有关隔离RS-485收发器的7个设计问题

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想了解更多关于RS-485的信息吗？我们是来帮忙的。我们编制了一个清单，最常见的问题，有关孤立的RS-485收发信机的设计挑战。我们希望这份清单将提供有用的见解时，隔离信号和电源的RS-485。

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)和不需要的交流电(AC)，同时仍能使信号和功率在这两个部分之间传递。隔离通常保护电气元件或人免受危险的电压和电流的冲击；为人类安全而设的隔离称为强化隔离。隔离可以防止在长距离通信的节点之间常见的接地环。隔离还允许具有远高于RS-485标准建议的接地电位差的节点之间的通信。

2. 您能连接到RS-485总线的节点有多少？

为了估计总线负载的最大数量，RS-485指定一个假设的单位负载(UL)项，它表示负载阻抗约为12KΩ。电信行业协会/电子工业联盟(tiA/EIA)的RS-485标准规定最多可将32 ULS添加到RS-485总线上。节点的UL由输入电压除以泄漏电流的最坏情况比计算，如方程式1所示：

一旦建立了节点的UL，等式2就计算出节点的最大数目：

大部分TI隔离RS-485收发机拥有1/8的UL，在RS-485总线上转换为最多256个节点。

有关UL和可以连接到RS-485总线的节点数目的详细信息，请参阅模拟应用程序杂志的文章，“RS-485单元负载和最大的总线连接数”

3. 隔离的RS-485的速度与长度的相关性是什么？

信号速率(速度)与电缆长度成反比关系。准确的关系取决于电缆本身的电阻和电感。在建设RS-485网络时，电缆的选择可以和收发器一样重要，以确保在必要的距离内进行可靠的通信。图1是信号速率到电缆长度相关的图形表示。图中的区域3显示了电缆的最大长度，而不考虑信号速率；在曲线的这一区域，电缆的直流电阻导致信号中的衰减，并限制了最大通信距离。区域2说明了传输线损耗引起的信号速率与电缆长度之间的反比关系，随着电缆长度的增加，损耗会增加。在区域1中，可以忽略传输线损耗；驱动器的升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10 Mbps；然而，随着当今威廉希尔官方网站的发展，可以获得高达50 Mbps的信号速率。

图1：信号速率与电缆长度的关系

4. 什么是故障安全偏差，你如何设计它？

为了符合RS-485标准，当差分输入(VID)大于200 mV时，接收机输出必须产生较高的逻辑电平；当VID小于-200 mV时，必须输出较低的逻辑电平。但是，可以在以下三种情况下生成无效的输出：

打开总线的条件，例如断开的电缆或断开的连接器。
母线短路情况，如电缆绝缘故障，短路双绞线。
当总线上没有司机在积极驾驶时出现的空闲总线状况。

在任何一种情况下，对于终端传输线，RS-485接收器VID为零，无故障安全接收机输出将是不确定的。

故障安全偏置为空闲总线提供差动电压，以使接收机保持在逻辑较高的水平。如果不考虑故障安全偏差，终端电阻可以将母线电压降低到0V，从而导致不正确的输出或信号振荡。您可以通过使用电阻网络和RS-485收发器来设计故障安全偏置。提氏隔离RS-485收发机所有这些都有集成的故障安全基础。]对于开放的、短的或空闲的总线情况，不需要外部电路来实现这一功能。

5. 您什么时候需要在RS-485总线上终止？该系统的优点和缺点是什么？

在大多数RS-485应用中，终端电阻与电缆的特性阻抗相匹配，以防止信号反射。终端电阻器应放置在RS-485电缆的两端.有一些短距离通信的情况下，网络将正常运行，没有终端电阻，但终止线路是所有应用的最佳做法。终端电阻的缺点是电阻产生直流损耗，导致系统功率损耗增加。然而，即使存在这个缺点，对于大多数应用程序来说，终端电阻仍然是一个好主意。

6. 使用隔离的RS-485设备，您需要什么样的暂态保护？

隔离RS-485装置的暂态保护取决于终端系统中期望的干扰类型-如静电放电(ESD)、电快速暂态(EFT)或浪涌-以及所需的保护级别。提的投资组合隔离RS-485收发机将在综合收发器总线终端上对浮动隔离地进行一定程度的内部暂态保护。此外，通过适当的系统设计，您可以使用隔离屏障向这些瞬态显示高阻抗。如果您不期望您的系统中的差动瞬变并测试与终端设备接地有关的所有瞬变，那么将保护接地(PE)连接到隔离收发器的逻辑侧将创建一个场景，即所有高压瞬变都发生在隔离屏障上。将PE连接到逻辑侧可以潜在地消除诸如瞬态电压抑制(TVS)二极管或脉冲电阻等外部元件。

图2演示了使用ISO 1410.

图2：具有可选总线保护组件的半双工隔离RS-485收发器

7. 如何为孤立的RS-485节点生成隔离电源？

有几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那样的变压器驱动程序SN 6501，它工作在一个推挽配置与变压器和可选整流低漏出调节器(LDO)在第二侧(图3)。这，这个，那，那个SN 6501能够提供多达1.5W的隔离电源。该装置具有在几乎所有应用中使用的灵活性，因为变压器和匝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SN 6505而不是SN 6501高达5W的输出功率，如果你需要隔离电源为额外的设备。SN 6505有额外的保护功能，如过载和短路，热关机，软启动和旋转速率控制，使一个稳健的解决方案。

图3：独立电源ISO 1410使用SN 6501

空间受限应用的另一个选择是ISOW78xx系列设备，它提供小轮廓集成电路(SOIC)-16封装中的信号和功率隔离。这，这个，那，那个ISO W 7841可以与非隔离的RS-485收发器相结合，如隔离RS-485与综合信号和电源参考设计。这种组合是紧凑的，不需要转换器，并且使认证变得容易。请参阅ISO W 7841有关更多信息的联机产品文件夹。

图4：使用ISO W 7841

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