一種微功耗的RS485中繼器的設計方案

引 言：

　　在通信距離為幾十米到上千米時，RS485收發(fā)器被廣泛使用。RS485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。

　　使用RS485總線，一對雙絞線就能實現(xiàn)多站聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)。它的設備簡單、價格低廉、能進行長距離通信，故在工程項目中得到了廣泛應用。但是如果工程需要更長的通信距離，超出RS485接口能夠提供的可靠傳送數(shù)據(jù)范圍時，單一的RS485通信控制芯片對就無法完成了。這時，必須在傳輸線路中增加中繼器。

　　筆者在長期實踐的基礎(chǔ)上，設計了一種微功耗的RS485中繼器，經(jīng)實地測試，通信距離可達原來的1.8倍。

　　1 中繼器原理

　　中繼器原理圖如圖1所示。其中，U1和U2是中繼器的收發(fā)芯片對，負責數(shù)據(jù)的收發(fā)或發(fā)收，采用SIPex公司的3V低功耗芯片SP3485，單片待機時電流為10 μA，其他邏輯電路均采用HC型，待機電流2 μA，大大降低了系統(tǒng)功耗。

　　圖1原理圖

　　低待機電流和真失效保護是該應用的兩個關(guān)鍵特性。RS485是一種半雙工通信標準，必須控制好總線的收發(fā)狀態(tài)。當RS485輸入開路，或者已經(jīng)終端匹配且沒有驅(qū)動的情況下，U1和U2將使其接收端輸出(RO)為高電平。在差分輸入端A1和B1處，如果有輸入的字節(jié)數(shù)據(jù)時，則在U1的RO端將產(chǎn)生一個電壓躍變，由觸發(fā)器74HC74及與非門74HC00組成的狀態(tài)機在RO的下降沿鎖定為ON狀態(tài)。狀態(tài)機將U2的驅(qū)動器使能引腳(DE)拉為高電平，使輸入數(shù)據(jù)字節(jié)從U2以RS485電平轉(zhuǎn)發(fā)出去。

　　狀態(tài)機一直監(jiān)視RO引腳的電壓躍變。當一個數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸完成時(當在一個內(nèi)定的時間間隔內(nèi)沒有下降沿加在狀態(tài)機上時，即表示字節(jié)傳輸完畢)，狀態(tài)機自動復位，并等待任何一側(cè)接口上的下一個數(shù)據(jù)字節(jié)。

　　一幀數(shù)據(jù)到達U1后，被轉(zhuǎn)發(fā)至U2的A2端口和B2端口輸出。在最后一次跳變700μs后U2釋放其輸出。其他的時間延遲可以通過調(diào)整圖1中的R1/C1和R2/C2得到。

　　同樣，如果一幀數(shù)據(jù)到達U2后，將被轉(zhuǎn)發(fā)至U1的A1端口和B1端口輸出。這樣就實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向傳輸，并且由于中繼的原因，理論上通信距離會增至原來的2倍。