本文主要讨论如何设计 RS485 接口电路，以及简单介绍接口电路设计通常涉及到几个关键要素。
什么是 RS485？
RS485 是半双工通信，半双工通信 指的是通道在一个时刻只能处于接收或者是发送。RS485 的特点是支持多节点传输、传输距离远、抗干扰能力强，RS485 可以连接多个 485 设备，信号的速率可达到 10Mbps。通过 AB 两线之间的压差来判断是逻辑电平 1 或者逻辑电平 0，当 AB 间的电压差大于 200mV 时为高电平 1，小于 200mV 时为逻辑电平 0。一般会在首末两端接 120Ω 电阻，其作用是进行阻抗匹配，消除信号反射。
RS485 硬件电路设计
RS485 电路设计可以分为 隔离型 和 非隔离型 ，下图是非隔离型电路，B 端接到 GND 下拉，A 端通过上拉电阻为高电平，是为了保证 A 和 B 之间的压差大于 200mV。DE 和 RE 引脚是发送和接收使能，RE 为低时，为接收使能；DE 为高时，是发送使能。应用中一般是两者连接在一起，通过 IO 口（RS485_EN）控制，因为芯片要么是处于接收，要么处于发送，因此在发送数据的前，给 RS485_EN 信号为高电平，接收数据就给低电平。
RS485 自动收发电路硬件设计
自动收发电路相比较普通的 485 电路，区别在于多一个晶体管控制 485 的使能引脚。R9 限流电阻一般是 4.7K，R8 上拉电阻一般也是 4.7K，使能引脚在晶体管没有导通时被上拉。
接收数据时： 接收数据引脚是芯片的第一引脚也就是网络标签 RS485_RX，在接收数据过程中，RS485_TX 引脚保持高电平，VGS 为高电平，NPN 三极管 Q1 就导通，RE 和 DE 相连的引脚通过晶体管下拉到 GND，此时接收使能，处于接收状态。
发送数据时： 发送数据引脚是 RS485_TX，应该 RS485_TX 发送 1，晶体管导通，RE 和 DE 的电平为低，RS485 收发芯片没有打开，由于常态下 485 为高电平，此时数据就是高；当 RS485_TX 发送 0 时，晶体管不导通，此时 485 收发芯片的发送使能为高，DI 由于一直被下拉到 GND，所以发出去的数据为 0。这样就实现了 485 的自动收发。
发送具体解析：
RS485_TX 发送 1，VGS 高电平，NPN 三极管导通，使能引脚是低电平，发送失效，接收使能，处于接收状态。由于 SP3485 芯片的 AB 引脚是高阻状态，R4 把 A 拉高，R5 把 B 拉低，所以 AB 传输的是 1。即 RS485_TX 发送 1 时，AB 引脚发送 1。
RS485 接口防雷电路设计
接口防护电路
L1 是共模电感，共模电感衰减共模噪声，增强抗干扰能力，一般选择 120Ω/100MHz。C3 电容的作用是为了隔开接口地和数字地，一般选择 1000pF。为了达到 EMC 防护要求，差模信号 2kV，共模信号 6kV，在接口处会预留上气体放电管、热敏电阻、TVS 管组成防护电路。
RS485 接口电路 PCB 的 GND 设计
虚线处的防护器件要尽量靠近接口，摆放紧凑整齐，先放防护器件再放滤波器件。
RS485 接口电路设计通常涉及到几个关键要素，包括信号传输、电气隔离、噪声抑制、保护措施以及电源和控制逻辑设计等。
关键要素
信号线选择与布线
• 使用一对双绞线作为差分信号线（A 和 B），通常选用屏蔽双绞线电缆以减少电磁干扰。
• 保持 A 和 B 线长度尽可能相等，以减少信号延迟差异，保证信号的完整性。
共模电感和滤波
• 在信号线入口处加入共模电感 L1，用于抑制共模干扰，推荐阻抗范围为 120Ω/100MHz ~ 2200Ω/100MHz。
• 可能还需要并联去耦电容和 TVS 管等元件，进一步提高抗干扰能力。
收发器芯片选择
• 常见的收发器芯片有 SP3485、MAX485 等，它们将 TTL/CMOS 逻辑电平转换为 RS485 差分信号。
• 需要关注 RE、DE 以及 RO 等控制引脚的连接逻辑，通常 RE 和 DE 可以连接在一起通过单个控制信号控制发送/接收模式。
偏置和终端电阻
• A 信号线可能需要上拉电阻（如 10kΩ 至 4.7kΩ），以确保在空闲时的电压状态，B 信号线可能需要下拉到 GND。
• 在总线的两端或适当位置放置 120Ω 终端电阻，以减少信号反射和改善信号质量。
防雷击和浪涌保护
• 可以在信号线上添加 TVS 管和/或自恢复保险丝，用于过压和浪涌保护，提高电路的鲁棒性。
• 对于高风险环境，考虑加入 6kV 以上的防雷击保护电路设计。
EMC 设计
• 保证良好的接地设计，特别是接口地的处理，有时单板地与外壳直接连接，通过 1000pF 电容耦合。
• 电路板布局时注意电源和信号线的分离，减少交叉干扰，增加滤波和退耦电容。
控制逻辑
• 根据应用需求，设计控制逻辑电路或使用 MCU 控制发送使能信号，实现自动或手动切换。
• 对于自动收发电路设计，可能需要更复杂的逻辑来自动管理发送和接收状态，以适应不同通信场景。
RS485 接口设计不仅关注电气特性，还需要综合考虑 EMC、可靠性、安全性等因素，确保在复杂工业环境中的稳定通信。
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来源：玩转嵌入式
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