Rev.
0CircuitsfromtheLabreferencedesignsfromAnalogDeviceshavebeendesignedandbuiltbyAnalogDevicesengineers.
Standardengineeringpracticeshavebeenemployedinthedesignandconstructionofeachcircuit,andtheirfunctionandperformancehavebeentestedandverifiedinalabenvironmentatroomtemperature.
However,youaresolelyresponsiblefortestingthecircuitanddeterminingitssuitabilityandapplicabilityforyouruseandapplication.
Accordingly,innoeventshallAnalogDevicesbeliablefordirect,indirect,special,incidental,consequentialorpunitivedamagesduetoanycausewhatsoeverconnectedtotheuseofanyCircuitsfromtheLabcircuits.
(Continuedonlastpage)OneTechnologyWay,P.
O.
Box9106,Norwood,MA02062-9106,U.
S.
A.
Tel:781.
329.
4700www.
analog.
com/cnFax:781.
461.
31132019AnalogDevices,Inc.
Allrightsreserved.
电路笔记CN-0416CircuitsfromtheLab参考设计是经过测试的参考设计,有助于加速设计,同时简化系统集成,帮助并解决当今模拟、混合信号和RF设计挑战.
如需更多信息和/或技术支持,请访问www.
analog.
com/cn/CN0416.
连接/参考器件ADM2682E16Mbps、5kVrms信号和电源隔离RS-485收发器,提供±15kVESD保护LTC2865±60V故障保护3V至5.
5VRS-485/RS-422收发器ADP71023.
3V、300mA、低噪声、CMOSLDO稳健、可配置、隔离和非隔离RS-485收发器评估和设计支持电路评估板CN-0416电路评估板(EVAL-CN0416-ARDZ)Arduino尺寸兼容开发板(EVAL-ADICUP3029)设计和集成文件原理图、版图文件、物料清单电路功能与优势TIA/EIA-485-A是电信业使用最广泛的传输线路标准,描述了RS-485接口的物理层,通常与Profibus、Interbus、Modbus或BACnet等更高层协议配套使用.
应用包括:过程控制网络、工业自动化、远程终端、楼宇自动化(例如,暖通空调(HVAC))、安保系统、电机控制和运动控制.
通过RS-485接口,能够在相对较长的距离(比如1km)内实现稳定的数据传输.
图1所示的电路是通用RS-485通信平台,同时实施隔离和非隔离RS-485设计.
非隔离电路提升了RS-485规范中7V至+12V共模电压范围到±25V的扩展共模范围,并且在许多应用中无需进行隔离,如所有节点均以相同电力线和接地线供电并将其作为参考的情况.
但是,对于在远程节点之间需要稳定通信(如楼宇间通信)的大规模系统,隔离接口允许控制器接地和RS-485信号之间的电压高达500V.
消除远程网络中的共模效应需要节点或中继器相互隔离,而经过UL1577认证的隔离型收发器可对控制器接地和RS-485信号之间高达5000V的电压进行保护和绝缘(按照UL1577,为1分钟耐压).
根据应用,电路可配置为在全双工和半双工工作状态.
每个连接的端接均可断开或进行电阻端接,这使得客户可以在总线线路中轻松添加或删除节点.
此外,还可配置端接电阻以支持标准RS-485电缆或CAT5以太网电缆.
板载电源或总线电力线可对器件进行供电.
电路可用于使用板载地址选择器的点到点系统或多点系统.
每个电路可设置为主器件或从器件,具体取决于使用它的特定应用和网络.
与ADALM-UARTJTAG兼容的板载10引脚连接器允许主器件通过USB虚拟COM端口充当主机计算机和RS-485总线之间的网关.
CN-0416电路笔记Rev.
0|Page2of93V3DR210kVCCTxDSWITCHPOSITIONS1:FULLDUPLEX2:HALFDUPLEXS44PDTSWITCHS7DPDPTSWITCHS6DPDPTSWITCHU1ADM2682EU3LTC2865RxDDEREGND1DEREDIDOSLOVISOOUTVISOINBR12120R14120R13100R15100ZYAGND2VCCVLGNDABYZGNDGNDGND_ISOGND_ISOP5R145PORTP4R145PORTP6R145PORTP24R145PORTGND876543218765432117343-001SWITCHPOSITIONS1:FULLDUPLEX2:HALFDUPLEXS54PDTSWITCHSWITCHPOSITIONS1:ISOLATEDHALFDUPLEX2:ISOLATEDFULLDUPLEX3:NON-ISOLATEDFULLDUPLEX4:NON-ISOLATEDHALFDUPLEXS24P4TSWITCHBR8120R11120R9100R10100ZYAABYZ8765432187654321VISOTxIOREFRx5V_ARDV_ISOIOREFTxRx3V3D图1.
隔离和非隔离RS-485收发器简化原理图电路说明RS-485总线标准RS-485总线是工业应用中最常用的物理层标准之一,这些应用需要支持多点通信链路和在长达1200m的距离内进行远程数据传输的本地网络.
对于长达12m的电缆,可实现10Mpbs的数据速率,在1200m时,数据速率下降至100kbps,如图2所示.
10k1k1001010k50k100k500kDATARATE(bps)CABLELENGTH(m)1M5M10M17343-002RS485SPECIFIEDLIMITS图2.
电缆长度和数据速率表1显示RS-485总线标准的部分规格,以及ADM2682E和LTC2865提供的改进规格.
有关各收发器器件的完整详情,请参阅相应的数据手册.
ADM2682E和LTC2865的扩展规格提高了名义上符合标准要求但偶尔会出现超出规定要求状况的系统的稳健性.
例如,工厂的两个设备机柜可能同时接大地,同时两个地平面之间有些许交流电压差.
但是,一个机柜遭受ESD冲击可能会暂时将其共模电压驱动到20V.
LTC2865可在此类事件下工作,但刚刚符合标准的收发器可能会造成数据丢失或完全失灵.
ADM2682E极大地扩展了耐受共模电压范围,允许25kV/μs的瞬变抗扰度,以及器件之间高达5000V的电位差(按照UL1577,为1分钟耐压).
有关安全和法规认证的详情,请参考ADM2682E数据手册.
电路笔记CN-0416Rev.
0|Page3of9表1.
RS-485总线标准规格规格标准ADM2682ELTC2865数据速率10Mbps16Mbps20Mbps驱动器输出施加电压范围7V至+12V9V至+14V,隔离60V至+60V接收器输入电压范围7V至12V9V至+14V,隔离60V至+60V接收器输入灵敏度±200mV200至30mV±200mV电缆长度最长1200m最长1200m最长1200m接收器输入电阻≥12kΩ96kΩ112kΩ驱动器和接收器数量32个驱动器256个驱动器和接收器256个驱动器和接收器32个接收器在EVAL-CN0416-ARDZ上集成隔离和非隔离收发器有助于确定实际要求和终端应用的实施.
电路有四个板载以太网插孔,一对用于隔离通信,一对用于非隔离通信.
以太网电缆并非用于RS-485应用,且阻抗为100Ω,而不是RS-485的120Ω,但使用广泛的通用CAT5和CAT6电缆为在开发过程中构建原型系统提供了便利.
此外,每对以太网端口都有交叉引脚配置,因此可以对多节点系统使用直通以太网电缆.
提供了与RS-485信号的连接点,从而方便使用其他连接器,或直接连接至应用的RS-485电缆.
RS-485总线节点容量ADM2682E和LTC2865均具有最低96kΩ的1/8单位负载,从而允许单个总线系统中拥有多达256个节点.
(RS-485标准指定接收器输入阻抗为12kΩ,以及最多32个节点.
)端接通用端接指南用于端接传输信号的线路,且信号上升/下降时间不到电缆传播延迟的四倍.
标准CAT5电缆的传播延迟为4.
8ns/m至5.
3ns/m.
ADM2682E和LTC2865的最大上升/下降时间为15ns.
因此,对于长度大于0.
78m的线路,建议使用端接.
最佳做法是,正确端接所有RS-485系统.
S6ORS7DPDTSWITCHR9100R8120ZR11100R10120BYA17343-003图3.
端接选择开关图3中所示的电路可将RS-485线路端接配置为差分电阻,或通过S7保持开路用于隔离通信,并通过S6保持开路用于非隔离通信.
全双工RS-485标准要求在主节点和最远的从节点上进行端接.
对于半双工连接,对传输电缆的两端进行端接.
端接电阻的值应等于电缆的特性阻抗.
CAT5电缆的特性阻抗为100Ω.
默认情况下,电路使用100Ω端接电阻,但可通过焊接链路配置为使用标准RS-485端接电阻,即120Ω.
表2显示开路和端接RS-485通信的优缺点.
表2.
端接的优缺点端接优点缺点开路或无端接简单、功耗低用于缓慢和短程通信并联电阻支持远程和快速通信功耗高半双工操作YOUTAOUTZOUTBOUTYOUTYOUTS4ORS54PDTSWITCHABYZ17343-004图4.
半双工或全双工选择开关CN-0416电路笔记Rev.
0|Page4of9图4中所示的电路可设置为在半双工模式中操作,分别通过开关S5和开关S4进行隔离和非隔离通信.
驱动器同相输出与接收器的同相输入短路,而驱动器的反相输出与接收器的反相输入短路.
此配置支持2线RS-485网络,但总线一次只能支持一个方向的数据传输.
要确保一次仅使能一个驱动器发送数据,需要驱动器和接收器使能引脚.
图5显示三从节点半双工隔离RS-485通信的连接设置.
从节点通过类似以太网插孔连接.
例如,从节点A的P5口使用直通CAT5电缆连接到从节点B的P5口.
主节点通过相对的以太网插孔连接到从节点.
例如从节点A的P5口使用直通CAT5电缆连接到主节点的P4口.
ENDSLAVENODEWITHTERMINATIONP24S4=HALFS5=HALFS6=TERMS7=TERMGROUNDAP6P4P5P11SLAVENODEWITHOPENTERMINATIONP24S4=HALFS5=HALFS6=OPENS7=OPENGROUNDASTRAIGHT-THROUGHCAT5CABLESTRAIGHT-THROUGHCAT5CABLESTRAIGHT-THROUGHCAT5CABLEP6P4P5P11SLAVENODEWITHOPENTERMINATIONP24S4=HALFS5=HALFS6=OPENS7=OPENGROUNDAP6P4P5P11MASTERNODEWITHTERMINATIONMASTERSERIALCONNECTIONP24S4=HALFS5=HALFS6=TERMS7=TERMGROUNDAP6P4P5P1117343-005图5.
使用ADM2682E隔离RS-485通信的三节点半双工开关设置和连接图表3.
图5的节点和开关设置节点类型开关设置带端接的主节点S4=半双工,S5=半双工S6=端接,S7=端接带开路端接的从节点S4=半双工,S5=半双工S6=开路,S7=开路带端接的终端从节点S4=半双工,S5=半双工S6=端接,S7=端接电路笔记CN-0416Rev.
0|Page5of9全双工操作图5中所示的电路可设置为在全双工模式中操作,分别通过S5和S4进行隔离和非隔离通信.
在全双工模式中,电路分别使用所有接收器收入和驱动器输出.
这支持4线RS-485网络,可在主节点和从节点之间适应双向同时数据传输.
图6显示三从节点全双工非隔离RS-485通信的连接设置.
使用直通以太网电缆时,从节点通过类似的以太网插孔连接.
例如,从节点A的P6口使用直通CAT5电缆连接到从节点B的P24口.
主节点通过相对的以太网插孔连接到从节点.
例如,从节点A的P6口使用直通CAT5电缆连接到从节点B的P24口.
