信號鏈基礎知識:工業遠距離通信使用的RS232至R

要求遠距離或者在多個RS-232應用之間實現RS-232數據傳輸的一些工業用數據鏈路，通常都使用RS-232到RS-485轉換器。盡管存在高達±13V的高信號擺幅，但RS-232仍然是一種非平衡或單端接口，而且本身極易受噪聲影響。它的總線最大長度被限定在20米(60英尺)左右。盡管允許進行全雙工數據傳輸(通過一些單獨的信號導線同時發送和接收數據)，但是RS-232并不支持在同一條總線上連接多個節點。

　　與之形成鮮明對比的是，RS-485是一種使用差分信號傳輸的平衡接口，從而讓其擁有較高的共模噪聲抗擾性。因此，延長RS-232數據鏈路傳輸距離和實現多總線節點連接，要求通過接口轉換器將其轉換為RS-485信號(參見圖1)。

　　圖 1 短距、點對點數據鏈路到遠距、多點網絡的轉換

　　圖2顯示了一個低功耗、隔離式轉換器設計的原理圖。這里，一臺個人計算機(PC)的RS-232串行端口連接至左側的SUB-D9接口。

　　圖2 使用自動選向控制的隔離式RS-232到RS-485轉換器。

　　個人計算機串行端口包含一個RS-232驅動器和接收器芯片，芯片將其內部5V邏輯信號轉換為接口處更高的±8V到±13V電平。這些高壓總線信號再通過另一個RS-232芯片轉換回標準邏輯電平，以同RS-485收發器進行通信。

　　在發送方向，485收發器將來自RS-232接收器輸出的邏輯信號轉換成差分總線信號。在接收方向，它將差分總線信號轉換成進入RS-232驅動器輸入端的單端、低壓信號。

　　RS-485收發器包括一個電容式隔離層，其實現總線端與邏輯控制端之間的電流隔離，從而消除了總線節點之間的接地電流。

　　在總線端，這種轉換器設計擁有數個確保可靠數據傳輸的元件。跳線J1和J2在總線空載期間激活故障保護偏壓網絡。如果這種轉換器安裝在總線端，則通過跳線J3可以實現一個120歐姆端接電阻器。

　　一個瞬態抑制器通過鉗制接地電位，保護收發器免受危險瞬態過電壓的損害。為了將瞬態電流分流至地電位，要求使用一個高壓電容器，以在浮動總線接地和保護接地(PE)之間提供AC耦合。一般而言，我們使用一條短單芯導線(18 AWG)來實現到PE端或機殼接地的連接。

　　信號通路隔離還要求電源隔離。這里，我們通過一個低壓降電壓調節器(LDO)對總線電源(3.3V到10V)進行調節。然后，把它用于收發器總線電源(Vcc2)和一個隔離式DC/DC轉換器。這種轉換器由變壓器驅動器、隔離變壓器和一個次LDO(為邏輯端電路供電)組成。