隔离式 RS-485 收发器的内部工作原理

隔离是一种防止电流在两个通信点之间流动，同时允许它们之间传输数据和电源信号的方法。隔离可防止高压损坏敏感电子元件或伤害人体。它还消除了具有较大接地电位差的通信链路中的接地环路，以保持信号完整性。

在过去十年中，立法发生了变化，现在要求在恶劣环境中运行的机器和设备对其数据传输系统实施隔离。因此，从传统的单通道隔离系统转向利用多通道隔离的应用的趋势导致引入了新的隔离组件。其中许多应用涉及电信和工业网络、医疗系统、传感器接口、电机控制和驱动系统以及仪器仪表中的数据通信。

本文重点介绍符合 RS-485 的隔离式数字接口，RS-485 一直是业界数据传输的主要标准。我们将概述 RS-485 的共模电压范围 (CMVR) 定义，并解释将收发器的信号和电源路径与本地控制器电路隔离如何使其能够承受巨大的共模电压。，我们将介绍一种基于巨磁阻 (GMR) 技术的新型 RS-485 隔离器，并讨论其相对于其他隔离技术的优势。

共模电压范围

RS-485 标准规定其共模电压范围为 ?7V 至 +12V。图 1 显示了这个范围，包括驱动器输出共模电压 (V OC )、驱动器和接收器地之间的地电位差 (GPD) 以及纵向耦合噪声 (V N )。

图 1 非隔离 RS-485 数据链路中的V CM ：V CM = V OC + GPD + V N

该驱动器设计用于在 V CM = V CC /2的共模分量周围生成对称的差分输出 (V D ) ，从而使一个输出的线路电压 V A = V CC /2 ± V D /2和互补输出端的电压 V B = V CC /2 ? V D /2。

接收器设计为仅处理指定 CMVR 内的差分信号，并抑制任何共模分量。这是通过一个内部分压器实现的，该分压器对共模和差分信号进行同等衰减（图 2）。随后的差分比较器随后建立两个衰减输入信号之间的差异，从而仅放大差分分量。

由于分压器代表每个接收器输入和接收器接地之间的共模电阻 (R CM )，因此数据链路的整个共模电压在这些电阻上下降。这意味着对于标准收发器，接收器必须在 ?7V 至 +12V 的整个 CMVR 范围内正确检测差分输入电压。

为了承受更高的共模电压 (V CM )，例如 ±25V，收发器总线 I/O 级经过重新设计，使得驱动器输出晶体管具有更高的关断电压，并且接收器分压器具有更高的分压比，这可以也需要更高的电阻值。

对于非常高的共模电压（数百伏），需要插入电流隔离栅，以消除收发器总线端子处的高压。

图 2接收器等效电路图 (a)、其共模表示 (b) 和进一步简化的 V CM 等效 (c)