RS-485 总线能挂多少台设备,看的是收发器的单位负载;总线空闲时数据稳不稳,看的是接收器 fail-safe 覆盖哪几种情况。本文用 TI SN65HVD75D 与 ADI MAX3485ESA、ADM485JRZ、MAX490ESA 四个真实型号,说明 32 个单位负载的预算怎么分、带终端电阻的空闲总线为什么会出乱码,以及温度后缀和全双工接法上的采购风险。
一条 RS-485 总线能挂多少台设备,不是由总线本身决定的,而是由每颗收发器呈现给总线的负载决定。TI 的 RS-485 设计指南写明,符合标准的驱动器要能带动 32 个单位负载(1 个单位负载约相当于 12kΩ)。收发器是 1 个单位负载,就是 32 台;是几分之一个单位负载,台数就按比例放大。
第二件事是总线空闲时的状态。两端接上 120Ω 终端电阻后,没人发送时总线差分电压接近 0V,标准对这时接收器输出什么没有规定。只保证「开路」fail-safe 的收发器,在这种情况下可能输出随机电平,表现为空闲时收到乱码或误触发。
按这两点看本文四个型号:TI SN65HVD75D 是 3/20 个单位负载,手册给出最多 213 台,开路、短路和带终端的空闲总线三种情况都保证输出确定;ADI MAX3485ESA、ADM485JRZ、MAX490ESA 都是 1 个单位负载、最多 32 台,fail-safe 只覆盖开路。另外 ADM485JRZ 是 0~70℃ 商业级,不适合直接用在户外或工业宽温设备上。
楼宇自控、抄表集中器、多门禁分机、仪表组网和配电监测这类系统,一条总线常常要挂几十台从机,而且大部分时间总线是空闲的,主站轮询时才有数据。节点一多,1 个单位负载的收发器很快就到上限;总线一长,两端必须加终端电阻,空闲状态的问题就跟着出现。新项目在选收发器时把这两点算清楚,比现场出问题后再加偏置电阻、换料要省事得多。
| 项目 | SN65HVD75D | MAX3485ESA | ADM485JRZ | MAX490ESA |
|---|---|---|---|---|
| 厂家 | TI | ADI | ADI | ADI |
| 供电 | 3V~3.6V | 3.0V~3.6V | 5V ±5% | 5V ±5% |
| 双工方式 | 半双工(2 线) | 半双工(2 线) | 半双工(2 线) | 全双工(4 线),无收发使能脚 |
| 最高速率 | 20Mbps | 10Mbps | 5Mbps | 2.5Mbps |
| 单位负载与手册最多台数 | 3/20 单位负载,最多 213 台 | 1 个单位负载,32 台 | 1 个单位负载,32 台 | 1 个单位负载,32 台 |
| fail-safe 保证范围 | 开路、短路、带终端的空闲总线 | 仅开路 | 仅开路 | 仅开路 |
| 本料号温度范围 | -40℃~125℃ | -40℃~+85℃ | 0℃~70℃(J 档商业级) | -40℃~+85℃ |
| 封装 | SOIC-8 | 8 SO | 8 引脚 SOIC | 8 SO |
ADI 的 RS-485 应用笔记 AN-960 给出了对应关系:1 个单位负载的收发器最多 32 台,1/2 为 64 台,1/4 为 128 台,1/8 为 256 台。不同单位负载的器件可以混挂在同一条总线上,只要加起来不超过 32 个单位负载。TI 的另一份应用笔记也说明,RS-485 标准本身并不规定最大节点数,真正的上限来自驱动器的带载能力。
需要特别注意 SN65HVD75D 的数字:它是 3/20 个单位负载,不是常见的 1/8,手册给出的上限是 213 台,首页写作「超过 200 个节点」。按 256 台去规划总线会多算 40 多台。
外加的偏置电阻也会占用这份预算。TI 在一篇关于空闲总线无源 fail-safe 的文章里给出的算例中(一端 120Ω 终端,另一端用 549Ω 偏置电阻配 133Ω 终端),总线只剩约 10 个单位负载,相当于 80 个 1/8 单位负载的节点。所以「加偏置电阻解决空闲乱码」和「挂更多节点」这两件事是互相挤占的。
SN65HVD75D 是 TI 的 3.3V 半双工收发器,供电 3V~3.6V,最高 20Mbps,SOIC-8 封装,本料号工作温度 -40℃~125℃,TI 产品状态为 Active。它的接收器在总线开路、短路和带终端电阻的空闲三种情况下都保证输出确定电平,总线引脚 ESD 在手册中给出人体模型 ±15kV、IEC 接触放电 ±12kV。
对于节点多、总线长、主站轮询间隔长的系统,它可以省掉外部偏置电阻,也就不用为偏置让出单位负载。3.3V 主控直接供电,不需要再做 5V 电源。
MAX3485ESA 供电 3.0V~3.6V,半双工,最高 10Mbps,1 个单位负载,8 SO 封装,-40℃~+85℃。它适合节点数在 32 台以内的 3.3V 控制器和采集模块。它的 fail-safe 只覆盖开路,总线两端接了终端电阻时,空闲状态需要靠外部偏置电阻或软件协议处理。
ADM485JRZ 是 5V ±5% 供电的半双工收发器,最高 5Mbps,1 个单位负载,8 引脚 SOIC。按 ADI 数据手册的订货表,J 档是 0℃~70℃ 商业级,R 表示窄体 SOIC,Z 表示符合 RoHS。它适合室内机柜里的 5V 控制板;户外机箱和工业宽温设备应改用 A 档(-40℃~+85℃)的 ADM485ARZ,这个料号需要单独询价。
MAX490ESA 是 5V 全双工收发器,驱动器和接收器各占一对线,共 4 线,最高 2.5Mbps,1 个单位负载,8 SO 封装,-40℃~+85℃。它没有 DE、RE 使能脚(ADI 选型表中收发使能一栏为 No),不能像半双工器件那样切换收发方向,所以适合点对点连接,或者主站发、从站收的 4 线结构,不能当成普通的 2 线半双工收发器直接替换。按 AN-960,全双工总线只需要在主站接收端和最远从站的接收端各接一只终端电阻。
TI 设计指南建议在电缆两端各接一只 120Ω 终端电阻。总线空闲时,差分电压被终端电阻拉到接近 0V,只保证开路 fail-safe 的接收器输出就不确定了。处理方法有两种:一是选 SN65HVD75D 这类明确保证空闲总线状态的收发器;二是在总线上加上拉、下拉偏置电阻,把空闲差分电压撑到接收门限以上。
偏置电阻的取值和供电、终端电阻、要求的差分电压都有关,各家文档的前提不同,数值也不同:TI 设计指南的算例是两只 523Ω 配 120Ω 终端(5V 降 5%、要求 250mV);ADI AN-960 的算例是 5V 时 1440Ω、3V 时 960Ω(120Ω 终端、要求 200mV)。实际项目要按自己的供电和终端接法重新计算,并把偏置占用的单位负载一起算进节点预算。
TI 设计指南写的是 100kbps 时最长约 4000 英尺(约 1200m),并给出经验法则:线长(m)乘以速率(bps)小于 10 的 7 次方。换更快的收发器并不能让总线拉得更长,长线项目应该先把速率降下来。
MAX3485ESA、SN65HVD75D 这类 3.3V 收发器和 ADM485JRZ 这类 5V 收发器,总线侧都按 RS-485 标准规定的驱动门限设计,因此可以接在同一条总线上。不过两家手册都没有专门针对混用给出说明,新旧设备混网时建议在样机上用实际线缆跑一遍满载通信。
如果您手上有现行 BOM 的完整料号、总线节点数、供电电压和温度要求,晟雅泰可以按这几个条件整理 TI、ADI 的 RS-485 候选型号,并提供现货与替代料的报价。
本文出自 SUNTEC 晟雅泰(苏州晟雅泰电子有限公司)技术团队。
标准要求驱动器能带 32 个单位负载。收发器是 1 个单位负载时最多 32 台;1/8 单位负载时可到 256 台。TI SN65HVD75D 是 3/20 个单位负载,手册给出最多 213 台。外加的偏置电阻也会占用这部分预算。
两端接 120Ω 终端电阻后,空闲时差分电压接近 0V,标准没有规定接收器此时的输出。只保证开路 fail-safe 的收发器可能输出随机电平。可以选择保证空闲总线状态的收发器,或在总线上加偏置电阻。
ADM485JRZ 是 J 档,工作温度 0℃~70℃,属商业级。户外或工业宽温设备应选 A 档的 ADM485ARZ(-40℃~+85℃),需单独询价。
不可以直接替换。MAX490ESA 是 4 线全双工器件,没有收发使能脚;MAX485 类是带 DE、RE 使能的 2 线半双工。两者接线方式和使用场景都不同。
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