為什么需要485隔離？常見(jiàn)RS485隔離方案介紹

RS485是一種常用的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化、安防系統(tǒng)等領(lǐng)域。

什么是485隔離電路？

在某些應(yīng)用中，為了防止電氣噪聲干擾或電氣沖擊，需要對(duì)RS485接口進(jìn)行隔離。RS485電路可以分為非隔離型和隔離型。隔離型電路是在非隔離型電路的基礎(chǔ)上增加隔離性能，能夠使電路具有更強(qiáng)的抗干擾性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

以下情況需要485隔離：

1.當(dāng)RS485外部接口連接高電壓時(shí)，容易損壞后端電路，甚至在使用端產(chǎn)生觸電。

2.當(dāng)RS485的通信節(jié)點(diǎn)距離太遠(yuǎn)時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的參考地都接于本地的大地，當(dāng)兩端大地之間存在較大的壓差時(shí)，地電勢(shì)會(huì)以共模電壓的方式疊加在信號(hào)線上，可能超出端口可承受的共模電壓范圍，影響正常通信，甚至?xí)p壞后端電路。

3.當(dāng)相距較遠(yuǎn)的485通信節(jié)點(diǎn)之間的地平面利用線纜進(jìn)行連接時(shí)，地線會(huì)與大地形成地環(huán)路，同時(shí)耦合外部共模噪聲，產(chǎn)生地環(huán)路電流，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路系統(tǒng)失效。

哪些方法可以實(shí)現(xiàn)485隔離？

想要做到485電路上的隔離需要采用隔離器件，如光耦隔離器、磁隔離器、隔離芯片等。光耦隔離器是最常用的隔離器件，且成本較低。光耦的速率要滿足波特率的要求，一般選擇高速光耦做485隔離。隔離芯片相對(duì)于光耦，PCB面積更小，但成本也更高。常使用的隔離芯片方案一般有專用數(shù)字隔離芯片、集成式485隔離芯片和帶電源的隔離芯片。

1.光耦隔離

光耦隔離通信速率較低，因此一般選擇高速光耦做485隔離。光耦隔離占用的PCB面積大，但成本較低。

光耦隔離方案參考電路圖

2.集成式485隔離芯片

集成式485隔離芯片，隔離芯片和485電平轉(zhuǎn)換芯片集成在一起，如TI的ISO1410、ADI的ADM2483、納芯微的NSi83085等。該方案占用PCB面積最小，通訊速率適中，價(jià)格適中，能滿足大部分應(yīng)用。

集成式485隔離芯片方案參考電路圖

3.專用數(shù)字隔離芯片

專用的數(shù)字隔離芯片通信速率快，且相對(duì)于光耦，占用PCB面積更小，但成本相對(duì)較高。

專用數(shù)字隔離芯片方案參考電路圖

4.帶電源的隔離芯片

前三種隔離方案都是采用單獨(dú)的隔離電源模塊，而帶電源的隔離芯片集成隔離電源功能，在芯片中實(shí)現(xiàn)電源隔離和信號(hào)隔離。該芯片可對(duì)外提供3.3V或5V電源，輸出電流可達(dá)幾十到100mA，可以給通用的485電平轉(zhuǎn)換芯片供電。帶電源的隔離芯片與專用數(shù)字隔離芯片方案類似，只是不再需要單獨(dú)的隔離電源，占用PCB面積進(jìn)一步減少，但成本較高。

具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1.使用隔離器：首先，需要選擇一款適合的隔離器。常見(jiàn)的RS485隔離器有ADI的ADM2483、TI的ISO3082等。這些隔離器通常集成了RS485收發(fā)器和隔離電源，可以提供高達(dá)2500V的隔離電壓。

2.電源設(shè)計(jì)：隔離器需要兩個(gè)獨(dú)立的電源，一個(gè)用于隔離前的電路（如MCU），一個(gè)用于隔離后的電路（如RS485總線）。隔離電源可以使用隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.接口設(shè)計(jì)：RS485接口通常需要一個(gè)120歐姆的終端電阻，用于抑制信號(hào)反射。此外，還可以添加TVS二極管和磁珠，用于防止靜電放電和濾除高頻噪聲。

4.布線設(shè)計(jì)：為了減少電磁干擾，RS485的A、B線應(yīng)該盡可能地走在一起，且盡量遠(yuǎn)離高速或高電流的信號(hào)線。

5.軟件設(shè)計(jì)：在軟件中，需要正確設(shè)置RS485收發(fā)器的工作模式（如半雙工或全雙工），并根據(jù)需要設(shè)置數(shù)據(jù)速率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位。

我們需要注意的是，具體的設(shè)計(jì)可能還需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求和環(huán)境條件進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)還需要注意隔離器件的選型和質(zhì)量，確保隔離電路的穩(wěn)定性和可靠性。

485隔離電路的作用

提高通信的可靠性和穩(wěn)定性：隔離電路可以防止電氣噪聲和電氣沖擊對(duì)系統(tǒng)造成干擾，從而提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

保護(hù)設(shè)備安全：防止高電壓沖擊對(duì)設(shè)備造成損壞，從而保護(hù)設(shè)備的安全。

提高信號(hào)質(zhì)量：隔離電路可以減少信號(hào)傳輸過(guò)程中的干擾，從而提高信號(hào)的質(zhì)量。

擴(kuò)展系統(tǒng)距離：RS485接口可以支持長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸，而隔離電路可以進(jìn)一步擴(kuò)展這個(gè)距離。

提高系統(tǒng)靈活性：使得系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和布局上更加靈活，可以根據(jù)需要將設(shè)備放置在不同的位置。且RS485隔離電路方案可以與各種設(shè)備和系統(tǒng)兼容，方便系統(tǒng)的集成和擴(kuò)展。

避免地環(huán)路：防止地環(huán)路的產(chǎn)生，從而避免因地環(huán)路引起的電流過(guò)大而損壞設(shè)備。

從安全性的角度來(lái)說(shuō)，RS485隔離電路方案可以提高系統(tǒng)的可靠性、安全性和靈活性，是工業(yè)控制系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化、智能儀表和安防系統(tǒng)等領(lǐng)域的理想選擇。