Este artículo analiza principalmente cómo diseñar un circuito de interfaz RS485 e introduce brevemente varios elementos clave que normalmente implica el diseño de un circuito de interfaz.

Qué es RS485?

RS485 es una comunicación semidúplex. La comunicación semidúplex significa que un canal puede recibir o transmitir simultáneamente. RS485 se caracteriza por admitir transmisión de múltiples saltos, larga distancia de transmisión y fuerte antiinterferencia. RS485 puede conectar varios dispositivos 485 y la velocidad de la señal puede alcanzar los 10 Mbps. La diferencia de voltaje entre dos líneas AB se utiliza para determinar si es un nivel lógico 1 o un nivel lógico 0. Cuando la diferencia de voltaje entre AB es mayor a 200 mV, es un nivel 1 alto, y cuando es menor a 200 mV. mV, es un nivel lógico 0. Normalmente, las resistencias de 120 ohmios se conectan al primer y último extremo para igualar la impedancia y eliminar la reflexión de la señal.

Diseño de circuito de hardware RS485

El diseño del circuito RS485 se puede dividir en tipos aislados y no aislados. La siguiente figura muestra el circuito del tipo no aislado. El terminal B se conecta a tierra y se baja, y el terminal A se eleva a través de una resistencia pull-up. para garantizar que la diferencia de voltaje entre A y B sea superior a 200 mV. Los pines DE y RE permiten la transmisión y recepción. Cuando RE es bajo, la recepción está activada; cuando DE es alto, se permite la transmisión. En aplicaciones, normalmente se conectan entre sí y se controlan a través de un puerto de E/S (RS485_EN). Dado que el chip está recibiendo o transmitiendo, la señal RS485_EN se establece en nivel alto antes de enviar datos y cuando se reciben datos se establece en nivel alto. bajo nivel de potencia.

Circuito automático de envío y recepción de hardware RS485

En comparación con el circuito 485 normal, la diferencia entre el circuito transceptor automático y el circuito transceptor automático es que hay otro transistor para controlar el pin de habilitación del 485. La resistencia limitadora de corriente R9 suele ser de 4,7 kΩ, y la resistencia pull-up R8 también suele ser de 4, 7 kOhm. 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. Mientras se reciben datos, el pin RS485_TX permanece alto, el pin VGS permanece alto y el transistor NPN Q1 está encendido, RE. El pin conectado a DE se lleva a GND a través de un transistor. En este momento, la recepción está encendida y en estado de recepción.

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

Envíe un análisis detallado:

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

Circuito de protección contra rayos para interfaz RS485

Circuito de protección de interfaz

L1 - estrangulador de modo común. Un estrangulador de modo común reduce el ruido de modo común y mejora la inmunidad al ruido. Normalmente se selecciona una resistencia de 120 ohmios/100 MHz. La función del condensador C3 es separar la tierra de la interfaz de la tierra digital. Normalmente se selecciona una capacitancia de 1000 pF. Para cumplir con los requisitos de protección EMC, la señal diferencial es de 2 kV y la señal de modo común es de 6 kV. El tubo de descarga de gas, el termistor y el tubo TVS se reservarán en la interfaz para formar un circuito de protección.

Diseño de PCB GND del circuito de interfaz RS485

Los dispositivos de protección marcados con una línea de puntos deben ubicarse lo más cerca posible de la interfaz, de manera compacta y ordenada. Coloque primero los dispositivos de seguridad y luego los dispositivos de filtrado.

El diseño del circuito de interfaz RS485 normalmente implica varios elementos clave, incluida la transmisión de señales, el aislamiento eléctrico, la reducción de ruido, las medidas de protección y el diseño de la lógica de control y potencia.

Elementos clave

Seleccionar y tender una línea de señal.

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

• Mantenga la longitud de las líneas A y B lo más similar posible para reducir las diferencias en la latencia 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 el ruido de modo común. El rango de impedancia recomendado es 120 ohmios/100MHz ~ 2200 ohmios/100MHz.

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

Seleccionar un chip transceptor

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

• Se debe prestar atención a la lógica de conexión de los contactos de control como RE, DE y RO. Normalmente, 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

• La línea de señal A puede necesitar una resistencia pull-up (por ejemplo, de 10 k a 4,7 k) para mantener un estado de voltaje durante el estado inactivo, y es posible que sea necesario llevar la línea de señal B a GND.

• Instale resistencias de terminación de 120 ohmios 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 proporcionar protección contra sobretensiones y mejorar la confiabilidad del circuito.

• Para entornos de alto riesgo, considere agregar circuitos de protección contra rayos por encima de 6 kV.

Diseño CEM

• Asegure una buena conexión a tierra, especialmente al manipular la conexión a tierra de la interfaz. A veces, la tierra de una placa está conectada directamente al chasis y a través de un condensador de 1000 pF.

• Al colocar la PCB, preste atención a la separación de las líneas de alimentación y de señal, reduzca la diafonía y aumente la cantidad de condensadores de filtrado y desacoplamiento.

lógica de control

• Según los requisitos de la aplicación, diseñe la lógica de control o utilice MCU para controlar y enviar la señal de habilitación para lograr la conmutación automática o manual.
• El diseño del circuito transceptor automático puede requerir una lógica más compleja para gestionar automáticamente el estado de envío y recepción para adaptarse a diferentes escenarios de comunicación.