RS-485和多点LVDS如何改进智慧工厂数据传输

电子发烧友网报道（文/李宁远）工业4.0浪潮下的工厂正在向更智能的方向转变。智能化工厂其中一个显著的特点就是有着海量的用于辅助智能决策的数据。这些数据要求智能工厂的网络提供稳健、安全、快速的连接，但现在的可用方案种类繁多，让人眼花缭乱、难以抉择。
 
智能工厂发展趋势：连通性增加
 
制造厂商为了提高整体生产力和成本效益，正在推进制造业的数字化转型。智能化和工业物联网是这个转型过程中经常被提及的概念。其中，离不开一个核心概念——数据。数据在工厂智能中心被机器学习和人工智能技术加以利用，使整个工厂能够更有效地获取对设备制造过程的新见解，并提供实时性业务。
 
无论现在的工业场景是否足以收集足够的工厂数据用于启用这些智能化的扩展，起码可以肯定的一点是，生产力的提高需要更多的数据传输接口无缝连接，需要更多设备之间有更多的连接。现在的工业场景，部署在边缘的传感器数量正在增加，这是有目共睹的，与此同时连接基础设施到边缘的带宽自然会增加。更多传感器和更多端口也让工业控制系统上需要更多的I/O接口，需要能够支持更多设备和更多节点的网络。
 
最具代表性的例子是工业中的机器人控制系统，想要实现精度更高的智能化控制，就意味着需要更高的分辨率，也意味着更多的带宽要求。
 
智能工厂中各设备连通性的增加是实现智能化的前提，各类互联互通的设备数量都在不断增长，并且每一个都向工厂提供着越来越多的数据。
 
工业连接中的RS-485
 
在工业连接中不提及RS-485那肯定是不完整的，作为一项行业标准，RS-485可以在有电子噪声的环境下进行长距离有效率的通信，在线性多点总线的配置下，可以在一个网络上有多个接收器，在工业环境中有大量应用。
 
虽然是已经存在四十多年的老技术，但RS-485在工业场景里无处不在，这要归功于它足够的灵活性。该标准只规定了物理层，因此很多协议都可以应用其中，比如PROFIBUS、Hiperface DSL、Modbus RTU等等。RS-485最多支持256个节点的点对点或点对多网络，距离也相当长，100kbps下可以达到1km。
 
在现在的收发器支持下，通过均衡和拓展COT，其传输距离还有进一步提高的空间。这类收发器普遍共模范围都很高，所以可靠度是没问题的，而且现在为了契合工业场景的发展，大量的保护功能也被加入了进来，传统但灵活的RS-485在智能工厂里仍旧承担着传输数据的重任。
 
工业连接中的多点LVDS
 
多点LVDS，也被称为M-LVDS，专门为增强背板连接设计的接口，也是替代高速RS-485的一种常用方案。多点LVDS结合了RS-485和LVDS的精华，RS-485有灵活多点的优势，但功耗和速度跟不上智能化需求，LVDS则只在PCB点对点连接上极为强势，高速且低功耗。
 
多点LVDS充分结合了RS-485灵活多点和LVDS高速低功耗的优势，在工业场景大型多点网络中发挥了重要的作用。
 
在背板连接设计中，多点LVDS可以实现至少32个节点之间的通信，在对应收发器的支持下各个通道速度可以达到250Mbps，与标准CMOS输出相比，多点LVDS的共模范围更宽，相对更稳健可靠。多点LVDS可以让终端节点添加更多智能设备，如视觉传感器、温度传感器，用于获得更多工业现场信息。
 
现在智能工厂中常见的逻辑控制器、状态监控或任何使用背板的分布式计算系统，都是使用多点LVDS的典型应用。
 
小结
 
高速RS-485和多点LVDS以各自的优势在智能工业连接中提供了不同的连接特性，在具体的工业应用中，需要综合考虑带宽、性能和稳健性要求，选择更合适的连接手段。