采用ADM2483磁隔離器讓RS485接口更簡單更安全

摘要：本文介紹RS485的特點及應用，指出了普通RS485接口易損壞的問題，針對存在的問題介紹了以ADM2483為核心的磁隔離解決方案。

關鍵詞：RS485 、磁隔離、ADM2483

智能儀器儀表是隨著單片機技術的成熟而發展起來的，聯網通信的功能是最基本的要求。開始使用的通信接口是RS232接口，RS232接口出現的較早，此接口存在一些問題，比如接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，共地傳輸模式容易產生共模幹擾，抗噪聲幹擾性弱，傳輸速率較低，傳輸距離近，只能進行點對點的通信。隨後出現的RS485接口解決了這個問題。

RS485接口的特點如下：

1. RS-485的電氣特性：接口的信號電平值低，采用差分信號。

2. RS-485的數據最高傳輸速率為10Mbps。

3. RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模幹擾能力增強，即抗噪聲幹擾性好。

4. RS-485傳輸距離遠，最大的傳輸距離約為1200多米。

5.RS-485總線一般最大支持32個節點，可以實現總線通信。如果使用特制的485芯片如ADM2483，可以支持到256個節點。

RS-485總線標準是使用最廣泛的物理層總線設計標準之一,其在工業和儀器儀表中應用的非常廣泛。RS-485的應用主要在過程控制網絡、工業自動化、遠程終端、樓宇自動化電機控制和運動控制等領域。

在這些實際的系統中，RS-485提供多個系統之間的差分數據傳輸，這些系統通常相距很遠，而且節點較多，一個節點出現問題會影響整個總線上的其它設備。雷擊、電源波動、感應開關和靜電放電會通過產生較大瞬變電壓和浪湧電流對通信端口造成損害。設計人員必須確保設備不僅能在理想條件下工作，而且能夠在實際可能遇到的惡劣環境下正常工作。為了確保這些設計能夠在電氣條件惡劣的環境下工作，必須對接口進行保護。

圖一是傳統未加任何保護的電路,SP3485是一款常用的RS485接口芯片，完成RS485差分信號和TTL電平之間的轉換，RS485是半雙工的工作模式，MCU通過控制RE和DE管腳來進行發送和接收數據模式的轉換。當接口有較大瞬變電壓和浪湧電流時，很容易造成接口芯片的損壞，更嚴重的是導致主芯片、電源和電路板等要器件不可修復的損壞，甚至導致整個總線上其它設備的損壞。接口沒有做保護的設備，質量很難得到保障，還增加了維護的成本。

圖一

圖二是晶圓電子提供設計的以ADM2483為核心的單芯片解決方案。下面對方案進行一下介紹：

首先在輸入前級，用陶瓷放電管、功率電阻和TVS 組成的初級防護電路。TVS管或稱瞬變電壓抑制二極管是在穩壓管工藝基礎上發展起來的一種新產品，當TVS管兩端經受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度使其阻抗驟然降低，同時吸收大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數值上，對後級電路產生一定的保護作用。

ADM2483

圖二

但輸入前級的保護是非常有限的，核心RS485的保護還得依靠ADM2483。ADM2483除了能夠完成差分信號和TTL電平之間的轉換，其主要功能是像一道門，將瞬變電壓、浪湧電流和ESD擋在了外面，以保證後端電路的安全。加上DC/DC電壓隔離模塊，做到電源和地端的完全隔離。

ADM2483能保證隔離的高效可靠與其特性和優勢是分不開的。ADM2483內部集成了三通道的數字隔離器、帶三態輸出的差分驅動器和一個帶三態輸入的RS485差分接收器，節點數可允許多達256個，最高傳輸速率可達500Kb，超低功耗工作，最大值工作電流2.5 mA，隔離電壓為2500Vrms，共模抑制比大於25KV/u。是一種基於芯片尺寸的變壓器隔離技術，它采用了高速CMOS工藝和芯片級的變壓器技術。所以，在性能、功耗、體積等各方面都有傳統光電隔離器件無法比擬的優勢。由於磁隔離在設計上取消了光電耦合器中影響效率的光電轉換環節，因此它的功耗僅為光電耦合器的1/6--1/10具有比光電耦合器更高的數據傳輸速率、時序精度和瞬態共模抑制能力。同時也消除了光電耦合中不穩定的電流傳輸率，非線性傳輸，溫度和使用壽命等方面的問題。ADM2483 具有熱關斷功能，可防止溫度過高時芯片因電源的過度損耗而毀壞。具有真正的失效保護功能即當接收器輸入為開路、短路、或空閑時失效保護功能可使接收器的輸出邏輯變成高電平。

實踐證明采用此方案後，經過前級電路對浪湧電流和瞬間電壓限制和後級ADM2483的隔離，RS485接口得到了安全可靠的保護，產品質量得到全國大量用戶的高度認可。

采用ADM2483磁隔離器讓RS485接口更簡單更安全