TI 的所有RS-485收发器均可满足或超出可在介于-7～12V共模电压范围内操作的 TIA/EIA-485标准要求。对于更宽VCM范围的操作，诸如 SN65HCD22 的新产品将在-20V～25V的共模范围内操作。
iii. ESD
静电放电 (ESD) 对于通过线缆连接的所有电路都是非常危险的，其可能导致产生处理或外部高电压。诸如 JEDEC 人体模型 (HBM) 与IEC ESD 抗扰性测试 (IEC 61000-4-2) 等各种测试方法可用于模拟差分ESD危险。某些收发器具有集成到总线电路中的 ESD 保护功能。
典型的保护电平为 8kV～15kV，而诸如 SN65LBC184 的某些收发器可提供超过30kV的事件保护。任何特定应用所需的保护电平很难进行预测，但设计人员应考虑以下因素：
另一类电气危险是由于瞬态（浪涌）过压造成的损害。由击穿次级电源变压器的闪电或者由机器故障导致的局部电源故障会造成这类事件。IEC61000-4-5 中规定了这种危险类型的测试方法。一般通过添加外部保护二极管来提供这种能量消散的安全通道。带有集成瞬态电压抑制电路的 SN65LBC184 能够保护浪涌电压电源超过 400W 的总线输入。
iv. 一般强度
其他考虑因素与发动机控制应用的苛刻环境有关。对于高功率及工业应用来说，需要具备温度范围较大的性能。TI 提供了专门用于商业、工业、汽车和军事温度范围的 RS-485 收发器。
另一个问题是收发器的电源及电源容限。TI 认识到高电流发动机应用可能会在电源中产生压降，因此，TI 提供了一套精选的收发器，它们能够满足电源中5％或10％变化的完整性能规格。在大多情况下，即使在更大的电源变化范围内，RS-485 收发器也能运行，但是它可能无法满足所有参数规格。收发器选项包括 5V 与 3.3V 电源的产品。
b. 速度
i. 反馈环路延迟
工程师在设计数字发动机控制的通信时应考虑通信部件是否会明显增加伺服环路的延迟。一般来说，与RS-485数据传输相关的传播延迟在典型系统中可以忽略。通信延迟可分为：
ii. 传播延迟（线缆传输延迟，收发器延迟……）
收发器与介质的传播延迟主要是通过半导体器件及铜线传输电信号的物理过程造成的。收发器的典型传播延迟为10到100毫微秒量级。诸如 RS-485 的双绞线等线缆的传播延迟一般为每米5毫微秒。
相比而言，可想象一下具有 10 kHz 伺服带宽的高性能系统。因此，即使是速度非常快的系统，1微秒（1000毫微米）的收发器延迟也只是对应不到4度的相移。对于长度不到100米的线缆，由线缆延迟造成的附加相移也可以忽略不计。
iii. 信令速率
如果数据传输达到一旦数据可用就能够收发时，那么信令速率一般只受数据源的限制，而不受数据传输链的限制。例如，一旦检测到运动就异步发送脉冲的编码器。旋转编码器可以产生每转8192个、甚至32000个计数，其速率超过每秒一百万个计数。如果直接与收发器相连，不到1微秒就可将这些脉冲发送出去，而其对系统造成的延迟一般可以忽略。但是，如果控制器同步对收发器定时，则信令速率将会大大降低，同时会限制系统的性能。典型的同步信令速率为 9600bps、19200bps、115kbps 等。系统设计人员应该考虑这种信令速率对数据传输时间以及系统性能的影响。
iv. 串行通信更大的有效负载
除了传播延迟和同步信令延迟之外，与数据协议相关的编码格式也会造成延迟。出于多种原因，在数据传输方案中可能结合了编码。其中一个原因是提供错误检测方式。典型的示例是常用于验证每组8个数据位保真度的奇偶校验位。另一个示例是用于指示消息开始与结束的起始位与停止位。如果数据源具备足够复杂性来支持这些单元，诸如指令／状态代码等说明位也可以构成消息协议的一部分。
这些增加的位可为传输方案提供附加功能，但还需要传输及解码时间。因此，系统设计人员在设置系统速度要求及信令速率时必须要保证为这些"开销"位提供裕度。例如，假设一个应用带有通过三个8位字方式提供绝对位置数据的编码器。凭借 9600bps 的信令速率，反馈速度可达到每秒400个位置。但是，如果消息协议需要每条信息8个附加位（用于确定最高位字、起始位、停止位、奇偶校验位等），则有效更新速率会降低至每秒200次位置更新。
c. 多点拓扑
另一个应考虑问题的是是否有两个以上的节点在同一总线上进行通信。如果一个节点向多个接收器发送数据，则这称为多点配置。如果多个节点中的任何一个都可以控制总线并向其他节点发送数据，则这称为多点结构。当然，随着系统复杂性的增加，信令协议必须包含可确定哪个节点何时发送数据的程序。这可以避免总线争用，此时两个收发器会彼此争着设置总线电压。为安全起见，RS-485标准还要求每个收发器包含防止总线争用造成损害的保护功能。这就是说，如果两个驱动器出现相反的有源状态时，则两者均不会因为争用共享总线上的电压电平而遭受损害。
利用 RS-485 信令技术，在多点分配中可将32个节点（或者如果采用更低单元负载的收发器，可达到256个节点）连接到相同的双绞线线缆上。这可简化多轴、多传感器系统中的布线。
所选的信令速率应足够高，以便允许所有节点都能够满足各自的更新要求。TIA/EIA-485 标准建议信令速率为 10Mbps。虽然这种速率已经完全满足大多系统的需要，但某些收发器为满足最苛刻高速系统的需求，具有可提供超过 30Mbps 信令速率的能力。
多个标准协议均采用了基于 RS-485 的信令技术。这些协议可实施各种方法来设置消息格式，检查错误，进行多点总线控制及协商信令速率。发动机与传动控制常用的协议包括Modbus、Profibus 及 Interbus-S。每种协议均由不同厂商及商业机构所支持，并且专门针对不同网络条件而进行优化。
III. 应用示例
a. 到高性能伺服驱动器的阶跃与方向指令
由于时间限制删除了这部分内容
b. 来自高分辨率增量式编码器的编码器反馈信号
在图7的应用示例中，RS-485信令技术用于向传动控制器报告编码器信息。将传动控制器放置到离编码器一定距离的地方非常必要，这主要是因为空间的限制或者出于轻松接入控制器的需要。
在此示例中有4个点对点配置信号，因此需要一个四通道驱动器与一个四通道接收器。在总线的接收端需要一个终端电阻，以匹配线缆阻抗并从而消除信号反射。最佳驱动器和接收器芯片的选择将取决于多个因素：
IV. 结论
RS-485 信令提供了可应对众多数字发动机控制通信挑战的解决方案。
总之，适当的信令速率、强大可靠的功能以及广泛的精选收发器使这种技术能够非常好地适应大多数数字传动控制应用。
Clark Kinnaird是一名系统工程师，目前就职于达拉斯 德州仪器 高性能模拟部门。他负责设计新型数据传输产品，其中包括RS-485和CAN收发器。此外，他还为设计人员提供系统分析、电气设计和详细实验室测试支持。Clark Kinnaird还在南卫理工会大学 (SMUP) 教授电气工程课程。
Clark Kinnaird于1999年获得SMU的电气工程博士学位。另外，他还拥有电气工程硕士学位和核工程学士学位。Kinnaird博士在多个领域已经获得和正在申请多项专利，并当选为Eta Kappa Nu和Phi Kappa Phi协会荣誉会员。Clark Kinnaird也是IEEE会员，并且是德克萨斯州注册职业工程师。
参考书目：
