RS485總線是一種(zhǒng)使用平衡發(fā)送，差分接收實現通訊的通用串口通信總線，由于其具有抗共模幹擾能(néng)力強、成(chéng)本低、抗噪能(néng)力強、傳輸距離遠、傳輸速率高、可連接多達256個收發(fā)器等優點，廣泛應用于工業智能(néng)儀表，通訊設備等各個領域。

RS485電路可以分爲非隔離型和隔離型。隔離型電路是在非隔離型電路的基礎上增加隔離性能(néng)，使得電路具有更強的抗幹擾性和系統穩定性。下面(miàn)主要圍繞隔離型485電路進(jìn)行簡單介紹。

一．什麼(me)情況需要485隔離

• 當485通信接口外部節點連接高壓時，極易損壞後(hòu)端電路，甚至可能(néng)會(huì)在使用端産生觸電；           

• 當485通信節點距離太遠時，每個節點的參考地都(dōu)接于本地的大地，當兩(liǎng)端大地之間存在較大的壓差時，地電勢會(huì)以共模電壓的方式疊加在信号線上，從而有可能(néng)超出端口可承受的共模電壓範圍，影響正常通信，甚至會(huì)損壞後(hòu)端電路

• 當距離較遠的485通信節點之間的地平面(miàn)利用線纜進(jìn)行連接時（如485屏蔽電纜），地線會(huì)和大地形成(chéng)地環路，該環路會(huì)耦合外部共模噪聲，并産生地環路電流，可能(néng)會(huì)導緻整個電路系統失效。    

二．實現485隔離的具體方案

    爲了避免上述情況發(fā)生，我們可以使用485隔離電路以實現。下面(miàn)介紹幾種(zhǒng)常用485電路隔離方案。

l 利用光耦隔離實現485隔離

    最早的隔離器件爲光耦隔離器。在基于CMOS的數字隔離器開(kāi)發(fā)成(chéng)功以前，市面(miàn)上所有的隔離器件均爲光耦隔離器件。下圖爲使用傳統三個光耦隔離器實現的485隔離電路。

圖1 基于光耦隔離的485隔離電路

l  利用光耦+數字隔離實現485電路隔離

    由于普通的光耦隔離芯片隻能(néng)适用于通訊速率較低的情況，那麼(me)在高速信号傳輸電路中，485使能(néng)信号可繼續使用光耦隔離器件對(duì)進(jìn)行隔離，而數據信号通路則可使用高速數字隔離芯片NSi8121N1實現。相較于傳統光耦電路，系統傳輸速率提高，且降低了系統複雜度。下圖爲利用光耦隔離和數字隔離共同實現的485隔離電路

圖2 基于光耦隔離和數字隔離的485隔離電路

l  利用數字隔離器實現485電路隔離

    隻要有光耦隔離存在，就(jiù)會(huì)有使用壽命短、抗共模能(néng)力弱、功耗高等缺點，仍極大的限制電路使用場景，而隔離電路全部使用數字隔離器能(néng)很好(hǎo)的避免這(zhè)些問題。下面(miàn)是使用NSi8131N1芯片實現的485隔離電路。

圖3 基于數字隔離的485隔離電路

l  利用NOVOSENSE 集成(chéng)隔離485芯片實現485電路隔離

    相較于上述三種(zhǒng)利用複雜外圍電路實現485電路隔離的方案，NSi8308x系列芯片僅需單顆芯片即可實現485隔離，并且提高了系統的可靠性，穩定性。NSi8308x系列芯片是蘇州納芯微電子推出的隔離型485芯片，内部集成(chéng)了一個三通道(dào)電容隔離及一個485收發(fā)器，其中NSi83085用于半雙工485隔離，最高可達500kbps通信速率，同時具有低擺率的特點，能(néng)夠減少EMI輻射以及由于終端匹配不當引起(qǐ)的反射；NSi83086用于全雙工485隔離，最高可達16Mbps通信速率，可極大的減小系統PCB面(miàn)積，簡化系統方案設計，提高系統的可靠性。NSi8308x的總線接口具有±16kV的系統級接觸放電ESD保護能(néng)力。具有失效保護電路，當接收器輸入開(kāi)路、短路或者總線空閑時，接收器將(jiāng)輸出邏輯高電平。接收器的輸入阻抗爲1/8單位負載，允許多達256個收發(fā)器挂在總線上。輸出驅動器提供了超大輸出電壓擺幅，從而保證了更高的噪聲容限。

圖4 集成(chéng)式485隔離電路

三．幾種(zhǒng)485隔離電路對(duì)比

    下面(miàn)是針對(duì)上述幾種(zhǒng)485隔離方案的各項指标對(duì)比

圖5 幾種(zhǒng)485隔離電路面(miàn)積對(duì)比

表1 幾種(zhǒng)485隔離電路性能(néng)對(duì)比

四．485 EMC保護電路

    雖然隔離能(néng)有效抑制高共模電壓，但總線上還(hái)可能(néng)存在浪湧、雷擊及短路等問題存在，所以在EMC等級要求比較高的系統中，需要在總線上再采取一定的保護措施。NSi8308x的總線接口具有±16kV的系統級接觸放電ESD保護能(néng)力。跨越隔離帶的浪湧能(néng)力能(néng)夠達到+-8kV。具有失效保護電路，當接收器輸入開(kāi)路、短路或者總線空閑時，接收器將(jiāng)輸出邏輯高電平。如果有更高的EMC保護需求，也可以通過(guò)增加外圍電路來提高。給你介紹一種(zhǒng)以NSi83085爲例實現更高的 485EMC保護電路的方法。下圖以NSi83085爲例介紹一種(zhǒng)實現485 EMC保護電路的方法。

圖6  485 EMC保護電路

    NSi8308x具有内部失效保護電路，當接收器輸入開(kāi)路或短路、或者挂在終端匹配總線上的所有發(fā)送器都(dōu)禁用時，接收器將(jiāng)輸出邏輯高電平；此外，/RE及DE引腳有内置下拉電阻，D引腳有内置上拉電阻。因此，在所有輸入引腳及總線上無需加任何上下拉電阻即可保證發(fā)送、接收狀态确定。在A、B總線之間加一個120Ω電阻用以終端阻抗匹配，隻有通訊距離較長(cháng)的系統中的第一個節點和最後(hòu)一個節點才會(huì)加這(zhè)個匹配電阻。

當外部瞬态大電壓/電流信号（如雷擊）感應到A、B線上時，先經(jīng)過(guò)保險絲，防止當RS-485總線與電源線搭短路時燒掉後(hòu)續電路；然後(hòu)用氣體放電管（GDT）進(jìn)行初級防護，將(jiāng)高壓信号降低到1kV以下，通常GDT可以承受10kA(8x20us)浪湧沖擊；然後(hòu)TVS作爲二級保護，將(jiāng)總線電平鉗制到7.5V以下。由于GDT響應時間較長(cháng)，在一級防護和二級防護之間需再加TBU器件，以限制GDT未響應時會(huì)有過(guò)流信号燒壞TVS管。通常，對(duì)于4kV以下過(guò)電壓，可以省去初級保護GDT，單用TVS就(jiù)能(néng)實現浪湧保護的要求。

五．總結

    隔離型485電路可有效將(jiāng)系統中高壓區域與安全區域隔離，以保證設備及人身安全；并斷開(kāi)長(cháng)距離傳輸信号的地回路，以避免地環路和共模信号的影響，因而越來越多的應用于485系統中。

    蘇州納芯微的半雙工隔離RS-485芯片NSi83085及全雙工隔離RS-485芯片NSi83086具有高可靠性、高隔離耐壓、高共模抗擾、以及高集成(chéng)度的特點，其能(néng)夠承受較爲複雜的EMC環境，如ESD、EFT、浪湧等；隔離耐壓值可達到符合UL1577标準的5kVrms，CMTI達到150kV/us；内部集成(chéng)了數字隔離和RS-485驅動兩(liǎng)種(zhǒng)功能(néng)設計，可大幅簡化系統設計複雜度，并減少系統PCB的面(miàn)積，是實現485隔離的最佳選擇。