有关隔离式RS-485收发器的7大设计问题

ti

寻找有关RS-485的更多信息吗？我们在这里为您提供帮助。基于ti E2E™社区的反馈，我们整理了有关隔离式RS-485收发器设计挑战的最常见问题列表。我们希望该列表将为隔离RS-485的信号和电源提供有用的见解。
1. 什么时候需要隔离RS-485总线？
隔离可防止系统两部分之间的直流（DC）和有害的交流（AC），同时仍可在这两个部分之间进行信号和功率传输。隔离通常可以保护电气组件或人员免受危险的电压和电流浪涌的影响。为了人的安全，隔离被称为加强隔离。隔离可防止在长距离通信的节点之间常见的接地回路。隔离还允许节点之间的通讯具有地电位差，该电位差远高于RS-485标准建议的水平。
2. 您可以连接到RS-485总线多少个节点？
为了估计可能的最大总线负载数，RS-485指定了单位负载（UL）的假设项，它表示大约12kΩ的负载阻抗。电信行业协会/电子行业联盟（TIA / EIA）RS-485标准规定最多可以将32个UL添加到RS-485总线中。节点的UL由输入电压的最坏情况比率除以泄漏电流得出，如公式1所示：

建立节点的UL后，公式2将计算最大节点数：

TI的大多数隔离式RS-485收发器具有1/8的UL，可转换为RS-485总线上最多256个节点。
有关UL和可连接到RS-485总线的节点数的更多信息，请参见《模拟应用期刊》的文章，“ RS-485单元负载和最大总线连接数”。
3. 隔离式RS-485的速度与长度的相关性是多少？
信号速率（速度）与电缆长度之间存在反比关系。确切的关系取决于电缆本身的电阻和电感。建立RS-485网络时，电缆的选择与收发器一样重要，以确保在必要的距离上进行可靠的通信。图1是信号速率与电缆长度相关性的图形表示。图的区域3显示了最大电缆长度，与信号速率无关。在曲线的此区域中，电缆的直流电阻会导致信号衰减并限制最大通讯距离。区域2说明了由传输线损耗引起的信号速率和电缆长度之间的反比关系，随着电缆长度的增加，这种关系将增加。在区域1中，您可以忽略传输线损耗。驱动器的上升和下降时间决定了最大数据速率的主要限制。RS-485标准建议最大信号速率为10Mbps。但是，利用当今的技术，可以提供高达50Mbps的信号速率。

图1：信号速率与电缆长度的关系

4. 什么是故障安全偏置，如何设计？

为了符合RS-485标准，当差分输入（VID）大于200mV时，接收器输出必须产生逻辑高电平，而当VID小于-200mV时，接收器输出必须输出逻辑低电平。但是，您可以在三种情况下生成无效的输出：

总线断开的情况，例如电缆断裂或连接器断开。
短路的总线状况，例如电缆绝缘击穿使双绞线短路。
当总线上没有驾驶员主动行驶时发生的空闲总线状况。

在任何这些情况下，对于终止的传输线，RS-485接收器VID将为零，并且非故障安全接收器输出将不确定。
故障安全偏置为空闲总线提供差分电压，以使接收器保持逻辑高电平。如果不考虑故障安全偏置，则端接电阻器会将总线电压降低至0V，从而导致错误的输出或信号振荡。您可以通过使用电阻器网络以及RS-485收发器来设计故障安全偏置。TI的隔离式RS-485收发器均具有集成的故障安全保护功能] 为开路，短路或空闲总线的情况下，消除了对外部电路的需要来实现这一功能。
5. 什么时候需要在RS-485总线上进行端接，系统的优缺点是什么？
在大多数RS-485应用中，端接电阻与电缆的特性阻抗匹配，以防止信号反射。终端电阻应放置在RS-485电缆的两端。在某些短距离通信情况下，网络可以在没有终端电阻的情况下正常运行，但是对于所有应用而言，终止线路都是最佳实践。终端电阻的缺点是由电阻产生的直流损耗，这会导致系统中的功率损耗增加。然而，即使有这个缺点，对于大多数应用而言，端接电阻仍然是一个好主意。
6. 使用隔离的RS-485设备需要哪种瞬态保护？
隔离式RS-485设备上的瞬态保护取决于最终系统中预期的干扰类型，例如静电放电（ESD），电快速瞬变（EFT）或电涌，以及所需的保护级别。 TI的隔离式RS-485收发器产品组合相对于浮动隔离地，集成收发器总线端子上将具有一定程度的内部瞬态保护。除此之外，通过适当的系统设计，您可以使用隔离栅对这些瞬变施加高阻抗。如果您不希望系统中出现瞬态瞬变，而是针对终端设备接地测试所有瞬变，那么将保护性接地（PE）连接到隔离式收发器的逻辑端将产生一种情况，即所有高压瞬变会发生在整个设备上。隔离屏障。将PE连接到逻辑侧可以潜在地消除外部组件，例如瞬态电压抑制（TVS）二极管或防脉冲电阻。
图2说明了使用ISO1410增强瞬态保护的这些技术。

图2：半双工隔离的RS-485收发器，带有可选的总线保护组件

7. 如何为隔离的RS-485节点生成隔离的电源？

有多种方法可以为隔离的RS-485节点生成隔离电源。最佳解决方案取决于特定的应用程序需求。
一种选择是使用像TI的SN6501这样的变压器驱动器，该驱动器以推挽配置工作，在变压器的次级侧具有一个可选的整流低压降稳压器（LDO）（图3）。的SN6501能够提供高达1.5W，以提供分离的功率。该器件具有灵活性，几乎可以在所有应用中使用，因为变压器和匝数比可以为电源提供必要的隔离额定值和输出电压。您可以使用SN6505代替SN6501如果您需要其他设备的隔离电源，则可提供高达5W的输出功率。SN6505具有额外的保护功能，例如过载和短路，热关断，软启动和压摆率控制，从而提供了强大的解决方案。

图3：使用SN6501的ISO1410的隔离电源

对于空间受限的应用，另一个选择是ISOW78xx系列设备，该系列以小外形集成电路（SOIC）-16封装提供信号和电源隔离。该ISOW7841可以与非隔离RS-485收发器进行组合，如图中隔离RS-485，集成信号和电源参考设计。这种组合是紧凑的。不需要变压器；并且使认证变得容易。有关更多信息，请参见ISOW7841联机产品文件夹中的所有可用文档。

图4：使用ISOW7841的集成了信号和电源的隔离式RS-485