关于两RS485系统共地的问题
大家好，我是mic，今天来分享关于RS485共地问题的思考。
RS485的逻辑电平
RS485是常用的通讯总线之一，它有着电路结构简单、抗干扰性强的优点。RS485采用对称平衡差分传输方式，只需2根线就可以传输数据，VA-VB>Vth1时传输逻辑1，VA-VB<Vth0时传输逻辑0，通常Vth1为200mV，Vth0为-200mV，VA与VB之差在-200mV到200mV之间时逻辑状态不确定，为了提高总线的抗干扰能力（特别是在悬空或者多节点的情况下），芯片厂家把Vth1设计为-30mV（为了保证电路空闲时的默认状态为逻辑1，许多工程师在RS485总线上增加上下拉电阻，逻辑1是端电阻上有大于200mV的电压，所以上下拉电阻的阻值不能太大，这不仅导致系统的功耗增加，而且增加了总线的负载使得能够挂在的节点数减少，而Vth1=-30mV能有效的解决这个问题。），即VA电位高于VB就认为是逻辑1，由于此区间的变小，相应的，总线传输距离增加，更加容易的挂在更多的节点。下图来自ADI公司的一篇RS485应用文档。
不同RS485系统的共地问题
上面讲的是RS485的差分电压，是为了可靠的接收信号正确的逻辑电平，如果逻辑电平接收不可靠，就会产生误码，虽然好的通讯协议有校验和重传功能，但高的误码率会增加了总线数据传输的负载率，降低系统的响应速度，这种情况在总线节点多的情况下会更加糟糕和明显。铺垫这么长，我们回到本文的主题，关于两个系统的RS485共地的问题，有些工程师认为RS485不需要共地，因为它是通过差分平衡传输，实际上是需要共地的，原因是你无法保证两个系统的参考地的电位差。RS48通讯总线的共模电压在-7V~12V这个范围，即AB两条线任何一条对地电压超过这个范围都有可能导致RS485接口芯片损坏。
那么接了地线就一定万事大吉了吗？也不一定，实际考虑的问题不是接不接地线的问题，而是考虑的两个系统的地电位差的问题。如下图所示，系统1和系统2通过RS485通讯的同时，系统1给系统2供电，23AWG的镀锡铜线1km约为70欧姆，假设电源线上通过100mA的电流，那么系统2的GND2将会比系统1的GND1电位高出7V，由于差分信号能够忽略这种工模电压的抬升，从而不会影响差分信号逻辑电平的判断。TX端发送的逻辑0实际上是相对于GND1的0电平，信号到达RX端后，RX端接收到的逻辑0相对GND2是-7V，这已经达到了RS485接口芯片的共模电压极限值，有可能损坏芯片。
这里讨论的是RS485总线的情况，实际上RS485的共模耐压范围挺宽裕，一般在本地的供电系统中，即使没有共地也很少出现问题。如果是其他信号线就很容易出现共模电压超标而出现损坏的情况，特别是设备内板对板的信号线+电源传输方式，单端信号的共模电压下限值都很低，一般要求不低于-0.7V，这也就是很多单端信号为啥要用一个反向的二极管钳位的原因，如果是单向的ESD二极管，除了正向的击穿保护，还可以反向钳位。
备注：
关于RS485共地问题，笔者没有实际动手做过实验，纯属理论分析，但是单端信号的问题我有做过实验，与分析相符。
笔者水平有限，如有错漏误导他人，请指正，谢谢。
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