低速硬件接口之RS485接口自收发隔离多节点分享

1.电平范围

传输方式：差分

传输介质：双绞线（若实际使用环境比较短，且传输速度很慢，比如115200可以使用一般的线材）
标准节点数：32
最远通信距离：1200m
共模电压最大、最小值：+12V；-7V
差分输入范围：-7V～+12V
接收器输入灵敏度：±200mV（不同的芯片有差异）
接收器输入阻抗：≥12kΩ

2.节点数量

12M输入阻抗时为32个节点，增强型的485芯片可以有256甚至更多的节点。节点数量与驱动电流大小有关，也与A B两相的差模电压大小有关系。

单位负载	节点数	最小接收器输入阻抗
1	32	12KΩ
1/2	64	24KΩ
1/4	128	48KΩ
1/8	256	96KΩ

推荐芯片：

节点数	型号
32	SN75176，SN75276，SN75179，SN75180，MAX485，MAX488，MAX490
64	SN75LBC184
128	MAX487，MAX1487
256	MAX1482，MAX1483，MAX3080～MAX3089

半双工通信的芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483等；
全双工通信的芯片有SN75179、SN75180、MAX488~MAX491、MAX1482等。
RS485总线究竟能挂接多少个设备？

3.电路的保护功能与匹配

总线接口保护电路

隔离接口模块需要得到有效的静电保护，建议进行隔离接口设计时，增加Cp、Rp以及TVS，提高隔离接口的ESD抗扰能力。

电容Cp的作用：减轻隔离栅的压力，为静电能量提供一个低阻抗的路径，静电能量大部分通过此电容泄放，为达到良好效果，Cp容值应远大于Ciso，建议取100pF~1000pF之间。

TVS管的作用：对于总线侧的静电，静电能量会通过防护器件泄放，注意：其导通电压必须小于隔离接口可承受的最大电压，同时大于信号电压；在通信速率高、或节点数较多时，也需要注意尽量选取等效电容小的器件，以免影响总线正常通信。
注意：若产品无安规要求，可与Cp并联一个大阻值泄放电阻，如1M，以防静电积累；若有安规要求，一般需要去除泄放电阻，同时选择安规电容。

前面讲述了总线隔离之后接地的原理以及推荐电路，想必大家已经很清楚了，在现场，很多客户会提到总线隔离之后为什么需要阻容接地呢？这里给大家简单描述一下：

1、电容：从EMS（电磁抗扰度）角度说，这个电容是在假设PE良好连接大地的前提下，降低可能存在的影响（以大地电平为参考的高频干扰信号对电路的影响），是为了抑制电路和干扰源之间瞬态共模压差的。其实GND直连PE是最好的，但是，直连可能不可操作或者不安全。从EMI（电磁干扰）角度说，如果有与PE相连的金属外壳，有这个高频路径，也能够避免高频信号辐射出来。

2、1M电阻：这是对付ESD（静电放电）测试用的。因为这种用电容连接PE和GND的系统（浮地系统），在做ESD测试的时候，打入被测电路的电荷无处释放，会逐渐累积，抬升或降低GND相对PE的电平，累积到一定程度，超过了PE和电路之间的绝缘最薄弱处所能耐受的电压范围，GND和PE之间就会放电，几个纳秒间，在PCB上的产生数十到数百安培的电流，这足以让任何电路因EMP（电磁脉冲）宕机，或者是让PE与电路之间绝缘最薄弱处所在信号连接的器件损坏。但是有时候又不能直接连接PE和GND，那么就用一个1_{2M的电阻去慢慢释放这个电荷，以消除二者间的压差。当然1}2M这个数值是根据ESD测试标准选择的，因为IEC61000里面规定最高的重复次数只有10次/秒，如果你搞个1000次/秒的非标ESD放电，那么1~2M的电阻我觉得是不能释放掉累积的电荷的。
若是需要增加外围电路，提高通信端口的EMC等级可参考：

以CAN总线为例，上图为完善的外围推荐电路。其中GDT置于最前端，提供一级防护，当雷击、浪涌产生时，GDT瞬间达到低阻状态，为瞬时大电流提供泄放通道，将CAN_H、CAN_L间电压钳制在二十几伏范围内。实际取值可根据防护等级及器件成本综合考虑进行调整，R3 与 R4 建议选用 PTC，D1~D6 建议选用快恢复二极管，参数表如下。

也可以采用模块集成的方案：采用ZLG的SP00S12浪涌保护模块，可用于各种信号传输系统，抑制雷击、浪涌、过压等有害信号，对设备信号端口进行保护。搭配ZLG的全隔离CTM或SC系列的隔离CAN收发器，如下图。可极大程度的提升产品的集成度，于此同时极大程度的缩小开发周期。

4.隔离设计

为保证总线网络的通讯稳定性，通讯接口通常会做隔离，隔离的主要目的：
            安规考虑：保护设备及人身安全，隔开潜在的高压危险；
            提高通信的稳定性：消除地电势差的影响；
            提高器件的可靠性：消除地环路影响；
            低耦合：提高系统间的兼容性。

5.非隔离的自动收发电路

非自动收发电路：

控制策略如下：UART_CON为低电平，485处于接收状态；UART_CON为高电平，485处于发送状态。通过切换UART_CON的电平来达到485收发状态的切换。

自动收发电路：

485芯片采用MAX485芯片，电路使用NPN三极管开切换收发。控制原理是：MCU的UART的TX和RX引脚需要连上拉电阻（TX和RX在没有通信时均是高电平），防止刚上电TX和RX引脚电平不稳定引起收到扰乱数据。A上拉电阻B下拉电阻，终端并联120欧姆电阻，D10、D11、D12为三个防雷防浪涌的TVS管。

接收：默认没有数据时，UART_TX为高电平，三极管导通，MAX485芯片RE低电平使能，RO接收数据使能，此时从485AB口收到什么数据就会通过RO通道传到MCU，完成数据接收过程。

发送：当发送数据时，UART_TX会有一个下拉的电平，表示开始发送数据，此时三极管截止，DE为高电平发送使能。当发送数据‘0’时，由于DI口连接地，此时数据‘0’就会传输到AB口 A-B<0,传输‘0’，完成了低电平的传输。当发送‘1’时，此时三极管导通，按理说RE使能，此时由于还处在发送数据中，这种状态下MAX485处于高阻态，此时的状态通过A上拉B下拉电阻决定，此时A-B>0传输‘1’，完成高电平的传输。

此时有人肯定也会有疑惑，发送数据‘1’，三极管导通RE低电平有效应该是接收使能，为什么芯片会是高阻状态？因为UART发送收据会有一定的格式，数据均以“位”为最小单位进行传输。在收发数据之前，UART之间要约定好数据的传输速率（即每位所占据的时间，其倒数为波特率）、数据的传输格式（有多少数据位、是否有校验位、奇校验还是偶校验、是否有停止位）。平时数据线处于“空闲状态”（1状态）。当发送数据时，TX由‘1’变为‘0’维持1位的时间，这样收方检测开始位后，再等待1.5位时间就开始一位一位的进行数据传输。意思是说，已经确定好发送状态，电路发送‘1’此时RE有效，接收有效但有由于它处于发送阶段，此时芯片会处于高阻状态。

6.单电源隔离

不管是485还是CAN不只是要隔离通信部分，还需要隔离电源，电源隔离采用金升阳的电源隔离模块FB0505XT-1WR3
按照输出环境选择隔离电压，一般1500DC即可。

7.推荐方案

485隔离电路模式控制引脚采用PC817进行隔离，收发采用金升阳的数字隔离芯片进行隔离，数字隔离器还有其他芯片选择比如ADUM1201等等，可以随便替换。置于数字隔离器其他参数可以参考官网手册。今天了解到，金升阳目前不出售芯片，只出售隔离模块！！！
另一个方案（未完待续）：
SP490EEN-L/TR SOP8 接口IC,收发器驱动器 SP490