Estrategia de diseño de circuito de interfaz RS485

Este artículo analiza principalmente cómo diseñar un circuito de interfaz RS485 y presenta brevemente varios elementos clave que generalmente implica el diseño de un circuito de interfaz.

¿Qué es RS485?

RS485 es una comunicación semidúplex. La comunicación semidúplex significa que el canal solo puede recibir o transmitir a la vez. RS485 se caracteriza por admitir transmisión de múltiples nodos, larga distancia de transmisión y una fuerte capacidad antiinterferencias. RS485 puede conectar múltiples dispositivos 485 y la velocidad de la señal puede alcanzar los 10 Mbps. La diferencia de voltaje entre las dos líneas AB se usa para determinar si es nivel lógico 1 o nivel lógico 0. Cuando la diferencia de voltaje entre AB es mayor a 200 mV, es nivel alto 1, y cuando es menor a 200 mV, es nivel lógico 0. Generalmente, se conectan resistencias de 120 Ω en el primer y último extremo para realizar la adaptación de impedancia y eliminar la reflexión de la señal.

Diseño de circuito de hardware RS485

El diseño del circuito RS485 se puede dividir en tipo de aislamiento y tipo sin aislamiento. La siguiente figura es un circuito de tipo sin aislamiento. El terminal B está conectado a GND y bajado, y el terminal A tiene un nivel alto a través de la resistencia pull-up. para garantizar que la diferencia de voltaje entre A y B sea superior a 200 mV. Los pines DE y RE habilitan la transmisión y la recepción. Cuando RE está bajo, la recepción está habilitada; cuando DE está alto, la transmisión está habilitada. En las aplicaciones, los dos generalmente están conectados entre sí y controlados a través del puerto IO (RS485_EN). Debido a que el chip está recibiendo o transmitiendo, la señal RS485_EN recibe un nivel alto antes de enviar datos y, al recibir datos, recibe un nivel alto. bajo nivel de potencia.

Diseño de hardware de circuito de envío y recepción automático RS485

En comparación con el circuito 485 ordinario, la diferencia entre el circuito transceptor automático y el circuito transceptor automático es que hay un transistor más para controlar el pin de habilitación del 485. La resistencia limitadora de corriente de R9 es generalmente de 4,7 K, y la resistencia pull-up de R8 también es generalmente de 4,7 K. El pin de habilitación se levanta cuando el transistor no está encendido.

Al recibir datos: el pin de recepción de datos es el primer pin del chip, que es la etiqueta de red RS485_RX. Durante el proceso de recepción de datos, el pin RS485_TX permanece alto, VGS está alto y el transistor NPN Q1 está encendido, RE. y El pin conectado a DE se baja a GND a través de un transistor. En este momento, la recepción está habilitada y se encuentra en el estado de recepción.

Al enviar datos: el pin de envío de datos es RS485_TX, RS485_TX debe enviar 1, el transistor está encendido, el nivel de RE y DE es bajo, el chip transceptor RS485 no está encendido, porque 485 es un nivel alto en condiciones normales, el los datos son altos en este momento; cuando RS485_TX envía 0, el transistor no está encendido. En este momento, la habilitación de transmisión del chip transceptor 485 es alta y DI siempre se baja a GND, por lo que los datos enviados son 0. De esta forma se realiza el envío y recepción automático de 485.

Enviar análisis detallado:

RS485_TX envía 1, VGS es de nivel alto, el transistor NPN está encendido, el pin de habilitación es de nivel bajo, el envío está deshabilitado, la recepción está habilitada y está en estado de recepción. Dado que el pin AB del chip SP3485 está en un estado de alta impedancia, R4 eleva A y R5 baja B, por lo que AB transmite 1. Es decir, cuando RS485_TX envía 1, el pin AB envía 1.

Diseño de circuito de protección contra rayos de interfaz RS485

Circuito de protección de interfaz

L1 es un inductor de modo común. El inductor de modo común atenúa el ruido de modo común y mejora la capacidad antiinterferencia. Generalmente, se selecciona 120Ω/100MHz. La función del condensador C3 es separar la tierra de la interfaz y la tierra digital. Generalmente se selecciona 1000pF. Para cumplir con los requisitos de protección EMC, la señal del modo diferencial es de 2 kV y la señal del modo común es de 6 kV. Se reservará un tubo de descarga de gas, un termistor y un tubo TVS en la interfaz para formar un circuito de protección.

Diseño GND del circuito de interfaz RS485 PCB

Los dispositivos de protección en la línea de puntos deben colocarse lo más cerca posible de la interfaz y de manera compacta y ordenada. Coloque primero los dispositivos de protección y luego los dispositivos de filtrado.

El diseño del circuito de la interfaz RS485 generalmente involucra varios elementos clave, incluida la transmisión de señales, el aislamiento eléctrico, la supresión de ruido, las medidas de protección y el diseño de la lógica de control y suministro de energía.

Elementos clave

Selección y enrutamiento de líneas de señal.

• Utilice un par de pares trenzados como líneas de señal diferencial (A y B), normalmente cables de par trenzado blindados para reducir la interferencia electromagnética.

• Mantenga las longitudes de las líneas A y B lo más iguales posible para reducir las diferencias de retardo de la señal y garantizar la integridad de la señal.

Inductor y filtrado de modo común

• Agregue un inductor de modo común L1 en la entrada de la línea de señal para suprimir la interferencia de modo común. El rango de impedancia recomendado es 120Ω/100MHz ~ 2200Ω/100MHz.

• También puede ser necesario conectar condensadores de desacoplamiento, tubos TVS y otros componentes en paralelo para mejorar aún más la capacidad antiinterferencias.

Selección de chip transceptor

• Los chips transceptores comunes incluyen SP3485, MAX485, etc., que convierten niveles lógicos TTL/CMOS en señales diferenciales RS485.

• Es necesario prestar atención a la lógica de conexión de los pines de control como RE, DE y RO. Generalmente RE y DE se pueden conectar juntos para controlar el modo de transmisión/recepción a través de una única señal de control.

Resistencias de polarización y terminación.

• Es posible que la línea de señal A necesite una resistencia pull-up (como de 10 kΩ a 4,7 kΩ) para garantizar el estado de voltaje durante el estado de inactividad, y es posible que sea necesario bajar la línea de señal B a GND.

• Coloque resistencias terminales de 120 Ω en ambos extremos del bus o en ubicaciones apropiadas para reducir la reflexión de la señal y mejorar la calidad de la señal.

Protección contra rayos y sobretensiones

• Se pueden agregar tubos TVS y/o fusibles reajustables a la línea de señal para protección contra sobretensiones y sobretensiones para mejorar la robustez del circuito.

• Para entornos de alto riesgo, considere agregar un diseño de circuito de protección contra rayos superior a 6 kV.

Diseño CEM

• Asegure un buen diseño de conexión a tierra, especialmente el manejo de la tierra de la interfaz. A veces, la tierra de la placa única está conectada directamente a la carcasa y acoplada a través de un capacitor de 1000 pF.

• Al diseñar la placa de circuito, preste atención a la separación de las líneas de señal y de suministro de energía, reduzca las interferencias cruzadas y aumente los condensadores de filtrado y desacoplamiento.

lógica de control

• Según los requisitos de la aplicación, diseñe el circuito lógico de control o utilice MCU para controlar y enviar la señal de habilitación para lograr la conmutación automática o manual.

• Para el diseño de circuitos transceptores automáticos, es posible que se necesite una lógica más compleja para gestionar automáticamente el estado de envío y recepción para adaptarse a diferentes escenarios de comunicación.

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