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

要求遠(yuǎn)距離或者在多個RS-232應(yīng)用之間實(shí)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(dá)±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(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)傳輸（通過一些單獨(dú)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(diǎn),。

與之形成鮮明對比的是,，RS-485是一種使用差分信號傳輸?shù)钠胶饨涌冢瑥亩屍鋼碛休^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(shí)現(xiàn)多總線節(jié)點(diǎn)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(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路到遠(yuǎn)距、多點(diǎn)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(jì)的原理圖,。這里，一臺個人計(jì)算機(jī)（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(jì)算機(jī)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(diǎn)之間的接地電流,。

在總線端，這種轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)擁有數(shù)個確?？煽繑?shù)據(jù)傳輸?shù)脑?。跳線J1和J2在總線空載期間激活故障保護(hù)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(shí)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(hù)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(hù)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(shí)現(xiàn)到PE端或機(jī)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(jìn)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(diǎn)的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)應(yīng)用中,，RTS生成接口軟件運(yùn)行在Windows®下,，并非實(shí)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(hù)程序或者殺毒軟件，則RTS可能就無法實(shí)時地將收發(fā)器切換回接收模式,，因此另一個總線節(jié)點(diǎn)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(jì)通過實(shí)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(shí)現(xiàn),。觸發(fā)器的輸出由232接收器輸出觸發(fā)為高,。默認(rèn)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(shí)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?jiān)L問： www.ti.com/rs485-ca。