RS-422／485隔离技术及应用讨论

摘要：概述了RS-422／485串行总线技术标准，并对工业应用现场中可能出现的影响总线误判的因素进行了分析，对目前使用的隔离技术进行对比和总结。最后给出了实际的解决方案。
关键词：RS-422／485；光耦隔离；磁隔离；电容隔离

RS-422与RS-485都是串行数据接口标准之一，是由电子工业协会(EIA)制订并发布的。RS-422定义了一种平衡通信接口，传输速率可以达到10 Mb／s；RS-422是一种全双工的单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA／EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA在RS-422基础上制定了RS-485标准，工作方式是半双工，发送器和接收器共用，允许多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA／EIA-485-A标准。

1 RS422／485串行总线技术标准简介
RS-422、RS-485的数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6 V，是一个逻辑状态，负电平在-2～-6 V，是另一个逻辑状态。C为信号地，在RS-485中多一个“使能”端，用于控制收发的方向，而在RS-422中是可选的。如图1。

但是RS-422跟RS-485是有所差别的，具体参见表1。

在使用24 AWG双绞线时，传输距离与数据速率的关系如图2，可见速率越高传输距离就越短。而当总线上串扰增加时，则传输距离更短。

2 隔离技术
在某些工业控制领域，由于现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电压，或者在数据线缆边上存在高压线或高频线，或者医疗仪器设备需要绝对的人体安全考虑，或者各个节点之间的地之间的压差过大等，虽然RS-422／485接口采用的是差分传输方式，具有相当的抗共模干扰能力，但如果共模电压超过RS-422／485接收器的极限接收电压，即大于+12 V或小于-7 V时，接收端芯片就无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。
解决此类问题的方法是首先通过DC-DC将系统电源和RS-422收发器的电源隔离；然后将输入信号跟系统信号隔离，彻底消除共模电压的影响。实现此方案的途径主要有：光耦隔离，磁隔离，光耦结合变压器隔离等。各种隔离方法的比较见表2。

3 实际解决方案
光耦隔离及光耦结合变压器的隔离方法是已经应用多年的方法，在众多的文章中已经有过介绍，下面本文就专门介绍采用磁隔离方法的AD公司的ADM2582／2587芯片。

ADM2582E／ADM2587E是具备±15 kV ESD保护功能的完全集成式隔离数据收发器，适合用于多点传输线路上的高速通信应用。具备过热关断特性，能够防止输出短路，可防止温度过高时芯片因电源的过度损耗而毁坏。它采用ADI公司的isoPowerTM技术，在单个封装内集成了一个三通道隔离器、一个三态差分线路驱动器、一个差分输入接收机和一个isoPowerTM DC／DC转换器，其内部框图及实际电路如图3所示，该器件采用5 V或3．3 V单电源供电，从而实现了完全隔离的RS-485解决方案。如欲了解更为详细的内容可参考本文的参考文献。

4 小结及展望
通过本文上面的讨论，读者可以看出当今流行的各种RS422／485数据的隔离方法及各自的特点，从而可以根据自己的需要选择相应的方案。文中使用ADM2587进行隔离的方法已成功应用于某项目设备中，取得了良好的效果。从前面也可以看出该串行数据速率通过电缆传输的上限在10Mbit／s，而在目前光进铜退的时代，通过光缆传输及提高差分端差分电压的方法可以将速率提高到20Mbit／s，传输距离增加到数百KM甚至更远。以适应将来更高速率数据容量及更远距离的应用。