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RS-485主动收发器利用异常怎么办?

1.1主动收发电路原理

1、主动收发电路简介及利用简析

常见的RS-485主动收发电路如图1所示,电路的逻辑真值表如表1所示,当TXD为低电平时,DE和RE为高电平,RS-485收发器处于发送状态,AB处于低电平,即向其他节点发送低电平信号;当TXD由低电平变为高电平时,DE和RE变为低电平,RS-485收发器处于吸收状态,此时AB引脚处于高阻状态,R3将B引脚拉至GND,R4将A引脚拉至VCC,此时AB为高电平,即向其他节点发送高电平信号。由于TXD为高电平时,RS-485收发器处于吸收状态,因此只需将TXD保持为高电平即可吸收数据,即主动收发电路发送高电平时同时也是吸收状态。


图1RS-485主动收发示意图

表1主动收发电路示意图

2.1主动收发电路常见利用问题及解决方案

1、通信速度较慢

RS-485主动收发通信速度较慢的原因重要有两个。一是若应用图1所示的主动收发电路,三极管的关断时间较长(重要是由于三极管关断时的存储时间较长),图1中所示参数的三极管反相电路,开启延时时间如图2所示为10。2ns,关断延时时间如图3所示为1。14μs,因此若TXD发送低电平,DE&RE引脚较长时间后才会升至高电平,发送低电平的延时时间较长,图1所示电路发送低电平信号延时时间如图4所示为1。468 μs。


图2开启延时时间

图3关断延时时间

图4发送低电平信号延时

二是主动收发电路发送高电平是通过外部高低拉电阻驱动的,上升沿较缓慢,波形如图5所示,可以看出,发送高电平的上升沿较为缓慢,限制了高速通信的利用。

图5发送高电平上升时间

2、高波特率通信时存在通信异常风险

如图6所示,TXD变为高电平,DE&RE引脚降为低电平,AB差分电压缓慢上升,由于此时RS-485收发器已经处于吸收状态,在AB差分电压上升至RS-485收发器门限电平前RXD引脚会涌现到一段时间的低电平信号,例如门限电平为-200mV~-50mV的收发器,AB差分电压上升至-50mV前RS-485收发器均可输出低电平,此低电平信号的时间与AB差分电压上升时间和RS-485收发器的吸收延时有关。由于串口一般是将每个位分成16份,检测中间的3份的电平信号从而断定此位的信号高低,因此若此低电平信号保持至每个位的信号检测时,则会使MCU吸收到一个起始位,从而吸收到毛病的数据,因此这个问题同样限制了高速通信的利用并且降低了通信的可靠性。


图6TXD发送高电平信号,RXD吸收到一段低电平信号

针对此类问题,可选用快乐飞艇官方的宽压输入贴片式隔离RS-485主动收发模块SC4450S(如图7),该模块通信速度高达500kbps,并且不会涌现发送高电平时吸收到一段时间低电平信号的现象,通信波形如图8所示,极大地进步了通信可靠性。


图7贴片式隔离RS-485收发器SC4450S

图8SC4450S通信波形
3、外围电路结电容影响收发器通信稳固性

在高静电或浪涌环境下,需要增长外围掩护电路来掩护RS-485收发器,若RS-485总线上所加掩护电路的结电容较大,则会影响通信波形的质量甚至导致通信异常,应用高结电容掩护电路的通信波形如图9所示,通信波形畸变严重,影响了通信质量。


图9受高结电容影响的波形

针对此类问题,可选用快乐飞艇官方SC4450S,根据数据手册中供给的如所示的掩护电路图10,可全面提升RS-485总线的防护能力,EMC防护能力上可以达到静电接触±8kV,浪涌共模±4kV,差模±2kV,符合绝大多数工业现场利用需求。


图10低结电容掩护电路

图11增长掩护电路后通信波形
4、驱动能力较弱远距离通信存在风险

主动收发电路发送高电平时总会有一段时间或全部时间是由高低拉电阻进行驱动的,若要进步发送高电平信号的驱动能力,需要应用较小阻值的高低拉电阻,由于RS-485收发器本身驱动能力的限制,高低拉电阻也不能选择太小,一般总线上所有节点的高低拉电阻并联值不能小于375欧,因此主动收发电路发送高电平信号的驱动能力非常有限。RS-485总线增长终端电阻后,发送高电平的AB差分电压是由终端电阻与高低拉电阻分压所得,所以此时发送的高电平信号幅值很低,因此应用主动收发RS-485收发器时,尽量不要应用终端电阻。

由于主动收发电路驱动能力有限,其利用的通信距离也受到了限制。应用长度为8m和200m的双绞线的通信波形如图12和图13所示,通信距离8m时,通信波形良好且通信正常,通信距离为200m时已经不能正常通信。因此在通信距离较长时,可在主动收发RS-485收发器外部加高低拉电阻和终端电阻来改良通信波形,增长后的通信波形如图14所示,波形得到很大的改良,可以正常通信,但发送高电平的信号幅值仍旧较低。


图12通过8m双绞线通信波形

图13通过200m双绞线通信波形

图14外部加1k高低拉电阻且RS-485总线首尾加终端电阻
若对通信距离有较高请求,不推荐应用主动收发模块,可选用快乐飞艇官方具有收发把持功效的隔离RS-485收发器RSM485ECHT或RSM3485ECHT,通信距离可达1200m。通信速度500kbp,通信距离1200m,总线首尾各加120欧终端电阻的通信波形如图15所示,此时RSM485ECHT发送信号的幅值可达2.6V,极大地进步了通信的可靠性。

3、总结

主动收发RS-485收发器可以节俭MCU的 IO口,降低编写程序的工作量,但惯例的主动收发电路具有通信速度慢,发送高电平信号时RXD会吸收到一段低电平信号等问题,因此若需应用主动收发,推荐应用主动收发隔离RS-485收发器SC4450S,通信的可靠性大大进步,配合SC4450S推荐的低结电容掩护电路,可以遭遇更高的静电和浪涌等级,进步产品的可靠性。在通信距离较长时,推荐应用主动收发隔离RS-485收发器SC4450S,通信的可靠性大大进步,配合SC4450S推荐的低结电容掩护电路,可以遭遇更高的静电和浪涌等级,进步产品的可靠性。在通信距离较长时,推荐应用加强型隔离RS-485收发器RSM485ECHT/RSM3485ECHT,通信距离可达1200m。

表2产品推荐利用情况阐明


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