RS-485接口的防护电路设计

RS-485总线标准是安防系统设备上应用最为广泛的物理层协议之一。RS-485的主要特点：支持远距离传输，长达4000英尺；双向信号差分传输，提高信号的噪音抑制能力，并且允许一条总线上可以挂接多个发射器和接收器，信号传输为宽范围电平-7V~+12V。

基于RS-485电性能参数，其典型高浪涌防护等级的解决方案为两极防护，其中第一级可采用浪拓电路保护部门的陶瓷气体放电管GDT用于旁路大部分的雷击电流，中间采用PTC /mSMD010-1812起到第一级和第二级保护的耦合器件；而第二级保护则可以采用钳位电压更为精确的TVS或crowbar模式的 thyristor，将浪涌电压残压降至最低范围。如下为浪拓应用于RS-485端口的典型应用解决方案。

RS-485标准是一种常见的总线架构，其通用性及远距离传输能力使其广泛应用于各种通信接口电路。在多数情况下，由于应用环境的恶劣，需要对RS-485接口采用隔离方案以防止出现接地环路。
对RS-485接口的隔离方案有很多，老式的光耦隔离电路由于占用空间、体积太大，需要分立元件、缓存驱动及电路设计繁琐，已经不适合应用于当今要求越来越严格的高速数字通信系统。因此，我们可以采用ADI公司的iCoupler磁隔离解决方案，它能够提供多通道数字隔离、集成RS-485收发器的数字隔离、集成isoPower磁隔离电源的数字隔离等多种灵活的隔离方案。在体积、功耗、速率等众多方面提供优于光耦的解决方案。
在这里，我们了解一下目前最简单，集成度最高的RS-485接口隔离方案。本方案采用隔离型RS-485收发器ADM2582E/ADM2587E，以单芯片实现完全的半/全双工RS-485接口隔离。ADM2582E/ADM2587E集成isoPower磁隔离电源，无需外部隔离电源供电。在单芯片封装内还集成了数字隔离通道和RS-485收发器，与传统光耦隔离电路相比，PCB面积缩小84%，元器件数减少83%。
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。其内部集成的RS-485驱动器带有一个高电平有效使能电路，并且还提供一个高电平接收机有效禁用电路，可使接收机输出进入高阻抗状态。该器件具备限流和过热关断特性，能够防止输出短路，并防止出现由于总线争用而引起功耗过大的情况。

图1、ADM2582E/ADM2587E功能框图

根据ADM2582E/ADM2587E的功能框图，我们可以看出其内部含有isoPower技术，具有反馈控制的高频开关稳压电路。对于TxD、RxD、DE和RE均采用iCoupler磁隔离技术对其数字信号进行隔离。此外，还包含一个能够实现半/全双工的RS-485/RS- 422收发器。以单芯片实现了能适应各种需求的RS-485/RS-422接口隔离方案，其芯片封装仅为SOIC-20。
ADM2582E/ADM2587E通过简单的外部电路连接即可实现接口隔离功能，下面以ADM2587E为例，来实现半双工和全双工的RS-485/RS-422接口隔离。
半双工隔离ADM2587E带有RE/DE使能控制引脚，能够支持半双工应用，其应用电路图如下：

图2、ADM2587E用于半双工RS-485/RS-422接口隔离

由于ADM2587E后端有A、B、Y、Z四路输出，当用作半双工电路时，需要将A和Y连接，作为半双工的A信号线，将B和Z连接，作为半双工的B信号线。两个VCC引脚的输入端和GND1引脚之间接有0.01uF、10uF及2个0.1uF电容，这些电容是必要的，能够去耦及滤波，保证输入电源的平稳。同样，Visoin与GND2引脚之间的0.1uF和0.01uF电容，Visoout和GND2引脚之间的0.1uF和10uF电容都是芯片工作所需要的。在ADM2587E的总线输出侧的Visoin引脚和Visoout引脚必须连接在一起，从图1的功能框图中我们可以看到，Visoout引脚是 ADM2587E内部隔离电源的输出引脚，而Visoin引脚是内部集成RS-485/RS-422收发器的电源输入引脚。

全双工隔离ADM2587E的全双工隔离电路非常简单，将逻辑侧引脚与控制芯片连接，总线侧引脚与总线相接即可。其应用电路图如下：

图3、ADM2587E用于全双工RS-485/RS-422接口隔离

ADM2587E的全双工隔离电路与半双工隔离电路类似，其后端的A、B、Y、Z直接与全双工总线相连即可。
结语
ADM2582E/ADM2587E均可采用3.3V或5V供电，能够方便的与普通5V供电系统和低功耗的3.3V供电系统连接。A、 B、Y、Z引脚上带有±15KV的ESD保护及25KV/us的共模抑制能力，能够为芯片引脚提供大部分的保护功能，在恶劣的应用环境中，可以在总线上添加TVS管等器件以增强芯片对大的浪涌电流、电压的防护能力。
总的来说，ADM2582E/ADM2587E集成度高，外围电路简单，整体性能稳定，非常适合于工业、电力等恶劣通信环境中的RS- 485/RS-422接口隔离应用。

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