差分电路/RS-485/ISL32600E

6.7.23

方法：目标——查找资料——分析对比——制定方案——达成目标。

一、光耦隔离与三极管的区别

1、功能不同

三极管具有放大、开关和阻抗变换的作用。

而光耦只是利用光电转换进行信号的传递（耦合）。

2、内部结构不同

三极管是由三块杂质半导体组成，形成两个pn结，具有电流控制作用。

而光耦内部是由发光器件和光电转换器件的集成，只是能量转换。

3、光耦隔离是指的隔离方式是采用光耦器件，隔离方式可以是变压器隔离，电容隔离。

三极管是一种器件，三极管可以做成放大器，可以做成开关。

4、光耦是隔离驱动，需要两个源，可以对驱动端起到很好的保护作用。

三极管不是隔离驱动，光耦是光驱动控制。三极管可以起到开关或放大作用，也可以用作单非门。

二、RS-485收发器

1、RS-485收发器其实就是一种通信接口。

2、RS是Recommended Standard的缩写，就是推荐标准的意思。485是标识号。

3、RS-485又称为ANSI/TIA/EIA-485。

前缀是标准协会的名称缩写，比如EIA是电子工业协会 (Electronics Industries Association EIA)的缩写。

1983年，RS-485通讯接口被电子工业协会 (Electronics Industries Association EIA)批准为一种通讯接口标准。

4、使用RS-485作为物理层的常用标准协议：工业HART总线、modbus协议、Profibus

DP。

5、信号采样差模传输，差模是相对于共模而言的，差模也称为差分。

差模方式在有的地方又称为平衡模式，而共模模式也称为非平衡模式。

6、共模传输

缺点：污染原始信号。

传输原理：共模噪声将会叠加在最终的输出信号上面。

共模传输

7、差模传输

优点：可抵消噪声。

传输原理（分相位传输）：源端发出的信号+与信号-相位是相反的，而对于共模噪声而言在+/-两条线上都会存在，理想情况是等幅同相的，而接收端，相当于一个减法器，有用信号由于相位相反则经过减法器仍然保留，而噪声则会被抵消。

差模传输

8、RS-485的电气参数

(1) 共模电压范围为-7～+12V。

(2) 可支持32个多点拓扑连接。

网络拓扑就是指用传输媒体把计算机等各种设备互相连接起来的物理布局，是指互连过程中构成的几何形状，它能表示出网络服务器、工作站的网络配置和互相之间的连接。网络拓扑结构可按形状分类，分别有：星型、环型、总线型、树型、总线/星型和网状型拓扑结构。（来源：百度百科）

参数解读（关于驱动方面）：一个站点收发电路特性，收发器的接收电路其标准等效输入阻抗为12kΩ（数据来源：MAX 485数据手册）,比如MAX 485。

每一个接收电路输入阻抗并非理想的高阻，而是12kΩ，如其中一个站点发送，就相当于有32个站点的输入阻抗并联，（发送站点自身也有接收电路），所以在不考虑端接电阻以及线路阻抗的情况下，对于发送电路接了一个等效负载：

多点网络拓扑图：站点均沿双绞线的排布并接在总线上。

(3) 使用40英尺（1219.2cm/12.192m）线缆时，传输速率可达到10Mbps，1英尺相当于30.48cm， Mbps是兆bit/s的意思。

(4) 使用4000英尺线缆时，传输速率可达到100kbps。

(5) 半双工通信。

(6) 最小差分电压容限：200mV,也就是说接收端在差分电压低于200mV时就无法正确识别0/1了。

注释：RS-485收发器的发送电路至少提供1.5V差分电压输出能力，经由总线线路阻抗衰减，32个接收电路输入阻抗，以及120Ω端接电阻，差分信号的幅度必然逐渐衰减，那么至最末端还需要至少提供200mV的差分电压给末端接收电路。

9、对于接收电路判决A线共模电压与B线共模电压之差方法：VAB= UA- UB。

若VAB ≥ 200 mV（绝对电压值），则接收电路R识别为逻辑1；

若VAB ≤200 mV（绝对电压值），则接收电路R识别为逻辑0。

10、一般的接口电路

（1）RS-485通信从单片机/DSP/处理器接口：UART接口与RS-485电平收发器接口。

MCU：单片机。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/453261319

DSP：能够实现数字信号处理技术的芯片。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/347302030

MPU：微处理单元（就是把很多 CPU 集成在一起并行处理数据的芯片）。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/299054760

（2）半双工/全双工：半双工以及全双工所界定的对象一定是点对点而言的，点对点就是指在同一时刻。

半双工：设备在同一时刻要么处于收数据状态，要么处于发数据状态，不允许同时收发数据。全双工则刚好相反，允许同时收发。

半双工的本质，是通讯介质不存在双向通道，在向总线发送数据的时候，介质被占用，即便想发送也是无法正确的将信号发送到介质上的，如果强行发送，数据将会错乱，甚至收发器芯片有可能损坏。

比如I2C总线就是半双工总线，4线制SPI是全双工，而三线制SPI则是半双工总线；又譬如RS-422或者RS-232是全双工接口；而CAN总线则是半双工总线。

RS-485就是一种半双工总线：

当Host发送数据时，数据沿着红色的线经由双绞线，传输至Slave的差分接收电路，当slave应答时，数据沿着蓝色的方向传输至Host的接收电路，数据的传输介质是一对双绞线，所以一方在传输数据的时候，另一方是无法传输信号的。

从收发器的控制角度来看：

RE(ReceiverOutput Enable):接收器使能；

DE(DriverOutput Enable)：驱动输出使能。

（3）RS-485芯片内部原理图

控制芯片侧，用一个GPIO脚来控制和RE和DE。

GPIO=I/O口，端口，就是元器件上的一个引脚，通过写软件来控制。

用法：上拉、下拉、悬空、高阻、开漏、推免。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/80096604

图中的DIR脚就是控制当前RS-485是处于“收”还是处于“发”模式。

（4）485_A+，485_B-：信号A在空闲时候为高电平；信号B在空闲时为低电平。

（5）UART模式为1个起始位，8个数据位，1个停止位，无校验位，低位在前。

每bit占用时间：

每字节占用时间：

11、异步串行时序波形解析方法：根据通信格式计算位时间，字节时间，解析波形数据。

e.g. 利用FPGA来实现一个UART协议逻辑分析仪。

核心指标：通过检测到起始位边沿，进而通过时间轴将数据解析出来。

FPGA：Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列，是在硅片上预先设计实现的具有可编程特性的集成电路。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/117974989

12、嵌入式系统所必需的四个基本部分：一个中央处理器核心，程序存储器（只读存储器或者闪存）、数据存储器（随机存储器）、一个或者更多的定时/计数器，还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口。

以上内容来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/382439846

三、ISL32600E数据手册

1介绍

ISL32602E和ISL32603E是±15kV IEC61000 ESD保护，微功率，宽供电范围的差分通信收发器。ISL32600E和ISL32601E在VCC≥2.7V的情况下工作，最大电源电流低至100µA，同时使能发射器(Tx)和接收器(Rx)。ISL32602E和ISL32603E在低至1.8V的电源电压下工作。这些收发器具有非常低的总线电流，因此它们对总线的负载小于1/8单位。这允许在网络上超过256个发射器，而不会违反RS-485规范的32个单位负载最大值。

Rx输入具有对称开关阈值和高达65mV的迟滞，以提高噪声抗扰性，并在存在缓慢移动的输入信号时降低占空比失真(见第18页图39)。当电源电压≥3V时，Rx输入共模范围为-7V至+12V

RS-485范围。

热插拔电路确保在电源稳定时，Tx和Rx输出保持在高阻抗状态。

该收发器系列采用摆压速率有限的驱动器，可减少电磁干扰，并最大限度地减少在多点和多点应用中不正确端接的传输线或未端接的存根的反射。

ISL32600E和ISL32602E配置为全双工(单独的Rx输入和Tx输出引脚)应用。ISL32601E和ISL32603E是半双工版本，可复用Rx输入和Tx输出，以允许在8 Ld封装中具有输出禁用功能的收发器。第3页的表1提供了每个设备特性的摘要。