作者：Thomas Kugelstadt,，德州儀器 (TI) 高級應(yīng)用工程師

要求遠距離或者在多個RS-232應(yīng)用之間實現(xiàn)RS-232數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恍┕I(yè)用數(shù)據(jù)鏈路,，通常都使用RS-232到RS-485轉(zhuǎn)換器。盡管存在高達±13V的高信號擺幅,，但RS-232仍然是一種非平衡或單端接口,，而且本身極易受噪聲影響。它的總線最大長度被限定在20米（60英尺）左右,。盡管允許進行全雙工數(shù)據(jù)傳輸（通過一些單獨的信號導(dǎo)線同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)）,，但是RS-232并不支持在同一條總線上連接多個節(jié)點。

與之形成鮮明對比的是,，RS-485是一種使用差分信號傳輸?shù)钠胶饨涌?，從而讓其擁有較高的共模噪聲抗擾性。因此,，延長RS-232數(shù)據(jù)鏈路傳輸距離和實現(xiàn)多總線節(jié)點連接,，要求通過接口轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為RS-485信號（參見圖1）。



圖 1 短距,、點對點數(shù)據(jù)鏈路到遠距,、多點網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換

圖2顯示了一個低功耗、隔離式轉(zhuǎn)換器設(shè)計的原理圖,。這里,，一臺個人計算機（PC）的RS-232串行端口連接至左側(cè)的SUB-D9接口。



圖2 使用自動選向控制的隔離式RS-232到RS-485轉(zhuǎn)換器,。

個人計算機串行端口包含一個RS-232驅(qū)動器和接收器芯片,，芯片將其內(nèi)部5V邏輯信號轉(zhuǎn)換為接口處更高的±8V到±13V電平。這些高壓總線信號再通過另一個RS-232芯片轉(zhuǎn)換回標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平,，以同RS-485收發(fā)器進行通信,。

在發(fā)送方向，485收發(fā)器將來自RS-232接收器輸出的邏輯信號轉(zhuǎn)換成差分總線信號,。在接收方向,，它將差分總線信號轉(zhuǎn)換成進入RS-232驅(qū)動器輸入端的單端、低壓信號,。

RS-485收發(fā)器包括一個電容式隔離層,，其實現(xiàn)總線端與邏輯控制端之間的電流隔離，從而消除了總線節(jié)點之間的接地電流,。

在總線端,，這種轉(zhuǎn)換器設(shè)計擁有數(shù)個確?？煽繑?shù)據(jù)傳輸?shù)脑Ｌ€J1和J2在總線空載期間激活故障保護偏壓網(wǎng)絡(luò),。如果這種轉(zhuǎn)換器安裝在總線端,，則通過跳線J3可以實現(xiàn)一個120歐姆端接電阻器。

一個瞬態(tài)抑制器通過鉗制接地電位,，保護收發(fā)器免受危險瞬態(tài)過電壓的損害,。為了將瞬態(tài)電流分流至地電位，要求使用一個高壓電容器,，以在浮動總線接地和保護接地（PE）之間提供AC耦合,。一般而言，我們使用一條短單芯導(dǎo)線（18 AWG）來實現(xiàn)到PE端或機殼接地的連接,。

信號通路隔離還要求電源隔離,。這里，我們通過一個低壓降電壓調(diào)節(jié)器（LDO）對總線電源（3.3V到10V）進行調(diào)節(jié),。然后,，把它用于收發(fā)器總線電源（Vcc2）和一個隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器,。這種轉(zhuǎn)換器由變壓器驅(qū)動器,、隔離變壓器和一個次LDO（為邏輯端電路供電）組成。

更老一點的轉(zhuǎn)換器設(shè)計有時會使用一個請求發(fā)送信號（RTS）來將RS-485收發(fā)器從接模式切換到發(fā)送模式,。但是,，在一些計算機應(yīng)用中，RTS生成接口軟件運行在Windows®下,，并非實時,。因此，如果Windows決定將其處理時間用于另一個應(yīng)用程序,、屏幕保護程序或者殺毒軟件,，則RTS可能就無法實時地將收發(fā)器切換回接收模式，因此另一個總線節(jié)點所發(fā)送的數(shù)據(jù)便可能會丟失,。

圖2所示轉(zhuǎn)換器設(shè)計通過實現(xiàn)一種自動選向功能消除了出現(xiàn)上述狀況的可能性,。這種自動選向檢測通過一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)。觸發(fā)器的輸出由232接收器輸出觸發(fā)為高,。默認情況下,，RS-485收發(fā)器處于接收模式。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)輸出變?yōu)楦邥r,，它便將收發(fā)器切換到發(fā)送模式,。

該單穩(wěn)態(tài)輸出的時間常量由一個R-C網(wǎng)絡(luò)定義。數(shù)據(jù)速率為9600 bps,，2ms高態(tài)時間時,，C = 220 nF,，而R = 10 kOhm；數(shù)據(jù)速率為1200 bps,，20ms高態(tài)時間時,，R = 100 kOhm。當(dāng)高態(tài)時間結(jié)束后,，單穩(wěn)態(tài)輸出再次回到低,，從而將收發(fā)器切換回接收模式。盡管自動選向功能依賴于數(shù)據(jù)速率,，但其仍然是防止數(shù)據(jù)丟失的一種可靠方法,。

下次，我們將討論多協(xié)議電路,。這種電路允許在同類型接口線路之間實現(xiàn)RS-232或者RS-485數(shù)據(jù)傳輸,。另外，下個月我們將介紹如何使用SPICE優(yōu)化右腿驅(qū)動放大器,，以降低心電圖（ECG）前端的共模噪聲,，敬請期待。

如欲了解更多詳情,，敬請訪問： www.ti.com/rs485-ca,。