利用3.3V供电RS485接口实现远距离数据通信

一、前言

在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中，通常使用串行通讯方式进行数据交换。最初的RS232接口，由于外界应用环境等因素，经常因电气干扰而导致信号传输错误。除此之外，RS232接口只能实现点对点的通信方式，不具备联网功能，而且其最大传输距离仅有15米，不能满足远距离通讯要求。RS485则解决了这些问题，数据信号采用差分传输方式，最大传输距离约为1219米，允许多个发送器连接到同一条总线上。

考虑到节能、低功耗等原因，系统电压由传统的5V转为3.3V，因此3.3V供电的RS485接口应运而生。

二、RS-485标准概述

RS-485数据信号采用差分传输方式，收、发端通过平衡双绞线将A-A与B-B对应相连。当线路A高于线路B电平(VA-VB>+200mV)时，接收端输出为逻辑高电平（RO=1）；当线路A低于线路B电平(VA-VB<-200mV)时，接收端输出为逻辑低电平(RO=0)。当驱动器的输入端逻辑电平为高（DI=1）时，线路A电平高于线路B电平；当驱动器的输入端逻辑电平为低（DI=0）时，线路A电平低于线路B电平。见图1。

图1：总线差模电压

三、低压RS-485网络电路的设计要点

1、共模干扰

RS-485 接口采用差分方式传输信号，一般收发器能够承受的共模电压范围为-7V至+12V，一旦共模电压超出此范围，将会影响通信的可靠性，甚至损坏接口。由于每个系统都会有独立的地回路，在远距离通信条件下，系统间的地电位差VGPD将会很大。发送器的输出共模电压为VOC,那么接收器输入端的共模电压VCM=VOC+VGPD，RS-485标准规定VOC小于等于3V，但VGPD的幅度可达十几伏甚至数十伏，并可能伴有强干扰信号，导致接收器的共模输入VCM超出正常范围，并在信号线上产生干扰电流。解决此类问题的方法是：

a、通过带隔离的DC-DC将系统电源和RS-485收发器的电源隔离，如图2所示；

图2：低压3.3V隔离电源方案图

b、通过光耦将信号隔离，减小共模电压的影响。

采用该方法时，总线收发器的信号线和电源线与本地信号的电源是相互隔离的。

2、光耦隔离电路

光耦往往是限制通信数据波特率的主要因素，对于低速传输，可采用PS250、TIL117等。在高速电路设计中，可以考虑采用6N137、6N136等高速光耦，优化电路参数设计。光耦隔离示意图如图3所示。图3中，电阻R3、R4如果选取得较大，将会使光耦的发光管由截止进入饱和状态的速度变慢；如果选取得过小，退出饱和将会变慢。不同型号的光耦及驱动电路，使得这两个电阻的数值略有差异，阻值的选取通常由实验来确定。

图3：光耦隔离示意图