北京2018年12月31日電 /美通社/ -- 近日，德州儀器 Anthony Viviano 和 Vikas Thawani 發布了一篇標題為《隔離型RS-485收發器的七大設計問(wen)題匯總(zong)》的博文(wen)。以下是文(wen)章全文(wen)：
您是否正在搜尋有關 RS-485 的更多信息？我們特意根據 TI E2E? 社區的反(fan)饋，匯編(bian)了(le)關于(yu)(yu)隔離(li)型 RS-485 收發器設計攻(gong)關的最常見問題清單。希望這份清單能為您提供關于(yu)(yu) RS-485隔離(li)信(xin)號(hao)與電源的有用見解(jie)。
1. 何時必須隔離 RS-485 總線？
隔(ge)(ge)離(li)可防止系統兩個部(bu)(bu)分之間的(de)直流(liu)電（DC）和(he)異常的(de)交流(liu)電（AC），但仍然(ran)支持(chi)兩個部(bu)(bu)分之間的(de)信號和(he)電能傳輸。隔(ge)(ge)離(li)通常能夠阻止電氣組件或(huo)人員(yuan)遭受危險電壓和(he)電流(liu)浪涌的(de)傷害；用于保護(hu)人員(yuan)的(de)隔(ge)(ge)離(li)稱為增強型隔(ge)(ge)離(li)。隔(ge)(ge)離(li)可防止節(jie)點之間進行(xing)長(chang)途通信時形(xing)成接(jie)地(di)回路。隔(ge)(ge)離(li)還允許(xu)遠高于 RS-485 標準(zhun)所推薦(jian)的(de)節(jie)點間通信接(jie)地(di)電位差變化率(lv)。
2. 可以把多少個節點連接到一條 RS-485 總線上？
為(wei)預(yu)估可能的(de)(de)(de)較大總線負載(zai)數量，RS-485 定義了一(yi)個假設(she)術語“單位負載(zai)（UL）”，它代表(biao)約為(wei) 12kΩ 的(de)(de)(de)負載(zai)阻抗。美國(guo)電(dian)子工(gong)業協(xie)會（TIA/EIA）RS-485 標準(zhun)強制規定最多能夠為(wei)一(yi)條 RS-485 總線添加 32 UL 負載(zai)。我(wo)們使用輸入電(dian)壓除以漏電(dian)流得到的(de)(de)(de)最壞(huai)情況下的(de)(de)(de)性能比來(lai)計(ji)算一(yi)個節(jie)點的(de)(de)(de) UL，如等式(shi)1所示(shi)。
一(yi)旦算出了該節(jie)點(dian)的UL，就可以用等式2計算較大節(jie)點(dian)數量：
大部分 TI 隔離型 RS-485 收發器的單一 UL 為1/8，因此換算的結果是一條 RS-485 總線上(shang)最多可(ke)以有(you)256個節點。
如需更多了解 UL 及一條 RS-485 總線可連接的節點數量，請參考“模擬應用期刊”文章 -- “RS-485 單位負載與較大總線連接數量”。
3. 隔離型 RS-485的速度與長度相關性是什么？
在信號速(su)率(lv)（速(su)度）與(yu)電(dian)(dian)纜長(chang)度之(zhi)(zhi)(zhi)間存在反向(xiang)關系。它(ta)們之(zhi)(zhi)(zhi)間的(de)確切關系取(qu)決于電(dian)(dian)纜本身的(de)電(dian)(dian)阻和電(dian)(dian)容(rong)。如果構建(jian) RS-485 網絡，選擇電(dian)(dian)纜與(yu)收發(fa)器同等(deng)重要，如此方能確保在所(suo)需距(ju)離上的(de)可靠通信。圖1展(zhan)示(shi)(shi)了(le)信號速(su)率(lv)與(yu)電(dian)(dian)纜長(chang)度的(de)相關性。圖中的(de)圈(quan)(quan)3顯示(shi)(shi)的(de)是與(yu)信號速(su)率(lv)無關的(de)較(jiao)大(da)(da)電(dian)(dian)纜長(chang)度；在曲線的(de)這部分區域，電(dian)(dian)纜的(de)直(zhi)流電(dian)(dian)阻導致(zhi)信號衰減，限制了(le)較(jiao)大(da)(da)通信距(ju)離。圈(quan)(quan)2展(zhan)示(shi)(shi)了(le)信號速(su)率(lv)與(yu)電(dian)(dian)纜長(chang)度之(zhi)(zhi)(zhi)間的(de)反向(xiang)關系，這是由(you)傳(chuan)輸線路(lu)損耗造成(cheng)的(de)，電(dian)(dian)纜越長(chang)損耗越大(da)(da)。圈(quan)(quan)1使您可以忽(hu)略傳(chuan)輸線路(lu)損耗；驅動(dong)器的(de)上升和下降時間，決定了(le)對較(jiao)大(da)(da)數(shu)據傳(chuan)輸率(lv)的(de)主要限制因素。RS-485 標(biao)準建(jian)議較(jiao)大(da)(da)信號速(su)率(lv)為 10Mbps；但是，按照當今的(de)技術，信號速(su)率(lv)已(yi)達 50Mbps。
4. 什么是故障保護偏置，如何設計它？
為履行 RS-485 標準，當(dang)差分輸入（VID）超過(guo) 200mV 時(shi)，接收器輸出(chu)(chu)必須(xu)生(sheng)成邏輯高(gao)電(dian)平，而當(dang) VID 低于-200mV 時(shi)，則(ze)必須(xu)輸出(chu)(chu)邏輯低電(dian)平。然(ran)而，在(zai)下(xia)列三種(zhong)情況下(xia)會生(sheng)成無效(xiao)輸出(chu)(chu)：
在(zai)以上(shang)任(ren)何情況(kuang)中，對于端接的(de)傳輸(shu)線路(lu)，RS-485 接收(shou)器 VID 為(wei)零，無(wu)故障(zhang)保護接收(shou)器輸(shu)出則(ze)不確定。
故障保護偏置為閑置總線提供差分電壓，從而能夠維持接收器處于邏輯高電平態。如果您不考慮故障保護偏置，終端電阻可將總線電壓降至0V，導致錯誤的輸出或信號振蕩。您可以通過結合運用電阻網絡與 RS-485 接收器，設計故障保護偏置。TI 隔離型 RS-485收發器均已針對總線(xian)開路、短(duan)路或閑置的情況集成了(le)故障(zhang)保護偏置，故不再需(xu)要構(gou)建外部電路來設計故障(zhang)保護偏置。
5. 何時需要端接 RS-485 總線，它對系統而言有何優點和缺點？
在(zai)大(da)部分(fen) RS-485 應(ying)用(yong)中，為(wei)防止信號(hao)反射，終端電(dian)(dian)阻(zu)(zu)都與電(dian)(dian)纜的(de)特性阻(zu)(zu)抗相匹配。終端電(dian)(dian)阻(zu)(zu)應(ying)安(an)裝在(zai) RS-485 總線的(de)兩端。有(you)(you)些短途(tu)通信在(zai)沒有(you)(you)終端電(dian)(dian)阻(zu)(zu)的(de)情況下也能(neng)正常操作，但(dan)對(dui)于所有(you)(you)應(ying)用(yong)而言(yan)端接線路都是(shi)較佳方(fang)法。終端電(dian)(dian)阻(zu)(zu)的(de)缺點是(shi)由電(dian)(dian)阻(zu)(zu)產生(sheng)直流(liu)損耗(hao)，這會使系統產生(sheng)更(geng)高的(de)功耗(hao)。即(ji)便有(you)(you)此缺憾，終端電(dian)(dian)阻(zu)(zu)仍然是(shi)絕(jue)大(da)多數應(ying)用(yong)的(de)好選擇。
6. 隔離型 RS-485 設備需要哪種瞬態保護？
隔離型 RS-485 設備采用何種瞬態保護取決于最終系統中可能的干擾類型，例如靜電釋放（ESD）、電快速瞬變脈沖群（EFT）或浪涌，以及所需的保護水平。TI 隔離型 RS-485 收發器產品(pin)系列如果具(ju)有浮動絕緣(yuan)接(jie)地(di)導(dao)體，則集成收發(fa)器(qi)總線終端會具(ju)有某(mou)種程度的(de)內部瞬(shun)(shun)態(tai)保護。除此之外(wai)，正確設計系統后，您可(ke)以(yi)利用隔離(li)勢(shi)壘形(xing)成針(zhen)對這些瞬(shun)(shun)態(tai)變化的(de)高(gao)阻抗(kang)。如果您不希望系統中(zhong)出現(xian)差分瞬(shun)(shun)態(tai)現(xian)象，并測試了所有與最終設備接(jie)地(di)相關的(de)瞬(shun)(shun)態(tai)，然(ran)后將保護性接(jie)地(di)裝置（PE）連(lian)接(jie)到隔離(li)型收發(fa)器(qi)的(de)邏輯側，將使所有高(gao)電壓瞬(shun)(shun)態(tai)發(fa)生在隔離(li)勢(shi)壘處。把(ba) PE 連(lian)接(jie)到邏輯側，可(ke)以(yi)免(mian)除外(wai)部組件，如瞬(shun)(shun)態(tai)電壓抑制(zhi)（TVS）二極管或防脈沖電阻等。
圖2展示了采用 ISO1410 的增強(qiang)型瞬態保護技術。
7. 您如何為隔離型 RS-485 節點構造隔離型電源？
為(wei)隔離型 RS-485節點構造隔離型電源有(you)幾種可(ke)選的(de)方法；較佳(jia)解(jie)決方案須視具體的(de)應用需要而定。
一個選擇是使用 TI SN6501這樣的變壓器驅動器，此種驅動器可用于具有次級側變壓器和整流低壓差穩壓器（LDO）的推挽式配置。SN6501的功率高達1.5W，可作為隔離型電源。此設備具有高度靈活性，幾乎可用在所有應用中。這是因為變壓器匝數比能使電源提供必要的隔離電壓和輸出電壓。如果您需要為其他設備提供隔離電源，則可使用 SN6505而不是 SN6501，獲得高達5W的(de)輸出功率(lv)。SN6505具有額外的(de)保護特性，例(li)如過(guo)載(zai)和(he)短路(lu)、熱關斷、軟啟(qi)動和(he)壓擺率(lv)控制等(deng)，方(fang)便設計人員構筑健全的(de)解(jie)決方(fang)案。
另一個針對空間受限應用的可選方法是 ISOW78xx系列設備，該系列可在小型塑封集成電路（SOIC）-16封裝中提供信號和電源隔離特性。ISOW7841可與非隔離型 RS-485收發器結合運用，如帶集成信號和電源參考設計的隔離型 RS-485所示。這種結合運用占空間小；不需要變壓器，也易于通過認證。請參閱 ISOW7841線上產品文(wen)件夾中(zhong)的所有文(wen)檔，了解詳情。
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