关于RS-485干扰和功耗优化的问题

RS-485的使用已有一些时日，但因其信令、电压水平及实现的简单性， 迄今它仍是一种可用的网络技术。很多工程师常选用未针对具体应用进行优化的现成方案，所用部件超过实际所需的尺寸，如功耗更高的终端电阻，使EMI问题更加严重。本文讨论了几个关键因素可以帮助工程师迅速而精准地选对正确的方案，还提出了可增强设计性能的简单技巧。
 

虽然RS-485的使用已有一些时日，但因其信令、电压水平及实现的简单性， 迄今它仍是一种可用的网络技术。工业传感器也因为这些原因仍然在使用这种接口。由于RS-485不是最近出现的标准，很多工程师都选择使用现成的方案，这些方案并未针对具体应用进行优化，达不到人们期望的性能要求。结果，所用的部件超过实际所需的尺寸，如功耗更高的终端电阻，使EMI问题更加严重。本文所讨论的几个关键因素，可以帮助工程师迅速而精准地选对正确的方案。有关这个主题已经有许多著名的白皮书。本文补充了一些遗漏的细节，并提出了可增强设计性能的简单技巧。

图1：基本RS-485拓扑

电磁干扰问题

有三种基本工具可以帮助设计师管理电磁干扰(屏蔽技术将在文章的最后单独说明)。

1．器件速度 2．收发器工作电压 3．端接电阻电流

速度

使用的波特率不要超过实际应用的要求，包括收发器的速度。收发器有不同的速度选项，它们会影响信号的上升/下降时间。举例来说，许多RS-485链路的速度在1Mbps以下，因此像TI的SN75HVD12DR这样的器件就是一种好的选择。对于128kbps速度的链路来说，速度低一些的Intersil器件就足够。

这些器件上升时间较慢(例如100ns)， 但对这些应用来说已经足够，可以最大程度地减少电磁干扰辐 射。因为响应速度较慢，也降低了对附近噪声源的敏感度。请仔细阅读收发器的规范说明，因为许多标准器件将运行在10Mbps或更快的速度下，比这些链路通常所需的速度快得多。

表1：RS-485收发器及其速度举例

电压

电磁干扰幅度与任意信号的电压摆幅成正比，因此减小电压摆幅可以减小因连接而产生的电磁干扰。许多较新器件的额定工作电压是3.3V，可以满足RS-485信号标准的最低要求。在今天的许多系统设计中，3.3V要比5V更常用。如果使用更低的电压，我们需要放弃什么？在这个电压下，器件的速度和抗噪声能力可能会下降。但如果器件的额定速度满足要求，并且使用了屏蔽措施，那么3.3V的RS-485信号通常足够。需要重申的是，是否需要考虑所有相关条件并查阅数据手册，取决于设计师。为了抵抗浪涌，要在收发器输入端增加一个电容以避免出现信号劣化，除非计算出来的频率响应是信号速率(1/2波特率)的5-10倍。

RS-485的工作电压范围很宽，从200mV接收阈值到10V最大差分信号。2V峰-峰值通常是推荐的最小驱动电平，3.3V器件满足这个条件，同时又能很好地与5V供电器件连接， 因而能提供合理的信噪比， 特别是对较短距离的通信来说。记住，如果你需要高速(5MHz以上)，那么你可能需要5V电源，请查阅相关的数据手册。

电流

电磁干扰问题本质上就是磁性问题，因此流经端接电阻的电流被认为是引起电磁干扰的一个因素。磁性干扰比较难控制，因为铜的相对磁导率大约为1，不管附近是否有屏蔽都可能引起干扰电路的耦合。较低的瞬态电流可以减少磁性特征，最大限度地减小与邻近其它电路的耦合。

我们如何做到这点呢？难道端接电阻值不是固定的吗？是的，只要线缆的“电长”相对于信号边沿速率来 说足够，它就不是固定的。没有规定说不能为了工程上的其它理由而增加这个值。若关心的主要问题是敏感度而不是辐射，这个终端电阻的阻值就越小越好。不过仍然需要进行折衷，如同其它所有工程设计那样。比较5V/120Ω系统和3.3V/499Ω系统就能发现，电流可以减小至1/6。

终端电阻

大多数人最初知道的电阻默认值是120Ω，分别跨接在网络远端的(+)和(-)数据端子上。但120Ω并不总是最好的选择，选用这个原始终端原本就是为了匹配商用双绞线阻抗。不管什么样的应用，即使短距离应用，也不要考虑不接终端电阻，因为它能提供很好的抗噪声能力。需要端接的理由有两个：