从原理上解决RS-485自动收发型收发器问题

2018-10-12 17:24:03 来源:eepw
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RS-485 总线是半双工的通信总线,因此通常需要MCU控制RS-485收发器的收发状态。为节省MCU的I/O资源,RS-485自动收发型收发器应运而生,但该类收发器或多或少会遇到一些应用问题,这一类问题该如何解决?本文将从工作原理为你揭晓。

 

一、自动收发电路简介及应用简析

1、自动收发电路原理

常见的RS-485自动收发电路如图1所示,电路的逻辑真值表如表1所示,当TXD为低电平时,DE和RE为高电平,RS-485收发器处于发送状态,AB处于低电平,即向其他节点发送低电平信号;当TXD由低电平变为高电平时,DE和RE变为低电平,RS-485收发器处于接收状态,此时AB引脚处于高阻状态,R3将B引脚拉至GND,R4将A引脚拉至VCC,此时AB为高电平,即向其他节点发送高电平信号。由于TXD为高电平时,RS-485收发器处于接收状态,因此只需将TXD保持为高电平即可接收数据,即自动收发电路发送高电平时同时也是接收状态。

 


图1RS-485自动收发示意图

 


表1自动收发电路示意图

 

二、自动收发电路常见应用问题及解决方案

1、通信速度较慢

RS-485自动收发通信速度较慢的原因主要有两个。一是若使用图1所示的自动收发电路,三极管的关断时间较长(主要是由于三极管关断时的存储时间较长),图1中所示参数的三极管反相电路,开启延时时间如图2所示为10.2ns,关断延时时间如图3所示为1.14μs,因此若TXD发送低电平,DE&RE引脚较长时间后才会升至高电平,发送低电平的延时时间较长,图1所示电路发送低电平信号延时时间如图4所示为1.468μs。

 


图2开启延时时间

 


图3关断延时时间

 


图4发送低电平信号延时

 

二是自动收发电路发送高电平是通过外部上下拉电阻驱动的,上升沿较缓慢,波形如图5所示,可以看出,发送高电平的上升沿较为缓慢,限制了高速通信的应用。

 


图5发送高电平上升时间

 

2、高波特率通信时存在通讯异常风险

如图6所示,TXD变为高电平,DE&RE引脚降为低电平,AB差分电压缓慢上升,由于此时RS-485收发器已经处于接收状态,在AB差分电压上升至RS-485收发器门限电平前RXD引脚会出现到一段时间的低电平信号,例如门限电平为-200mV~-50mV的收发器,AB差分电压上升至-50mV前RS-485收发器均可输出低电平,此低电平信号的时间与AB差分电压上升时间和RS-485收发器的接收延时有关。由于串口一般是将每个位分成16份,检测中间的3份的电平信号从而确定此位的信号高低,因此若此低电平信号保持至每个位的信号检测时,则会使MCU接收到一个起始位,从而接收到错误的数据,因此这个问题同样限制了高速通信的应用并且降低了通信的可靠性。

 


图6TXD发送高电平信号,RXD接收到一段低电平信号

 

针对此类问题,可选用致远电子的宽压输入贴片式隔离RS-485自动收发模块SC4450S(如图7),该模块通信速度高达500kbps,并且不会出现发送高电平时接收到一段时间低电平信号的现象,通信波形如图8所示,极大地提高了通信可靠性。

 

图7贴片式隔离RS-485收发器SC4450S

 


图8SC4450S通信波形

 
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