485总线是如何工作的？RS485加上下拉电阻的作用

485总线是一种常用的差分信号传输方式，它具有抗干扰能力强、传输距离远、节点数多等优点，广泛应用于通信、工业自动化等领域。但是，在实际应用中，我们可能会遇到一个问题，就是485总线是否需要在A和B两条线上加上下拉电阻，以及加多大的电阻合适。本文将对这个问题进行分析和解释。

一、485总线是如何工作的？

  首先，我们需要了解485总线的工作原理和信号特性。根据RS-485标准，485总线是通过两条线（A和B）来传输差分信号的，根据两条线之间的电压差来判断的当前数据位是0还是1。  

485传输时的数据有三种状态：

  1.当A和B之间的电压差VAB=UA-UB大于+200mV时，485收发器输出的逻辑为1；   2.当A和B之间的电压差VAB=UA-UB小于-200mV时，485收发器输出逻辑为0；   3.当A和B之间的电压差VAB=UA-UB在-200mV～+200mV之间时，485收发器可能输出高电平也可能输出低电平，是一个不确定的状态。  

二、如何避免出现不确定状态？

在正常情况下，我们希望接收器收到的数据只能是0或1，对于不确定的状态是不能出现在485总线上的。那么，什么情况下会出现不确定的状态呢？   主要有以下两种情况：  

1.当485总线处于空闲状态时，所有的485收发器都处于接收状态，没有任何一个收发器在驱动总线时。此时，由于没有任何信号源在总线上产生差分电压，A和B两条线上的电压基本相等，也就是说，差分电压基本为0。  

2.当485总线处于开路状态时，也就是说，某个485收发器与总线断开连接时。此时，由于断开连接的收发器不再对总线产生影响，其余收发器之间的差分电压也基本为0。   当485驱动器输出不足以使A、B产生绝对值大于200mV压差时，此时485总线信号状态已经不能反映驱动器状态，接收器也无法识别正确信号。

  3.当485总线出现不确定的状态时，会导致通信错误或失效。例如，如果某个485收发器在不确定状态下认为收到数据0信号，向串口输出低电平，那么对于UART通信来说，这就相当于一个起始位（Start Bit），会引起误判或误码；如果某个485收发器在不确定状态下输出高低电平交替变化，那么对于UART通信来说，就会干扰正常数据，导致UART接收器收到异常数据。   为了防止485总线出现不确定的状态，我们根据这两种异常分析，导致这两种异常的原因都是当收发器处于接收状态时，AB线上无法保持正常电压差。要保持空闲或断线的状态下也能有正确的压差，我们需要在A和B两条线上加上下拉电阻（通常A接上拉电阻，B接下拉电阻），以保证总线在空闲或开路状态下有一个固定的差分电压。如下图所示：  

  那么，在选择下拉电阻的大小时，我们需要考虑哪些因素呢？主要有以下几个方面：

  1.上下拉电阻应该足够小，以保证空闲或开路状态下的差分电压大于+200mV或小于-200mV（根据具体情况选择），从而避免不确定状态。

  2.上下拉电阻应该足够大，以减少功耗和热量，同时不影响485收发器的驱动能力和输出电压。

  3.上下拉电阻应该与485收发器的输入阻抗、终端电阻、总线长度、节点数等因素相匹配，以保证总线的阻抗匹配和信号完整性。   首先，我们针对收发器处于断线的状态时，此时收发器A、B电压由RU、RT、RD和RIN共同决定，即：  

  通常我们将RU和RD使用相同的值，则公式可简化为：  

  此时，我们设芯片内部差分输入电阻RIN=15kΩ、VCC=3.3V且RT=120R，可以算出此时，0Ω≤R≤239Ω，当然只要R≤232.5kΩ都能满足断线情况下A、B线处于数据1状态。   针对于空闲状态，考虑到大部分节点设备都会在A、B线上添加RU和RD电阻，且会在终端上增加RT电阻。如下图所示：  

  我们根据前面的推导过程可知，不同的只是因为增加节点而增加的输入电阻和上下拉电阻，所以我们根据上述电路可以推导出如下的公式：  

  在这个公式中，m为带上下拉电阻的节点数量，n为节点数量。总线A端和B端的差值我们定义为最小的200mA，这样我们就可以将这个公式简化为：  

  有了这个公式就可以根据实际的节点数量来确定上下拉电阻的值。   然而根据这个公式计算出来的结果仅仅只是一个理想值，在实际使用中上下拉电阻一般都是在节点内部确定了的。不同的节点设备，其内部的上下拉电阻可能不同，我们需要考量节点的数量来考量这个电阻的值。要确定上下拉电阻的值还需要考虑驱动芯片的带载能力。不能将上下拉电阻设置得很小。

编辑：黄飞