=3.3V,那么R=465Ω。

          3.3V供電的RS485接口滿足遠距離通訊要求


          ? ? ? ?5、瞬態保護

          實際應用中,RS-485總線上經常會遇到雷擊、靜電、電源波動等情況,由于傳輸線對高頻信號相當于電感,因此對于高頻瞬態干擾,接地線等同于開路。瞬態干擾雖然持續時間短暫,但可能會有成百上千伏的電壓。一般在切換大功率感性負載如電機、變壓器、繼電器等或閃電過程中都會產生幅度很高的瞬態干擾,如果不加以適當防護可能會引起通信接口器件的損壞。通常情況下,會采取旁路保護方法,如圖7所示。

          3.3V供電的RS485接口滿足遠距離通訊要求

          由于旁路保護方法是將瞬變能量釋放到地回路,因此必須要有良好的接地。對于高速信號的遠距離傳輸,應考慮保護器件容值和線路間容值對信號延時的影響。

          四、使用RS485接口時應注意的問題

          1、UART電平

          隨著MCU等平臺電平的降低,接口電平低壓化趨勢明顯。上海英聯電子的UM3483/UM3486采用CMOS接口電平,兼容2.8V、3.3V接口電平。同時,為了增加抗干擾能力,對輸入口的邏輯電平做了閾值滯環處理。

          2、EMI干擾

          RS-485信號在轉換期間和轉換之后會發生反射,形成天線向外輻射。UM3483具有低擺率驅動器,能夠減小EMI和由于不恰當的終端匹配所引起的反射,并能夠在接收端提供良好的信號信噪比。

          3、失效保護

          傳統的RS-485接收器門限為±200mV,當總線上的差分電壓VA-VB介于±200mV之間時,接收器的輸出狀態不確定。UM3483/UM3486內置真故障安全接收器輸入,將接收門限移到-200mV/-50mV,解決了總線短路、空閑等情況下的失效保護問題。可省去外部的偏置電阻,同時內部的接收閾值做了滯環處理,增加了接收器的抗干擾能力。

          4、單位負載

          RS-485接收器額定的輸入阻抗為大于或等于12kΩ,該值為1個單位負載(UL)。如果一個RS-485接收器額定具有1/8個UL,則總線可連接8倍數量的這種接收器。UM3483/UM3486的輸入阻抗為96kΩ,總線可連接多達256個節點。

          5、ESD保護

          由于RS-485的應用環境比較復雜,經常受到靜電和瞬態電壓等干擾。目前半導體常用的ESD測試標準IEC61000-4-2(空氣放電模式)、IEC61000-4-2(接觸放電模式)和人體放電模式,用于評價器件的防靜電能力。UM3483/UM3486芯片內部集成了ESD保護電路,人體放電模式、空氣放電模式均達到±15kV,接觸放電模式達到±8kV。

          6、電壓倒灌

          如果RS485接口芯片電源掉電,但I/O口(A、B、/RE、DE、DI、RO)有輸入電壓時,一旦芯片沒有該項功能,會在VCC管腳上建立起不穩定的電壓,從而導致芯片處于無法預期的工作狀態,吸收總線上的電流,向總線亂發數據,引起通信的異常和終端功能混亂。UM3483/UM3486具有防止電壓倒灌功能,在此種情況下,保證VCC管腳電壓為0,保證芯片處于關閉狀態。

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          為何需要CMWQ?CMWQ如何解決問題的呢?

          基于這樣的思考,在CMWQ中,將這種固定的關系被打破,提出了worker pool這樣的概念(其實就...

          發表于 2018-08-20 14:47 ? 245次閱讀
          為何需要CMWQ?CMWQ如何解決問題的呢?

          Type-C應用范圍越來越廣,手機接口將迎來大一...

          自從去年蘋果的New Macbook上配備Type-C接口開始,越來越多的手機廠商開始跟進,從高端到...

          發表于 2018-08-19 09:58 ? 442次閱讀
          Type-C應用范圍越來越廣,手機接口將迎來大一...

          新一代信號質量分析儀MP1900A BERT,可...

          近日消息,安立通訊6月底宣布推出新一代信號質量分析儀MP1900A BERT,該多功能方案可應對下...

          發表于 2018-08-19 09:47 ? 75次閱讀
          新一代信號質量分析儀MP1900A BERT,可...

          1394b數據傳輸有什么特點?如何利用FPGA設...

          隨著時代和技術的發展,對于數據總線帶寬的要求越來越高,現有的總線標準越來越難以滿足實際應用中對高總線...

          發表于 2018-08-18 09:40 ? 122次閱讀
          1394b數據傳輸有什么特點?如何利用FPGA設...

          如何用FPGA實現UART電路設計?

          發送數據由接口模塊控制,接口模塊給出w rn 信號,發送器根據此信號將并行數據鎖存,并通過發送保持寄...

          發表于 2018-08-18 09:33 ? 145次閱讀
          如何用FPGA實現UART電路設計?

          LM89 具有 SMBus 接口的 ±0.75°...

          LM89是一款11位數字溫度傳感器,帶有2線系統管理總線(SMBus)串行接口。 LM89可精確測量其自身的溫度以及外部器件的溫度,例如處理器熱二極管或二極管連接的晶體管,如2N3904。只要目標芯片上有專用二極管(半導體結),就可以使用LM89精確確定任何ASIC,GPU,FPGA或MCU的溫度。 LM89具有偏移寄存器,可以在不需要軟件管理的情況下校準不同的非理想因子。 當任何溫度超出由HIGH和LOW限制寄存器設置的預編程窗口或超過T_CRIT限制時,會激活 ALERT 。當任何溫度超過T_CRIT編程限制時,會激活 T_CRIT_A 。 LM89引腳和寄存器兼容LM86,LM90,LM99,安森美半導體ADM1032和Maxim MAX6657 /8。 LM89C和LM89-1C具有相同的功能但不同的SMBus從地址,允許多個LM89在總線上。 LM89-1D的默認本地T_CRIT溫度限制為105°C;所有其他版本都是85°C。 特性 準確感知遠程IC或二極管連接處的芯片溫度 偏移寄存器允許精確感知各種顏色...

          發表于 2018-08-17 15:40 ? 6次閱讀
          LM89 具有 SMBus 接口的 ±0.75°...

          巴魯夫BOD 24K光電測距傳感器有什么特點?

          IO-Link接口簡化了初始化。廣泛的配置選項確保能夠靈活定制系統以適應各種應用環境。可以直接通過I...

          發表于 2018-08-16 18:07 ? 91次閱讀
          巴魯夫BOD 24K光電測距傳感器有什么特點?

          FPGA設計所需相關硬件技能

          1 具備自己設計高速數字電路板(PCB)的能力并且掌握DSP的基礎理論 現在的電子產品系統越來越復...

          發表于 2018-08-15 18:45 ? 120次閱讀
          FPGA設計所需相關硬件技能

          淺談溫徹斯特硬盤的組成

          通過這次解剖硬盤,相信讀者對硬盤的內部結構有了一定的認識與了解,看到了磁頭長什么樣,知道了磁盤片表面...

          發表于 2018-08-14 17:08 ? 487次閱讀
          淺談溫徹斯特硬盤的組成

          嵌入式開發中常用的總線與接口總結

          任何一個微處理器都要與一定數量的部件和外圍設備連接,但如果將各部件和每一種外圍設備都分別用一組線路與...

          發表于 2018-08-14 11:37 ? 573次閱讀
          嵌入式開發中常用的總線與接口總結

          游戲安裝固態硬盤還是液態硬盤比較好

          其實限制游戲的更多的是進入游戲后的畫質和音效,但是硬盤是存儲介質,而畫質音效的關系不是很大,所以對于...

          發表于 2018-08-14 11:29 ? 284次閱讀
          游戲安裝固態硬盤還是液態硬盤比較好

          換個液態硬盤多少錢 液態硬盤能擴內存嗎

          一般的液態硬盤120G也就100多塊錢吧,不過現在液態硬盤的容量隨便都是1-2T,當然一般都在500...

          發表于 2018-08-14 10:36 ? 205次閱讀
          換個液態硬盤多少錢 液態硬盤能擴內存嗎

          以FPGA系統為核心的1553B總線接口設計

          在總線接口模塊中,曼徹斯特編解碼是實現功能的核心部分,所以編碼數據和解碼數據是進行功能驗證時觀察的重...

          發表于 2018-08-12 09:44 ? 119次閱讀
          以FPGA系統為核心的1553B總線接口設計

          關于PCI總線接口芯片PCI9052的簡析及其應...

          PCI(PeripheralCompornentInterconnect,即外圍部件互連)總線是一...

          發表于 2018-08-11 11:35 ? 178次閱讀
          關于PCI總線接口芯片PCI9052的簡析及其應...

          關于超低功耗無線微控制器CC26xx的特點及應用...

          CC26xx超低功耗無線微控制器

          發表于 2018-08-10 00:14 ? 370次閱讀
          關于超低功耗無線微控制器CC26xx的特點及應用...

          WiLink 8Q 汽車無線連結裝置

          WiLink 8Q 視頻

          發表于 2018-08-08 01:41 ? 349次閱讀
          WiLink 8Q 汽車無線連結裝置

          關于TI Bluetooth解決方案介紹及如何使...

          TI Bluetooth解決方案整體介紹

          發表于 2018-08-08 01:03 ? 109次閱讀
          關于TI Bluetooth解決方案介紹及如何使...

          TI 低功耗藍牙解決方案介紹

          TI Bluetooth整體解決方案詳細介紹2

          發表于 2018-08-08 00:17 ? 248次閱讀
          TI 低功耗藍牙解決方案介紹

          什么是光纖跳線,都有哪些種類和哪些接口

          光纖跳線是通過將光纜兩端都裝上連接器接頭,連接設備和光纖布線鏈路;有較厚的保護層,一般用在光端機和終...

          發表于 2018-08-06 14:55 ? 197次閱讀
          什么是光纖跳線,都有哪些種類和哪些接口

          低功耗MSP430芯片的介紹

          SYS+BIOS+簡介(7)--對MSP430的支持

          發表于 2018-08-06 00:49 ? 312次閱讀
          低功耗MSP430芯片的介紹

          TI 15.4協議棧及低功耗遠距離傳感器到云端技...

          傳感器到云端,以及低功耗廣域網IoT網絡及其應用 (2)

          發表于 2018-08-06 00:48 ? 264次閱讀
          TI 15.4協議棧及低功耗遠距離傳感器到云端技...

          超低功耗MCU MSP430 在觸摸轉輪和LED...

          觸摸滾輪和LED追蹤顯示方案介紹

          發表于 2018-08-06 00:42 ? 416次閱讀
          超低功耗MCU MSP430 在觸摸轉輪和LED...

          了解 CC3220 器件的各種低功耗模式及電源管...

          SimpleLink WiFi CC32xx電源管理框架介紹

          發表于 2018-08-06 00:38 ? 327次閱讀
          了解 CC3220 器件的各種低功耗模式及電源管...

          最低功率和最小尺寸的藍牙5.0解決方案在CC26...

          低功耗CC2640R2F無線微控制器室內長距離傳輸大挑戰

          發表于 2018-08-06 00:35 ? 686次閱讀
          最低功率和最小尺寸的藍牙5.0解決方案在CC26...

          基于CC2650MODA藍牙低功耗無線模塊

          Introduction to CC2650MODA Bluetooth? low energy R...

          發表于 2018-08-06 00:30 ? 711次閱讀
          基于CC2650MODA藍牙低功耗無線模塊

          關于CC26xx超低功耗無線MCU開發平臺的特點...

          CC26xx超低功耗無線微控制器開發平臺介紹

          發表于 2018-08-06 00:18 ? 295次閱讀
          關于CC26xx超低功耗無線MCU開發平臺的特點...

          關于測試CC2640的低功耗藍牙射頻指標的方法

          如何測試CC2640的BLE射頻指標(一)

          發表于 2018-08-06 00:13 ? 551次閱讀
          關于測試CC2640的低功耗藍牙射頻指標的方法

          數字高清影音技術的不斷發展,促進了標準的HDMI...

          經常玩高清視頻設備的朋友都知道,HDMI是現在視頻信號傳輸中最常見的接口,但是HDMI卻有好幾個版本...

          發表于 2018-08-05 10:31 ? 301次閱讀
          數字高清影音技術的不斷發展,促進了標準的HDMI...

          低功耗MCU系統的關鍵是什么?軟硬兼施!

          電子產品的低功耗問題經常讓產品設計者頭痛而又不得不面對。以單片機(MCU)為核心的系統,其功耗主要由...

          發表于 2018-08-05 09:11 ? 137次閱讀
          低功耗MCU系統的關鍵是什么?軟硬兼施!

          低功耗藍牙技術與智能手機的互操作性使成為無線醫療...

          許多開創先河的醫療產品公司已經在其產品配備低功耗藍牙技術來改善糖尿病患者、過敏患者和哮喘患者的生活。

          發表于 2018-08-03 17:06 ? 1002次閱讀
          低功耗藍牙技術與智能手機的互操作性使成為無線醫療...

          Teethcare智能牙刷結合傳感器技術無線連接

          深圳市友宏科技有限公司的Teethcare智能牙刷采用Nordic的nRF52832 SoC器件實現...

          發表于 2018-08-02 18:44 ? 725次閱讀
          Teethcare智能牙刷結合傳感器技術無線連接

          打造空中超跑概念車,實現將個人交通工具從地面延伸...

          個人飛行載具可能成為個人行動性(mobility)自主的真正解決方案?而不只是在道路上行駛的自動駕駛...

          發表于 2018-08-02 18:22 ? 1241次閱讀
          打造空中超跑概念車,實現將個人交通工具從地面延伸...

          SimpleLink MSP432超低功耗的MC...

          MSP432超低功耗和物聯網鏈接MCU介紹

          發表于 2018-08-02 00:45 ? 425次閱讀
          SimpleLink MSP432超低功耗的MC...

          關于SimpleLink低功耗藍牙CC2640R...

          1.1 TI SimpleLink低功耗藍牙技術 CC2640R2F 概述A

          發表于 2018-08-02 00:37 ? 788次閱讀
          關于SimpleLink低功耗藍牙CC2640R...

          基于CC13501支持小于1GH以下和藍牙BLE...

          基于小于1GHz和低功耗藍牙BLE雙頻產品CC1350,設計創新的本地和云端連接產品(1)

          發表于 2018-08-02 00:34 ? 413次閱讀
          基于CC13501支持小于1GH以下和藍牙BLE...

          關于對超低功耗Simpleink WIFI及Ho...

          超低功耗以及安全Simpleink WIFI第三代產品新的特點以及Homekit介紹

          發表于 2018-08-02 00:17 ? 470次閱讀
          關于對超低功耗Simpleink WIFI及Ho...
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