为什么需要485隔离？常见RS485隔离方案介绍

RS485是一种常用的数据通信协议，广泛应用于工业控制系统、楼宇自动化、安防系统等领域。

什么是485隔离电路？
 

 

在某些应用中，为了防止电气噪声干扰或电气冲击，需要对RS485接口进行隔离。RS485电路可以分为非隔离型和隔离型。隔离型电路是在非隔离型电路的基础上增加隔离性能，能够使电路具有更强的抗干扰性和系统稳定性。

以下情况需要485隔离：
 

1.当RS485外部接口连接高电压时，容易损坏后端电路，甚至在使用端产生触电。

 

2.当RS485的通信节点距离太远时，每个节点的参考地都接于本地的大地，当两端大地之间存在较大的压差时，地电势会以共模电压的方式叠加在信号线上，可能超出端口可承受的共模电压范围，影响正常通信，甚至会损坏后端电路。

 

3.当相距较远的485通信节点之间的地平面利用线缆进行连接时，地线会与大地形成地环路，同时耦合外部共模噪声，产生地环路电流，可能会导致整个电路系统失效。

哪些方法可以实现485隔离？
 

 

想要做到485电路上的隔离需要采用隔离器件，如光耦隔离器、磁隔离器、隔离芯片等。光耦隔离器是最常用的隔离器件，且成本较低。光耦的速率要满足波特率的要求，一般选择高速光耦做485隔离。隔离芯片相对于光耦，PCB面积更小，但成本也更高。常使用的隔离芯片方案一般有专用数字隔离芯片、集成式485隔离芯片和带电源的隔离芯片。

 

1.光耦隔离
 

光耦隔离通信速率较低，因此一般选择高速光耦做485隔离。光耦隔离占用的PCB面积大，但成本较低。

光耦隔离方案参考电路图

 

2.集成式485隔离芯片

集成式485隔离芯片，隔离芯片和485电平转换芯片集成在一起，如TI的ISO1410、ADI的ADM2483、纳芯微的NSi83085等。该方案占用PCB面积最小，通讯速率适中，价格适中，能满足大部分应用。

集成式485隔离芯片方案参考电路图

 

3.专用数字隔离芯片

专用的数字隔离芯片通信速率快，且相对于光耦，占用PCB面积更小，但成本相对较高。

专用数字隔离芯片方案参考电路图

 

4.带电源的隔离芯片

前三种隔离方案都是采用单独的隔离电源模块，而带电源的隔离芯片集成隔离电源功能，在芯片中实现电源隔离和信号隔离。该芯片可对外提供3.3V或5V电源，输出电流可达几十到100mA，可以给通用的485电平转换芯片供电。带电源的隔离芯片与专用数字隔离芯片方案类似，只是不再需要单独的隔离电源，占用PCB面积进一步减少，但成本较高。

 

具体实现步骤如下：

1.使用隔离器：首先，需要选择一款适合的隔离器。常见的RS485隔离器有ADI的ADM2483、TI的ISO3082等。这些隔离器通常集成了RS485收发器和隔离电源，可以提供高达2500V的隔离电压。

 

2.电源设计：隔离器需要两个独立的电源，一个用于隔离前的电路（如MCU），一个用于隔离后的电路（如RS485总线）。隔离电源可以使用隔离型DC-DC转换器来实现。

 

3.接口设计：RS485接口通常需要一个120欧姆的终端电阻，用于抑制信号反射。此外，还可以添加TVS二极管和磁珠，用于防止静电放电和滤除高频噪声。

 

4.布线设计：为了减少电磁干扰，RS485的A、B线应该尽可能地走在一起，且尽量远离高速或高电流的信号线。

 

5.软件设计：在软件中，需要正确设置RS485收发器的工作模式（如半双工或全双工），并根据需要设置数据速率、数据位、停止位和校验位。

 

我们需要注意的是，具体的设计可能还需要根据实际的应用需求和环境条件进行调整。同时还需要注意隔离器件的选型和质量，确保隔离电路的稳定性和可靠性。

485隔离电路的作用
 

 

提高通信的可靠性和稳定性：隔离电路可以防止电气噪声和电气冲击对系统造成干扰，从而提高系统的可靠性和稳定性。

 

保护设备安全：防止高电压冲击对设备造成损坏，从而保护设备的安全。

 

提高信号质量：隔离电路可以减少信号传输过程中的干扰，从而提高信号的质量。

 

扩展系统距离：RS485接口可以支持长距离的数据传输，而隔离电路可以进一步扩展这个距离。

 

提高系统灵活性：使得系统在设计和布局上更加灵活，可以根据需要将设备放置在不同的位置。且RS485隔离电路方案可以与各种设备和系统兼容，方便系统的集成和扩展。

 

避免地环路：防止地环路的产生，从而避免因地环路引起的电流过大而损坏设备。

 

从安全性的角度来说，RS485隔离电路方案可以提高系统的可靠性、安全性和灵活性，是工业控制系统、楼宇自动化、智能仪表和安防系统等领域的理想选择。