采用ADM2483磁隔离器让RS485接口更简单更安全

采用ADM2483磁隔离器让RS485接口更简单更安全

摘要：本文介绍RS485的特点及应用，指出了普通RS485接口易损坏的问题，针对存在的问题介绍了以ADM2483为核心的磁隔离解决方案。

关键词：RS485 、磁隔离、ADM2483 

智能仪器仪表是随着单片机技术的成熟而发展起来的，联网通信的功能是最基本的要求。开始使用的通信接口是RS232接口，RS232接口出现的较早，此接口存在一些问题，比如接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，共地传输模式容易产生共模干扰，抗噪声干扰性弱，传输速率较低，传输距离近，只能进行点对点的通信。随后出现的RS485接口解决了这个问题。

RS485接口的特点如下：

1. RS-485的电气特性：接口的信号电平值低，采用差分信号。

2. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。

3. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。

4. RS-485传输距离远，最大的传输距离约为1200多米。

5.RS-485总线一般最大支持32个节点，可以实现总线通信。如果使用特制的485芯片如ADM2483，可以支持到256个节点。

RS-485总线标准是使用最广泛的物理层总线设计标准之一,其在工业和仪器仪表中应用的非常广泛。RS-485的应用主要在过程控制网络、工业自动化、远程终端、楼宇自动化电机控制和运动控制等领域。

在这些实际的系统中，RS-485提供多个系统之间的差分数据传输，这些系统通常相距很远，而且节点较多，一个节点出现问题会影响整个总线上的其它设备。雷击、电源波动、感应开关和静电放电会通过产生较大瞬变电压和浪涌电流对通信端口造成损害。设计人员必须确保设备不仅能在理想条件下工作，而且能够在实际可能遇到的恶劣环境下正常工作。为了确保这些设计能够在电气条件恶劣的环境下工作，必须对接口进行保护。

图一是传统未加任何保护的电路,SP3485是一款常用的RS485接口芯片，完成RS485差分信号和TTL电平之间的转换，RS485是半双工的工作模式，MCU通过控制RE和DE管脚来进行发送和接收数据模式的转换。当接口有较大瞬变电压和浪涌电流时，很容易造成接口芯片的损坏，更严重的是导致主芯片、电源和电路板等要器件不可修复的损坏，甚至导致整个总线上其它设备的损坏。接口没有做保护的设备，质量很难得到保障，还增加了维护的成本。

                                                    图一

图二是晶圆电子提供设计的以ADM2483为核心的单芯片解决方案。下面对方案进行一下介绍：

首先在输入前级，用陶瓷放电管、功率电阻和TVS 组成的初级防护电路。TVS管或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度使其阻抗骤然降低，同时吸收大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，对后级电路产生一定的保护作用。

                                                                        ADM2483

图二

但输入前级的保护是非常有限的，核心RS485的保护还得依靠ADM2483。ADM2483除了能够完成差分信号和TTL电平之间的转换，其主要功能是像一道门，将瞬变电压、浪涌电流和ESD挡在了外面，以保证后端电路的安全。加上DC/DC电压隔离模块，做到电源和地端的完全隔离。

ADM2483能保证隔离的高效可靠与其特性和优势是分不开的。ADM2483内部集成了三通道的数字隔离器、带三态输出的差分驱动器和一个带三态输入的RS485差分接收器，节点数可允许多达256个，最高传输速率可达500Kb，超低功耗工作，最大值工作电流2.5 mA，隔离电压为2500Vrms，共模抑制比大于25KV/u。是一种基于芯片尺寸的变压器隔离技术，它采用了高速CMOS工艺和芯片级的变压器技术。所以，在性能、功耗、体积等各方面都有传统光电隔离器件无法比拟的优势。由于磁隔离在设计上取消了光电耦合器中影响效率的光电转换环节，因此它的功耗仅为光电耦合器的1/6--1/10具有比光电耦合器更高的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力。同时也消除了光电耦合中不稳定的电流传输率，非线性传输，温度和使用寿命等方面的问题。ADM2483 具有热关断功能，可防止温度过高时芯片因电源的过度损耗而毁坏。具有真正的失效保护功能即当接收器输入为开路、短路、或空闲时失效保护功能可使接收器的输出逻辑变成高电平。

实践证明采用此方案后，经过前级电路对浪涌电流和瞬间电压限制和后级ADM2483的隔离，RS485接口得到了安全可靠的保护，产品质量得到全国大量用户的高度认可。