標籤： 光電隔離
485典型電路
2017-06-02 15:47
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電路設計（2）
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一、rs485匯流排介紹
rs485匯流排是一種常見的序列匯流排標準，採用平衡傳送與差分接收的方式，因此具有抑制共模干擾的能力。在一些要求通訊距離為幾十公尺到上千公尺的時候，rs485匯流排是一種應用最為廣泛的匯流排。而且在多節點的工作系統中也有著廣泛的應用。
二、rs485匯流排典型電路介紹
rs485電路總體上可以分為隔離型與非隔離型。隔離型比非隔離型在抗干擾、系統穩定性等方面都有更出色的表現，但有一些場合也可以用非隔離型。
我們就先講一下非隔離型的典型電路，非隔離型的電路非常簡單，只需乙個rs485晶元直接與mcu的序列通訊口和乙個i/o控制口連線就可以。如圖1所示：
圖1、典型
485通訊電路圖（非隔離型）
當然，上圖並不是完整的485通訊電路圖，我們還需要在a線上加乙個4.7k的上拉偏置電阻；在b線上加乙個4.7k的下拉偏置電阻。中間的r16是匹配電阻，一般是120ω，當然這個具體要看你傳輸用的線纜。（匹配電阻：485整個通訊系統中，為了系統的傳輸穩定性，我們一般會在第乙個節點和最後乙個節點加匹配電阻。所以我們一般在設計的時候，會在每個節點都設定乙個可跳線的120ω電阻，至於用還是不用，由現場人員來設定。當然，具體怎麼區分第乙個節點還是最後乙個節點，還得有待現場的專家們來解答呵。）tvs我們一般選用6.8v的，這個我們會在後面進一步的講解。
rs-485標準定義訊號閾值的上下限為±200mv。即當a-b>200mv時，匯流排狀態應表示為「1」；當a-b
三、隔離型rs485匯流排典型電路介紹
在某些工業控制領域，由於現場情況十分複雜，各個節點之間存在很高的共模電壓。雖然rs-485介面採用的是差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾的能力，但當共模電壓超過rs-485接收器的極限接收電壓，即大於+12v或小於－7v時，接收器就再也無**常工作了，嚴重時甚至會燒毀晶元和儀器裝置。
解決此類問題的方法是通過dc-dc將系統電源和rs-485收發器的電源隔離；通過隔離器件將訊號隔離，徹底消除共模電壓的影響。實現此方案的途徑可分為：
（1）傳統方式：用光耦、帶隔離的dc-dc、rs-485晶元構築電路；
（2）使用二次整合晶元，如adm2483、adm2587e等。
傳統光電隔離的典型電路：（如圖2所示）
圖2、光電隔離
rs485
典型電路
圖中我們以高速光耦6n137為例（當然只是示意圖）來說明一下隔離型rs485電路。vdd與vcc485是兩組不共地的電源，一般用隔離型的dc-dc來實現。通過光耦隔離來實現訊號的隔離傳輸，adm487與mcu系統不共地，完全隔離則有效的抑制了高共模電壓的產生，大大降低了485的損壞率，提高了系統的穩定性。但也存在電路體積過大、電路繁瑣、分立器件過多、傳輸速率受光電器件限制等缺點，對整個系統的穩定性也有一定的影響。
隔離型rs485器件來實現隔離傳輸：（如圖3所示）
圖3、隔離型
rs485
晶元adm2483
應用圖
adm2483是adi推出的隔離型485晶元，sow-16封裝，內部整合了乙個三通道的磁隔離器件和乙個半雙工485收發器，2500v隔離電壓、傳輸速率500k、共模電壓抑制能力25kv/μs。但此電路仍需雙電源供電，因此也會在一定程度上存在電路體積過大的問題。（一般我們會在7腳接4.7k--10k的上拉電阻）
完全隔離型rs485器件實現隔離傳輸：（如圖4所示）
圖4、完全隔離型
rs485/422
晶元adm2587e
應用圖
adm2587e是adi繼adm2483之後，推出的單電源隔離型485晶元。sow-20封裝，2500v隔離電壓，全/半雙工、傳輸速率500k、共模電壓抑制能力25kv/μs、±15kv的esd保護。適合用於工控、電力、儀表、安防等各種485隔離場合。
四、rs485匯流排保護電路
隔離雖然能有效的抑制高共模電壓，但匯流排上還會存在浪湧衝擊、電源線與485線短路、雷擊等潛在危害，所以我們一般會在匯流排端採取一定的保護措施。
一般我們會在va、vb上各串接乙個4～10ω的ptc電阻，並在va、vb各自對地端接6、8v的tvs管，當然也可用普通電阻與穩壓二極體代替。更多的還可以加熱保險絲、防雷管，不過並不是說這些加的越多越好，具體要看實際應用，如果這些保護太多的話，也會影響到整個系統的節點數，與通訊穩定性。
五、485應用的一些小經驗
1、收發時序不匹配：
485是半雙工的通訊，收發轉換是需要一定的時間的，所以一般在收發轉換之間，和每傳送完一幀資料之後，都要有相應的延時，如果出現收發不正常、或第一幀資料之後就出現誤碼現象，則可以適當的增加一下延時時間，以觀問題是否解決。
2、r0接上拉電阻：
非同步通訊資料以位元組的方式傳送，在每乙個位元組傳送之前，先要通過乙個低電平起始位實現握手。為防止干擾訊號誤觸發ro（接收器輸出）產生負跳變，使接收端mcu進入接收狀態，建議ro外接10kω上拉電阻。
3、合理選用晶元。
例如，對外置裝置為防止強電磁（雷電）衝擊，建議選用ti的75lbc184等防雷擊晶元，對節點數要求較多的可選用sipex的sp485r。此外經我們實驗發現，adi的非隔離型485晶元adm487e、隔離型晶元adm2483、adm2587在多節點、防雷擊方面也有著很好的表現。
六、維護rs-485的常用方法
1）若出現系統完全癱瘓，大多因為某節點晶元的va、vb對電源擊穿，使用萬用表測va、vb間差模電壓為零，而對地的共模電壓大於3v，此時可通過測共模電壓大小來排查，共模電壓越大說明離故障點越近，反之越遠；
2）匯流排連續幾個節點不能正常工作。一般是由其中的乙個節點故障導致的。乙個節點故障會導致鄰近的2～3個節點（一般為後續）無法通訊，因此將其逐一與匯流排脫離，如某節點脫離後匯流排能恢復正常，說明該節點故障；
3）集中供電的rs-485系統在上電時常常出現部分節點不正常，但每次又不完全一樣。這是由於對rs-485的收發控制端tc設計不合理，造成微系統上電時節點收發狀態混亂從而導致匯流排堵塞。改進的方法是將各微系統加裝電源開關然後分別上電；
4）系統基本正常但偶爾會出現通訊失敗。一般是由於網路施工不合理導致系統可靠性處於臨界狀態，最好改變走線或增加中繼模組。應急方法之一是將出現失敗的節點更換成效能更優異的晶元；
5）因mcu故障導致tc端處於長髮狀態而將匯流排拉死一片。提醒讀者不要忘記對tc端的檢查。儘管rs-485規定差模電壓大於200mv即能正常工作。但實際測量：乙個執行良好的系統其差模電壓一般在1.2v左右（因網路分布、速率的差異有可能使差模電壓在0.8~1.5v範圍內）。
附：
頂 2
踩 0
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