几种RS485隔离通讯的方案介绍
RS485具有抗干扰能力强、成本低等特点,广泛应用于工业智能仪表,通讯设备等各个领域。
RS485电路可以分为非隔离型和隔离型。隔离型电路是在非隔离型电路的基础上增加隔离性能,使得电路具有更强的抗干扰性和系统稳定性。今天介绍几种隔离RS485的方案。
1.什么情况需要485隔离
当485通信接口外部节点连接高压时,极易损坏后端电路,甚至可能会在使用端产生触电;
当485通信节点距离太远时,每个节点的参考地都接于本地的大地,当两端大地之间存在较大的压差时,地电势会以共模电压的方式叠加在信号线上,从而有可能超出端口可承受的共模电压范围,影响正常通信,甚至会损坏后端电路
当距离较远的485通信节点之间的地平面利用线缆进行连接时(如485屏蔽电缆),地线会和大地形成地环路,该环路会耦合外部共模噪声,并产生地环路电流,可能会导致整个电路系统失效。
2.隔离RS485方案
首先不管哪种方案,要实现隔离485通讯,必须有个隔离电源。一般可以采用类似这种小型的集成电源模块。
而485的隔离有多种方式:
2.1光耦隔离
光耦是最常用的隔离器件,且成本较低。下图为3个光耦实现的485隔离通讯,需要注意的是,光耦的速率要满足波特率的要求,一般选择高速光耦做485隔离。
2.2专用数字隔离芯片
普通光耦的通讯速率有限,即使高速光耦也无法跟专用的数字隔离芯片媲美,如ADuM1301,三通道数字隔离器,最大通讯速率可达几十Mbps(一般485通讯也用不到这么高的速率)。而且相对于光耦,PCB面积更小,但成本也相对较高。电路图如下:
2.3集成式485隔离芯片
上面两种方案都是隔离芯片+485芯片实现,还有一种芯片是集成式的485隔离芯片,即将隔离芯片和485电平转换芯片集成在一起,如ADI的ADM2483、TI的ISO1410、国产的也有纳芯微的NSi83085、芯力特的SIT3485ISO。这种方式占用PCB面积最小,通讯速率适中,能满足大部分应用,价格也适中。电路图如下:
2.4带电源的隔离芯片
上述三种方案都是采用单独的隔离电源模块,还有一种方案是在芯片中实现了电源隔离和信号隔离,如ISOW7841。该芯片集成隔离电源功能,可对外提供3.3V或5V电源,输出电流可达几十到100mA,可以给通用的485电平转换芯片供电。该方案与2.2介绍的类似,只是不再需要单独的隔离电源,可以进一步减小PCB面积,但成本也较高。
3.总结
方案 |
通讯速率 |
占用PCB面积 |
成本 |
光耦隔离 |
低 |
大 |
低 |
专用数字隔离芯片 |
高 |
较大 |
高 |
集成485隔离芯片 |
适中 |
较小 |
适中 |
带电源的隔离芯片 |
高 |
小 |
高 |
总的来说,集成式的485隔离芯片的方案能满足大部分应用,性价比最高。
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