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ADM2483的隔离RS-485中继器设计

     在工业控制等环境中,常会有电气噪声干扰传输线路。RS-485收发器采用平衡发送和差分接收,具有抑制共模干扰的能力,且设备简单,价格低廉,能够进行长距离通信,因而得到了广泛的运用。但由于双绞线上的电平损耗,使得RS-485收发器的最大传输距离约为1200m,要进行更远距离的传输则需要使用中继器。

    本设计电路简单,能适应不同的波特率,且能够自动收发及信号隔离保护。其具体电路如下图所示。
    图1,采用ADM2483构成的隔离RS-485中继器
    本设计中采用了ADI公司基于iCoupler磁耦隔离技术的RS-485收发器——ADM2483,该芯片内部集成有三路数字信号隔离通道以及一个低功耗RS-485收发器。该芯片是本方案实现隔离的关键。ADM2483隔离电压为2.5KV,信号传输速率500Kbps,总线可挂载256个节点。
    硬件电路
    ADM2483是隔离RS-485收发器,因此需要隔离电源模块供电,这里我们选用5V输入,5V输出的电源隔离模块为485中继器两边电路供电。其中,ADM2483的逻辑输入端与ADM4851方向的电路使用同一5V电源VDD1,ADM2483的总线端使用隔离电源模块输出的5V电源VDD2,两边电路不可共地,以保证电路的隔离。
    RS-485信号的收发由74HC123控制,74HC123,非触发状态下Q端是低电平,两个RS-485收发器都处于接收状态。
    RS-485收发器的空闲状态是高电平,在任一方RS-485接收器收到数据时,起始位的从1到0的变化触发单稳振荡器的Q端变为高电平,使另一方的485中的发送器处于工作状态;同时,74HC123的复位端的低电平清除另一振荡器的Q端,pcb抄板保证接收数据的RS-485中发送器处于关闭状态,消除了同时向相反方向传输数据的可能性。
    由于此设计只有在传输低电平数据位时,输出端RS-485收发器的输出使能才打开,并输出低电平。当传输高电平数据位时,输出端RS-485收发器的输出使能关闭,RS-485收发器的输出状态为高阻。因此,在RS-485收发器的总线端需加上拉、下拉电阻和匹配电阻构成的偏置电路,当输出为高阻状态时,在匹配电阻上形成表示高电平的差分信号输出。
    当中继器处于空闲状态时,中继器两端的收发器均处于接收状态。为保证数据传输的正确和较高的速度,应调整外接的R、C数值,使产生的脉冲宽度略大于1个字节的数据传输时间。
    电阻、电容
    考虑到电路的特殊情况,如其中一分节点485收发器被击穿短路,为防止总线中其它分节点的通信收到影响,在485收发器的输出端串联了R1、R2、R6、R7四个20欧左右的电阻。这样本机的硬件故障就不会使整个总线通信受到影响。
    R4、R9为485双绞线的终端匹配电阻,典型值约为120欧,加入终端匹配电阻,以减少线路上传输信号的反射。
    由于485收发器采用差分信号传输,为了确保输出信号的确定性,电路板克隆则需要在485收发器的输出端加入上拉及下拉电阻。R3、R8为上拉电阻,R5、R10为下拉电阻。
    R15为PV引脚的上拉电阻,PV脚是ADM2483的电源监控脚,当此引脚电平高于2.0V,芯片工作,低于2.0V时,芯片不工作。此引脚可外接电源监控芯片,若不使用,则可接10K的上拉电阻保持高电平。