导言
“规范的美妙之处在于有如此之多的挑选。”这句话出现在最近一次关于光缆的会议中，但相同也适用于电气接口规范。跟着不同行业界串行数据规范的独立开展，咱们具有的规范从未如此之多。
PC和电信运用领域最成功的串行数据规范或许便是RS-232。相相似，RS-485和RS-422也在工业运用领域最成功的规范之列。这些规范并不直接兼容。但是，关于操控和仪器仪表运用，往往有必要在不同规范之间进行通讯。本文评论不同的规范(物理层目标)，介绍怎么将一种规范转化为另一种规范，并演示如安在相同运用中组合不同的规范。
RS-232电气目标和典型衔接
RS-232链路开端用于支撑IBM PC上的调制解调器和打印机运用。但是，该规范现在支撑各种外设与PC通讯。RS-232规范界说为单端规范，用于以较低波特率(<20kbps)进步串行通讯间隔。多年以来，该规范几经改动，以支撑较快的驱动器，例如MAX3225E，该器材能供给1Mbps数据传输速率。为了兼容RS-232，MAX3225E等收发器有必要满意表1所列的电气目标。从典型衔接(图1)可看出，运用硬件握手来操控数据流。
表 1. RS-232规范的首要电气目标汇总
| 参数 | 条件 | 最小 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 驱动器输出电压，开路 | 25 | V | ||
| 驱动器输出电压，带载 | 3kΩ < RL < 7kΩ | ±5 | ±15 | V |
| 驱动器输出电阻，关断 | -2V < V < 2V | 300 | ||
| 电压改动率 | 4 | 30 | V/µs | |
| 最大负载电容 | 2500 | pF | ||
| 接纳器输入电阻 | 3 | 7 | kΩ | |
| 接纳器输入门限： | ||||
| 输出 = 串号(逻辑1) | -3 | V | ||
| 输出 = 空号(逻辑0) | 3 | V | ||
图1. 典型的RS-232衔接。
典型RS-232信号(图2，CH1)的摇摆规模为正和负。留意左边坐标轴上0V踪影符号的相对方位。虽然RS-232数据为反相，从TTL/CMOS到RS-232然后再回来至TTL/CMOS的转化康复了数据的原始极性。RS-232的典型传输间隔很少超越100英尺。原因有两个：首要，发送电平(±5V)和接纳电平(±3V)之差只答应有2V的共模按捺；第二，较长电缆的分布电容或许超越规则的最大负载(2500pF)，然后下降摆率。因为RS-232被规划为点对点接口，并非多节点接口，所以其驱动器的目标为3kΩ至7kΩ单负载。因而，多节点接口运用一般选用菊链的衔接办法(图3)。
图2. RS-232接纳器支撑双极性输入信号(上部踪影，CH1)，输出反相的TTL/CMOS信号(底部踪影，CH2)。
图3. 菊链办法答应在单个RS-232链路上挂接多个从机接纳器。
菊链设备及其约束
在菊链装备中，RS-232信号经过第一个接纳器，并环回至发送器。对数据发送线中之后的器材重复该装备。该项技能的首要问题是电缆开裂。假如从机1和从机2之间产生开裂，阻碍一切下行器材发送或接纳数据。另一种多节点RS-232技能涉及到预缓冲或RS-232输出升压驱动(使其驱动多个并联的5kΩ输入)。
为防止菊链网络相关的问题，Maxim开发了MAX3322E/MAX3323E，专门规划用于多节点运用。这些共同的器材选用了5kΩ逻辑开关输入电阻。器材未被选中时，其输入电阻坚持为高阻态，答应与共用总线上的其它器材持续通讯。
另一种处理菊链网络问题的计划是将RS-232 Rx和Tx信号转化为RS-422信号(见表2)。RS-422为差分规范，答应传输间隔长得多。RS-422较高的输入阻抗，与其较高驱动才能相结合，答应衔接多达10个节点(图4)。RS-422的另一种优势是独立的发送和接纳通路，无需方向操控。能够运用软件(XON/OFF握手)或硬件(一组独立的双绞线)完成器材之间必要的握手。MAX3162供给了RS-232和RS-422之间进行信号转化的经济途径。更多信息请拜见下文的RS-232/RS-485协议转化器部分。
表 2. RS-422要害目标汇总
| 参数 | 条件 | 最小 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 驱动器输出电压，开路 | ±10 | V | ||
| 驱动器输出电压，带载 | RL= 100Ω | 2 -2 |
V | |
| 驱动器输出电阻 | A至B | 100 | Ω | |
| 驱动器输出短路电流 | 每输出至公共衔接 | 150 | mA | |
| 驱动器输出上升时间 | RL= 100Ω | 10 | %位宽 | |
| 驱动器共模电压 | RL= 100Ω | ±3 | V | |
| 接纳器灵敏度 | VCM<±7V | ±200 | mV | |
| 接纳器共模电压规模 | -7 | 7 | V | |
| 接纳器输入电阻 | 4 | kΩ | ||
| 差分接纳器电压 | 可作业 | ±10 | V | |
| 可接受 | ±12 | V |
图4. 典型RS-422体系答应差分传输线路上挂接多达10个接纳器。
RS-485与RS-422的差异及其在运用中的运用
RS-422和RS-485收发器往往简略混杂，往往将其中一个作为另一个的全双工版别。但是，其共模规模及接纳器输入电阻方面的电气差异使得这些规范适合于不同的运用。因为RS-485满意一切的RS-422规范(表3)，RS-485驱动器可用于RS-422运用。但是，相反则不建立。RS-485驱动器的共模输出为-7V至+12V，而RS-422的共模规模仅为±3V。RS-422驱动器的最小接纳器输入电阻为4kΩ，而RS-485驱动器则为12kΩ。
表3. RS-485要害目标汇总
| 参数 | 条件 | 最小 | 最大 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 驱动器输出电压，开路 | 1.5 -1.5 |
6 -6 |
V V |
|
| 驱动器输出电压，带载 | RL= 100Ω | 1.5 -1.5 |
5 -5 |
V V |
| 驱动器输出短路电流 | 每输出至公共衔接 | ±250 | mA | |
| 驱动器输出上升时间 | RL= 54Ω CL= 50pF |
30 | %位宽 | |
| 驱动器共模电压 | RL= 54Ω | ±3 | V | |
| 接纳器灵敏度 | -7V < VCM< 12V | ±200 | mV | |
| 接纳器共模电压规模 | -7 | 12 | V | |
| 接纳器输入电阻 | 12 | kΩ |
为下降接线费用以及到达较长的线长，RS-485收发器已经成为出售终端、工业及电信运用领域广泛选用的规范。RS-485较宽的共模规模也支撑较长的线长和较高的每节点输入电阻，答应总线上衔接较多的节点(图5)。
图5. 与RS-422比较，RS-485衔接较高的输入阻抗和较宽的共模规模，支撑较长的线长。
差分RS-485传输(图6)在双绞线电缆的每一根线上产生相反的电流和磁场，穿插抵消每根线周围的反向磁场，然后将辐射电磁搅扰(EMI)降至最小。为了在较长电缆或较高数据率下进行传输，电缆作为传输线，并应运用电缆的特征阻抗进行端接。RS-485衔接的这个方面简略引起混杂。传输线需求端接吗？假如需求，应怎么端接？假如规划者不是最终用户，这些问题应该留给装置方来处理吗？关于大多数RS-485收发器，数据资料标出了电缆作为传输线时不端接和简略点对点端接之间的简略挑选(图7)。A-B端子之间的端接电阻是无害的。默许情况下，应该在总线上最终一个收发器处对传输进行端接。
图6. RS-485线上的反极性信号穿插抵消了互相的磁场，然后将EMI降至最小。以上示波器截屏上的GND基准经过搬移(偏移)，明晰显现RS-485输出信号的相反极性。
图7. 传输线端接电阻的挑选取决于详细运用。
失效维护
确认是否需求端接电阻仅仅是完成RS-485体系时面对的问题之一。正常情况下，假如A比B大+200mV或更多，RS-485接纳器输出为“1”；假如B比A大200mV或更多，收发器输出为“0”。在半双工RS-485网络中，主机收发器在向从机发送音讯后，将总线置于三态。所以，假如没有信号驱动总线，接纳器输出状况则无界说，因为A和B之差趋向于0V。假如接纳器输出RO为“0”，从机将其解释为新的开端位，并测验读取随后的字节。因为不会产生中止位，所以成果便是成帧过错。总线变为无主，网络中止。
不幸的是，关于0V差分输入，不同芯片测验中会产生不同的输出信号。原型或许正常作业，但特定的节点在出产测验中却失利。为处理这一问题，如图7中多节点/失效维护端接所示，对总线进行偏置。偏置总线，保证总线为三态时的接纳器输出坚持为“1”。或许，您可运用“真失效维护”接纳器，例如MAX3080 (5V)和MAX3070 (3V)系列产品。这些器材将接纳器的门限改为-50mV，保证差分输入为0V时RO输出为“1”。
RS-232/RS-485协议转化器
MAX3162为一款很共同的器材，包含RS-232和RS-485接纳器和发送器。宽规模通讯器材包含在单片%&&&&&%中，支撑在RS-232和RS-485信号之间双向独立转化。图8所示的电路中，MAX3162装备为在点对点运用中双向转化RS-232和RS-485信号。
图8. MAX3162在点对点运用中双向转化RS-232和RS-485信号。
图9所示为MAX3162装备为RS-232/RS-485多节点协议转化器。转化方向由RTS信号R1IN操控。单端RS-232接纳器输入信号转化为差分RS-485发送器输出；相似地，差分RS-485接纳器输入信号转化为单端RS-232发送器输出。R2IN上接纳的RS-232数据在Z和Y上作为RS-485信号发送；A和B上接纳的RS-485信号在T1OUT上作为RS-232信号发送。
RTS线为共用线，用于操控转化RS-232和RS-485的电路总线方向。该线在RS-232端口上操控RS-485收发器作为发送器仍是接纳器(图9)。留意，体系不确认UART发送缓冲器中的数据字节是否已发送，除非体系监测RS-485驱动器的输入DI。也便是说，体系有必要答应固定延时或自动监测DI输入，然后再运用DE输入来改动总线方向。
其它方向操控技能包含运用微操控器以及运用数据驱动DE输入，一起轮询A-B线电压差(运用上拉电阻将A衔接至5V，运用下拉电阻将B衔接至地)。这些电阻的值随电缆电容改动，但典型值为1kΩ。
图9. MAX3162在多节点运用中双向转化RS-232和RS-485信号。
端口供电器材
许多RS-232至RS-485转化器为“端口供电转化器”，此刻经过RS-232 RTS线(或许有时为RTS和CTS (DTR)线的组合)为RS-485供电。因为RS-232端口可用的功率是有限的，当一个端口供电转化器与(比方) 100个RS-485端点合作运用时，就达不到RS-485的发动电压。但是，较低的接纳器门限(200mV)答应较好的差错裕量。该技能被广泛用于线路较短以及A-B端点间没有端接电阻的体系。
热插拔
电路板刺进到正在作业或带电背板时，对数据总线的差分搅扰会形成数据过错。刺进电路板时，数据通讯处理器首要进入其上电序列。在此期间，处理器逻辑输出驱动器为高阻态，不能将MAX3060E/MAX3080E的DE和/RE输入驱动到规则的逻辑电平。处理器逻辑驱动器为高阻态时的漏电流高达±10mA，或许会形成收发器的规范CMOS使能输入产生漂移，处于不正确的逻辑电平。此外，电路板的寄生%&&&&&%或许形成VCC或GND耦合到使能输入。假如不支撑热插拔，这些要素会过错地使能收发器的驱动器或接纳器。
