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RS-485自动收发电路应用异常的解决办法

RS-485 总线是半双工的通信总线,因此通常需要MCU控制RS-485收发器的收发状态。为节省MCU的I/O资源,RS-485自动收发型收发器应运而生,但该类收发器或多或少会遇到一些应用问题,这一类问题该如何解决?本文将从工作原理为你揭晓。

回帖(7)

吴珺

2021-1-26 11:13:38
  自动收发电路简介及应用简析
  1、自动收发电路原理
  常见的 RS-485 自动收发电路如图 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 收发器处于接收状态,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 收发器处于接收状态,因此只需将 TXD 保持为高电平即可接收数据,即自动收发电路发送高电平时同时也是接收状态。
  
  图 1RS-485 自动收发示意图
  
  表 1 自动收发电路示意图
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蔡丹青

2021-1-26 11:14:11
  通信速度较慢
  RS-485 自动收发通信速度较慢的原因主要有两个。一是若使用图 1 所示的自动收发电路,三极管的关断时间较长(主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 1.468μs。
  
  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
  二是自动收发电路发送高电平是通过外部上下拉电阻驱动的,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,限制了高速通信的应用。
  
  图 5 发送高电平上升时间
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冯虎虔

2021-1-26 11:14:25
高波特率通信时存在通讯异常风险
  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 收发器已经处于接收状态,在 AB 差分电压上升至 RS-485 收发器门限电平前 RXD 引脚会出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 收发器的接收延时有关。由于串口一般是将每个位分成 16 份,检测中间的 3 份的电平信号从而确定此位的信号高低,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 接收到一个起始位,从而接收到错误的数据,因此这个问题同样限制了高速通信的应用并且降低了通信的可靠性。
  
  图 6TXD 发送高电平信号,RXD 接收到一段低电平信号
  针对此类问题,可选用致远电子的宽压输入贴片式隔离 RS-485 自动收发模块 SC4450S(如图 7),该模块通信速度高达 500kbps,并且不会出现发送高电平时接收到一段时间低电平信号的现象,通信波形如图 8 所示,极大地提高了通信可靠性。
  
  图 7 贴片式隔离 RS-485 收发器 SC4450S
  
  图 8SC4450S 通信波形
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全娟

2021-1-26 11:14:40
外围电路结电容影响收发器通讯稳定性
  在高静电或浪涌环境下,需要增加外围保护电路来保护 RS-485 收发器,若 RS-485 总线上所加保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,使用高结电容保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,可选用致远电子 SC4450S,根据数据手册中提供的如所示的保护电路图 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应用需求。
  
  图 10 低结电容保护电路
  
  图 11 增加保护电路后通信波形
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