本文介紹了Maxim的大量RS-485收發器的特性。器件可滿足半雙工或全雙工操作、低至 2.5V 的電源電壓、高達 ±15kV 的 ESD 保護、250kbps 至 12Mbps 的數據速率、用于低輻射噪聲操作的壓擺率受限器件、使用開路或短路電纜的故障安全操作、用于擴展網絡的正常 1 單位負載至 1/8 單位負載以及低功耗關斷操作的要求。

Maxim制造了一個看似令人眼花繚亂的RS-485驅動器和接收器陣列。本應用筆記解釋了Maxim產品線的不同特性，從而幫助您選擇最適合您需求的器件。以下是各種功能的說明以及要記住的其他重要事項。

數據速率和壓擺率限制

在RS-485系統設計過程中的某個時間，會確定適合該系統的最大數據速率。然后有必要選擇能夠以這種速度運行的物理RS-485設備。選擇額定速度等于或大于所需數據速率的設備。知道了這一點，您可能想知道選擇最快的可用設備是否有任何缺點，如果它們可能矯枉過正。答案是肯定的！

雖然快速器件確實可用于高數據速率和低數據速率，但使用比所需速度更快的器件存在缺點，包括更高的輻射發射和更容易發生不當端接。

發生輻射發射是因為RS-485中使用的布線將充當天線。RS-485試圖通過使用雙絞線電纜和平衡發射器來最小化輻射發射。這背后的想法是，顧名思義，平衡發射器將產生兩個相等但相反的信號，這些信號以雙絞線的形式沿著兩根導線發送。由于導線實際上彼此重疊，因此它們將傾向于輻射與另一根導線傳輸的信號完全相反的信號。這具有相互抵消的效果，理想情況下不會產生凈輻射發射。這往往工作得很好，但是，就像工程中的所有東西一樣，它并不完美。不可避免地，一些輻射發射會泄漏出來。通常，信號中的頻率分量越高，電纜越長，情況就越糟糕。

這同樣適用于電纜端接。由于布線的距離和數據速率，必須特別注意傳輸線效應。RS-485電纜的兩端應正確端接在電纜的特性阻抗中，以防止反射。電阻和電纜容差等可能導致這兩種阻抗不匹配。這將導致反射，從而降低噪聲容限，并最終導致數據丟失。與輻射發射類似，通過電纜發送的頻率分量越高，電纜越長，反射就越有可能影響您的系統。

壓擺率限制可以幫助低速系統解決上述兩個問題。壓擺率限制的工作原理是降低RS-485信號的邊沿，從而減少信號的高頻分量。比較圖 1 和圖 2 中的圖。

圖1.MAX3485E發送125kHz （250kbps）信號的驅動器輸出波形和FFT圖（a）;MAX3483E的驅動器輸出波形和FFT圖，發送125kHz （250kbps）信號（b）。

圖2.比較MAX3483和MAX3485以125kHz （250kbps）發射的時域圖特寫 （a）;比較MAX3486和MAX3485以1.25MHz （2.5Mbps） （b）發射的時域特寫圖。

在圖1中，a和b都顯示了以485kbps（250kHz）傳輸的RS-125信號。圖1a是使用MAX3485E拍攝的，MAX12E不受壓擺率限制，速度高達1Mbps。圖3483b是使用壓擺率限制MAX250E拍攝的，MAX1E的最大數據速率為2kbps。在圖2a中，傅里葉變換顯示的頻率分量遠遠超過<>Mbps。這些高頻元件對于產生更高數據速率所需的漂亮方形邊緣是必要的。壓擺率限制部分的傅里葉變換表明，<>MHz以上的頻率分量幾乎消失了。隨著這些高頻分量從信號中消失，圍繞壓擺率限制器件設計的系統將傾向于減少輻射，并且不太容易受到端接失配的影響。

圖3.比較MAX3486（頂部，無壓擺率限制）和MAX3483（底部，壓擺率限制）的上升沿，使用120歐姆阻抗電纜，端接220歐姆不正確。

表1比較了三種不同的RS-485器件。MAX3485是該系列中速度最快的，支持速率高達12Mbps。MAX3483具有壓擺率限制，工作速率可達250kbps。MAX3486是兩者之間的折衷方案，最大速度為2.5Mbps。

全/半雙工

RS-485的設計方式是，雙絞線上一次只能有一個發射器處于活動狀態。有了這個約束，在圖 4a 所示的系統中，盒子 A 可以向盒子 B 傳輸數據，或者盒子 B 可以向盒子 A 傳輸數據，但兩者都不能同時傳輸數據。這稱為“半雙工”。另一方面，全雙工系統將允許同時進行雙向通信。全雙工系統可以使用RS-485進行設計，但需要在節點之間鋪設兩條雙絞線電纜，如圖4b所示。一根雙絞線專用于在一個方向上傳輸信息，另一根雙絞線專用于在相反方向上傳輸數據。每個系統需要略有不同的物理設備。圖5a顯示了一個典型的半雙工器件，圖5b顯示了一個典型的全雙工器件。

圖4.半雙工RS-485系統（a）;全雙工RS-485系統。（二）

圖5.系統中使用的半雙工部件（a）;系統中使用的全雙工部件。

由于半雙工部分必須能夠在同一雙絞線上發送和接收，因此發射器的輸出引腳和接收器的輸入引腳連接在一起。全雙工部分將發射器和接收器分開。此外，半雙工器件將始終具有驅動器使能引腳（圖中為DE）。這是必需的，因為在接收數據時發射器必須三態。全雙工部件可能有也可能沒有驅動器使能引腳，這取決于它是否為多點系統而設計。

軟件可選

從1年2001月1485日起，Maxim將生產三個可以全雙工或半雙工運行的部件。它們是MAX1486、MAX3089和MAX6。這在可能需要同時連接到全雙工和半雙工系統的系統中很有價值。圖1485所示為MAX<>。注意標有 H/F* 的引腳。當該引腳被拉低時，半雙工接收器被禁用;當它被拉高時，全雙工接收器被禁用。

圖6.MAX1485/MAX1486可配置為全雙工或半雙工部分。

2.5V/3.3V 和 5V 電源

根據EIA/TIA 485 Rev A規范，RS-485變送器在加載1歐姆時必須具有5.5V至27V的差分輸出電壓。通過精心設計和低壓差發送器，這可以通過運行低至2.5V的電源來實現。因此，僅采用3.0V至3.6V電源供電的系統可以使用Maxim的3V系列器件，并符合RS-485規范。

需要注意的一個特殊部件是MAX3471。該器件的額定工作電壓范圍為2.5V至5.5V。因此，MAX3471在電池供電系統中特別有用。例如，使用3AA電池的系統在電池為新電池時的典型工作電壓范圍為4.5V，當電池即將耗盡時，典型工作電壓范圍為2.7V。MAX3471的寬工作范圍允許器件直接由電池供電，無需任何會增加系統成本的電源轉換器。

1 單位負載，1/4 單位負載，1/8 單位負載

“單位負載”是由EIA 485規范創建的假設單位，旨在幫助RS-485系統的設計人員確定每根電纜可以連接多少個接收器/發射器。該規范認識到，可以連接的設備數量在很大程度上取決于每個部件對系統的負載。部件對系統的負載越大，可以使用的部件就越少。為了量化這一點，發明了“單位負載”。所有RS-485部件都應根據這些單位負載的分數或倍數來表征其負載。例如，MAX487被描述為1/4單位負載器件，而MAX3485被表征為1單位負載器件。這基本上意味著MAX487的負載將比MAX1低4/3487，因此，如果系統僅使用MAX487，則系統可以連接多達四倍的MAX3487。

最終，一根雙絞線最多可連接 32 個單位負載。這 32 個單位負載可以是零件的任意組合。例如，32 x 1/4 單位負載部件加上 16 x 1 單位負載部件可以在系統中成功使用。目前，Maxim生產的器件為1單位負載、1/4單位負載和1/8單位負載。下表顯示了每種示例。

高靜電保護

所有Maxim器件的每個引腳均采用ESD保護結構，以防止在處理和組裝過程中遇到的靜電放電。Maxim的標準RS-485器件在所有引腳上提供≥2kV ESD。Maxim的±15kV保護器件通過在其驅動器輸出和接收器輸入端提供（人們可能懷疑的）±15kV保護來改善這一點。生活中的一切都是有代價的，而增加的ESD保護需要支付少量的額外費用。±15kV保護部件通常與標準器件具有相同的引腳排列和功能，因此無需修改電路板布局即可輕松替換這些器件。MAX485和MAX485E就是兩個這樣的器件的例子。MAX485具有標準保護級別，而MAX485E具有±15kV保護。重要的是要注意我們的零件在ESD沖擊期間的反應。這些部件不僅不會因低于其額定值的ESD撞擊而損壞，而且還可以繼續正常工作，而無需回收電源。此外，它們在上電、斷電和關斷時具有 ESD 沖擊保護。

故障安全操作

RS-485系統中可能會出現四種常見的故障情況，可能導致錯誤數據。通過專門設計的輸入級，Maxim的故障安全器件設計用于防止這些條件下出現錯誤數據。

RS-485系統可能遇到的四個常見故障如下：

系統中的所有發射器都處于關機狀態。

接收器未連接到電纜。

電纜有一個開口。

電纜短路。

RS-485規定接收器的輸入門限在±200mV差分之間。這基本上意味著，如果接收器上的差分電壓為0V，則輸出狀態不確定。不幸的是，除非另有設計，否則這正是上面列出的每個故障中發生的情況。更糟糕的是，如果接收器的閾值非常接近0V，則耦合到其中的任何噪聲都足以觸發閾值并導致輸出顫振。這種顫動可能顯示為信號并混淆系統。Maxim的故障安全器件，如MAX3080，通過-50mV至-200mV的接收器門限解決了這一問題。對于這些器件，如果由于故障條件，輸入級兩端出現0V電壓，則保證輸出為邏輯高電平。此外，接收器具有50mV的噪聲容限。所有這些都是在符合RS-485規范的同時完成的。

關閉

關斷功能的唯一目的是節省電量。將器件置于關斷狀態可顯著降低其電源電流，從而降低功耗。使用MAX3483可以說明節能的示例。正常工作期間，典型電源電流為 1.1mA。關斷時，電源電流降至2nA！使用關斷時要考慮的一個重要方面是從關斷狀態到有效輸出所需的時間。對于MAX3483，這可能需要長達3μS的時間。MAX3485在最壞情況下可將這一時間縮短至900nS。

審核編輯：郭婷