RS485的关键特性/信号电平/阈值电压/工作模式

RS-485是美国电子工业协会（EIA）在1983年批准了一个新的平衡传输标准（balanced transmission standard），EIA一开始将RS（Recommended Standard）作为标准的前缀，不过后来为了便于识别标准的来源，已将RS改为EIA/TIA。目前标准名称为TIA-485，但工程师及应用指南仍继续使用RS-485来称呼此标准。

RS-485仅是一个电气标准，描述了接口的物理层，像协议、时序、串行或并行数据以及链路全部由设计者或更高层协议定义。 RS-485定义的是使用平衡（也称作差分）多点传输线的驱动器（driver）和接收器（receiver）的电气特性。

关键特性

差分传输增加噪声抗扰度，减少噪声辐射

长距离链路，最长可达4000英尺（约1219米）

数据速率高达10Mbps（40英寸内，约12.2米）

同一总线可以连接多个驱动器和接收器

宽共模范围允许驱动器和接收器之间存在地电位差异，允许最大共模电压-7-12V

信号电平

RS-485能够进行远距离传输主要得益于使用差分信号进行传输，当有噪声干扰时仍可以使用线路上两者差值进行判断，使传输数据不受噪声干扰。

RS-485差分线路包括以下2个信号：

A：非反向（non-inverting）信号

B：反向（inverting）信号

也可能会有第3个信号，为了平衡线路正常动作要求所有平衡线路上有一个共同参考点，称为SC或者G。该信号可以限制接收端收到的共模信号，收发器会以此信号作为基准值来测量AB线路上的电压。RS-485标准中提到：

若是MARK（逻辑1），线路B信号电压比线路A高

若是SPACE（逻辑0），线路A信号电压比线路B高

注：不同的IC使用的信号标示方式不同，不过EIA的标准中只使用A和B的名称。数据为1时，信号B会比信号A要高。不过因为标准其中也提到信号A是“非反向信号”，信号B是“反向信号”。因此信号A、B的定义就更容易混淆了，许多组件制造商（错误的）依循了这个A/B的命名原则，所以具体定义需要实际参考设计厂家芯片手册。

为了不引起分歧，一种常用的命名方式是：

TX+ / RX+ 或D+来代替B（信号1时为高电平）

TX- / RX- 或D-来代替A（信号0时为低电平）

下图列出在RS-485利用“异步开始-停止”方式发送一个字符（0xD3，最低比特先发送）时，U+端子及 U−端子上的电压变化。

阈值电压

如果发射器输入端收到逻辑高电平（DI=1），则线路A电压高于线路B（VOA》VOB）；如果发射器输入端接收到逻辑低电平（DI=0），则线路B电压高于线路A（VOB》VOA）。如果接收器的输入端线路A电压高于线路B（VIA-VIB》200mV），则接收器输出为逻辑高电平（RO=1）；如果接收器的输入端线路B电压高于线路A（VIB-VIA》200mV），则接收器输出逻辑低电平（RO=0）。

符合RS-485标准的驱动器能够提供不小于1.5V的差分输出（在54Ω负载下），符合RS-485标准的接收器能检测小到200mV的差分信号输入。 即便是在线缆和连接器严重降级的情况下，这两个值仍能为高可靠性的数据传输提供充足的余量。

工作模式

总线接口可以设计为如下两种方式：

半双工（Half-Duplex）RS-485

全双工（Full-Duplex）RS-485

关于多个半双工总线配置如下图所示，一次只能在一个方向传输数据。

关于全双工总线配置如下图所示，允许主从节点之间双向同时通信。

总线终端和分支长度

为避免信号反射，当线缆长度很长时数据传输线必须有终点，并且分支长度尽可能的短。正确的终端需要终端电阻RT匹配，其值为传输线的特性阻抗Z0。RS-485标准建议线缆的Z0=120Ω。电缆干线通常终端匹配120Ω的电阻，线缆的末尾处各一个。见下图示意：

分支的电气长度（收发器和电缆干线的导线距离）应小于驱动器上升沿时间的十分之一：

LStub ≤ tr * v * c/10

LStub= 最大分支长度（单位英尺）

tr= 驱动器（10/90）上升沿时间（单位ns）

v = 信号在电缆上传输的速率相对于光速的比率

c = 光速（9.8*10^8ft/s）

太长的分支长度会导致信号发射反射影响阻抗，下图是长分支长度与短分支长度波形对比：

数据速率和电缆长度

使用高数据速率时，只能使用较短线缆。使用低数据速率时，可以使用较长的线缆。对应低速率应用，电缆的直流电阻通过在电缆压降增加了噪声裕量，限制了电缆长度。使用高速率应用时，电缆的交流效应限制了信号质量，限制电缆长度。下图提供了较为保守的电缆长度和数据速率变化曲线。

以上是RS485的基本性能参数介绍。
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