不同RS485系统的共地问题

大家好，我是mic，今天来分享关于RS485共地问题的思考。

RS485的逻辑电平

RS485是常用的通讯总线之一，它有着电路结构简单、抗干扰性强的优点。RS485采用对称平衡差分传输方式，只需2根线就可以传输数据，VA-VB>Vth1时传输逻辑1，VA-VB

不同RS485系统的共地问题

上面讲的是RS485的差分电压，是为了可靠的接收信号正确的逻辑电平，如果逻辑电平接收不可靠，就会产生误码，虽然好的通讯协议有校验和重传功能，但高的误码率会增加了总线数据传输的负载率，降低系统的响应速度，这种情况在总线节点多的情况下会更加糟糕和明显。铺垫这么长，我们回到本文的主题，关于两个系统的RS485共地的问题，有些工程师认为RS485不需要共地，因为它是通过差分平衡传输，实际上是需要共地的，原因是你无法保证两个系统的参考地的电位差。RS48通讯总线的共模电压在-7V~12V这个范围，即AB两条线任何一条对地电压超过这个范围都有可能导致RS485接口芯片损坏。

未共地总线通讯示意图

那么接了地线就一定万事大吉了吗?也不一定，实际考虑的问题不是接不接地线的问题，而是考虑的两个系统的地电位差的问题。如下图所示，系统1和系统2通过RS485通讯的同时，系统1给系统2供电，23AWG的镀锡铜线1km约为70欧姆，假设电源线上通过100mA的电流，那么系统2的GND2将会比系统1的GND1电位高出7V，由于差分信号能够忽略这种工模电压的抬升，从而不会影响差分信号逻辑电平的判断。TX端发送的逻辑0实际上是相对于GND1的0电平，信号到达RX端后，RX端接收到的逻辑0相对GND2是-7V，这已经达到了RS485接口芯片的共模电压极限值，有可能损坏芯片。

两RS485系统通讯+供电示意图

这里讨论的是RS485总线的情况，实际上RS485的共模耐压范围挺宽裕，一般在本地的供电系统中，即使没有共地也很少出现问题。如果是其他信号线就很容易出现共模电压超标而出现损坏的情况，特别是设备内板对板的信号线+电源传输方式，单端信号的共模电压下限值都很低，一般要求不低于-0.7V，这也就是很多单端信号为啥要用一个反向的二极管钳位的原因，如果是单向的ESD二极管，除了正向的击穿保护，还可以反向钳位。