RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。本文以RS485的线路保护为出发点，分析了发生损坏的可能原因，介绍了预防损坏的几种方法，并对各种方法的原理进行了描述，分析了不同方法的优缺点以及适用条件。
简介
RS485是由EIA在1983年提出的一种平衡式数据发送标准，满足此标准的收发器采用平衡发送和差分接收工作方式。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。 实际上，RS485（TIA/EIA-485） 通常被看作是TIA/EIA-422标准的一种扩展。由于支持多节点（32个节点，有些公司的此类器件可能会支持更多节点）、远距离（最大4000英尺）和接收高灵敏度（200mV），在构成通信网络时，仅需要一对双绞线作传输线，因此成本低廉，设备简单，在多站、远距离通信环境下获得了广泛应用。
然而实际中，485系统性能受到诸多因素的影响，如阻抗不连续或者不匹配，线缆的衰减，纯阻负载等，本文拟从线路保护方面就提高RS485系统的可靠性加以分析。
保护方法
分流保护
分流保护的目的是使有害电流在到达数据端口之前，由保护器件如TVS管、气体泄放管发生作用，将能量泄放。此类器件正常情况下工作在所设定的钳位电压，一旦线路电压超过此钳位值，器件就迅速形成一个低阻抗的通路，进入导通状态；当瞬态电流减小到低于保持电流，泄放管重新回到截止状态，系统恢复正常。
分流保护形式通常有两种：单级和多级保护。单级保护通常是在每条线上各加一个TVS管构成。这种方法最大的优点就是构成简单、成本低廉，但可靠性差。多级保护形式如图2。用于初级保护的器件通常由气体泄放管构成，其特点是能够吸收很高的浪涌能量，能够承受瞬态下的大电流，但门限电压高，响应时间不够快。中间级由小型线绕电阻或小型有机实芯电阻构成（通常为10 ，也可用PTC构成），一方面达到限流的效果，另一方面，在初、次级间形成一定的压降。次级由响应速度较快的TVS管构成，其作用是吸收初级在泄放瞬态大电流时，在电路中感应出的能量不大的瞬态尖峰电压，将电压钳位在安全范围之内，从而保护数据电路。此类保护中，信号地与大地的连接非常重要。如果线缆长度超过1米，就需要用铜排或者编织线缆进行地连接，以获得更好的保护效果。
这种电路略微复杂，但可靠性更高。用于初级保护的泄放管有很多品种可以选择，现在已经有专门针对RS485线路保护的器件，如TED-485。
由于保护器件需要吸收大量能量，不能承受较长时间的瞬变。保护器通常尽量靠近被保护端口，其正常工作电压应该尽可能接近线路的正常通信电平。对于RS485系统来说，通常选额定值为6-8V的器件。但是此类防护器件增加了数据线的容性负载。
组合保护
另外，还可将上述两种方法组合使用如图4。方式1中，隔离措施保护了电路不受地连接引起的电压跌落影响，而分流保护器件不仅阻止了浪涌电压超过隔离器的击穿电压，还可以处理线缆上出现的差模浪涌；方式2用在无法进行有效的大地连接的情况下，分流器件的功能主要是保护端口不受差模型浪涌的损坏。差模型浪涌在分流器件的作用下，在A、B线之间获得平衡，转化为共模型浪涌。持续时间较长的共模型浪涌，由隔离措施提供对端口的保护。
该种方式优点在于提供了板内外的同时保护，能够处理各种情况下引起的过压/过流瞬变，不利的是复杂度较高，需要考虑到不同的"地"系统，实施起来有一定的难度。
PCB设计考虑
考虑到485保护线路可能要承受的巨大浪涌能量，在布局布线时应该加以特殊考虑。敏感信号、器件应该适当远离保护电路；485系统的板上信号线宽度最好在2mm以上；使用地隔离保护时，应该尽量避免信号跨越两个不同的"地"系统，以减少EMI干扰。
结束语
线路保护增加了RS485系统物理通道的可靠性，对于提高数据网络的性能具有重要意义。值得注意的是，在RS485系统中信号地的连接，是保护线路得以发挥作用的关键。从实现的简单性、有效性等综合考虑，分流保护的通用多级保护形式是首选，该方案已经在笔者所在项目中广泛使用。