【模电】RS485采用差分信号，为什么还用三线制（共地）
作者：互联网
RS-485是一种应用十分广泛的通信协议。其显著特点是信号采用“差分”的方式传输，因此抗干扰能力很强，通信距离也比RS-232远得多。RS-485通信一般是半双工的，仅需要2根信号线，也可以是全双工的，需要4根信号线。
差分信号是一对大小相等而极性相反的对称信号，差分信号用于传输有用的信号。共模信号是作用于差分信号线上的一对大小相等极性也相同的信号，共模信号往往来自于外部干扰。差分信号在接收端是靠差分放大器来检测的。差分放大器只对两路输入信号之间的差值起放大作用，而对两路输入信号共同对地的电位不起作用。在差分信号传输过程中会遇到外部干扰信号，但是，由于两根差分信号线始终在一起，因此干扰信号一般都会同时作用在两根信号线上，形成叠加在两根信号线上大小相等相位也相同的共模信号，因此差分传输的信号对外部干扰具备很强的抗干扰能力。
共模干扰问题尽管不影响正常通讯，但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，如RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。当发送驱动器A向接收器B发送数据时，发送驱动器A的输出共模电压为VOS，由于两个系统具有各自独立的接地系统，存在着地电位差VGPD。那么，接收器输入端的共模电压VCM就会达到VCM=VOS+VGPD。虽然RS-485标准规定VOS≤3V，但VGPD可能会有很大幅度（十几伏甚至数十伏），并可能伴有强干扰信号，致使接收器共模输入VCM超出正常范围，并在传输线路上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏通信接口电路。
由于上述原因， RS-485尽管采用差分平衡传输方式，但对整个RS-485网络，必须有一条低阻的信号地。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压VGPD被短路。这条信号地可以是额外的一条线（非屏蔽双绞线）或者是屏蔽双绞线的屏蔽层（但抗干扰能力将下降） ，分别连接两头网络设备的网络平衡线接口 。
https://zhidao.baidu.com/question/244854480.html
RS485接口为什么要接地
RS485接口有三根线,分别是A、B和GND线。因为RS485是差分传输的，所以很多工程师以为GND地线不重要，经常不接，甚至有些工程为了节约成本用两芯线或者用视频线来传输RS485信号。如果接口不加保护，经常容易损坏。
虽然如果不接地线，在很多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有二个原因：
(1)共模干扰问题： RS-485接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。因为RS-485是总线方式的传输，总线上有很多的节点，当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。
(2)EMI电磁兼容性问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个信号地这个低阻的返回通道，信号中的共模部分就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。
即使接地后，如果接口不加保护，还是经常容易损坏。因为雷击、电源波动、感应开关和静电放电会通过产生较大瞬变电压和浪涌电流都会对接口造成损害，采用磁隔离是性价比最高的方案。
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2.1.1、一般说来电磁干扰源分为两大类：自然干扰源与和人为干扰源。 自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。他们既是地球电磁环境的基本要素组成部分，同时又是对无线电通讯和空间技术造成干扰的干扰源。自然噪声会对人造卫星和宇宙飞船的运行产生干扰，也会对弹道导弹运载火箭的发射产生干扰。 人为干扰源是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰，其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置，如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备，称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射，如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等。因此这部分又成为无意发射干扰源。
2.1.2、从电磁干扰属性来分，可以分为功能型干扰源和非功能性干扰源。 功能性干扰源系指设备实现功能过程中造成对其他设备的直接干扰；非功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生的副作用，如开关闭合或切断产生的电弧放电干扰。
2.1.3、从电磁干扰信号频谱宽度，可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。 他们是相对于指定感受器的带宽大或小来加以区别的。 干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的成为当代干扰，反之称为窄带干扰源。
2.1.4、从干扰信号的频率范围来分 可以把干扰源分为工频与音频干扰源（50Hz及其谐波）、甚低频干扰源（30Hz以下）、载频干扰源（10kHz~300kHz）、射频及视频干扰源（300kHz）、微波干扰源（300MHz~100GHz）。
2.2、电磁干扰传播途径
电磁干扰传播途径一般也分为两种：即传导耦合方式和辐射耦合方式。 任何电磁干扰的发生都必然存在干扰能量的传输和传输途径（或传输通道）。通常认为电磁干扰传输有两种方式：一种是传导传输方式；另一种是辐射传输方式。因此从被干扰的敏感器来看，干扰耦合可分为传导耦合和辐射耦合两大类。 传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，发生干扰现象。这个传输电路可包括导线，设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。 辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见的辐射耦合由三种：1. 甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受，称为天线对天线耦合；2. 空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合；3.两根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线的感应耦合。 在实际工程中，两个设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。
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1. 接地的概念
1.1 电气接地的意义
电力系统、电气装置和电气设备的某一部分与大地做良好的电气连接称为 接地。电气接地对电力系统和电气设备安全及可靠运行， 对操作、维护和运行人员的安全都起着重大作用。
1.2 接地的类别
一般按照接地所起的作用进行分类，接地可分为如下种类：
a. 工作接地 （功能性接地）
对于电源系统：在正常或事故情况下，为了保证电力系统和毾设备的可靠运行，必须将电力系统中的某一点（发电机、变压器的中性点）直接或经过消弧线圈、电抗器、电阻器等设备与大地作良好的电气连接，这就是工作接地。
对于电气设备：电动机的中性点，电气装置中为运行需要所设置的接地也称为工作接地。如单相电器的零线端就是工作接地。
b. 保护接地
电气设备或电气装置正常不带电的金属部分和金属外壳接地称为保护接地。在大多数的场合，保护接地能够有效地防止因绝缘损坏、漏电或其他原因而导致电气设备的金
属外壳带电而造成人身触电事故。如电动机、电气柜的外壳的接地，电流互感器、电压互感器的二次绕组一端接地都属于保护接地。
c. 防静电接地
生产、加工、贮存、运输各种易燃、易爆的气体、液体、粉末状产品的设备通常会产生静电，容易造成起火、 爆炸等事故。 因此，需要将这些设备接地， 将静电引入地下，以确保安全。这种接地称为防静电接地。
d. 防雷及防过电压接地
将避雷针、避雷带接地或将避雷器、浪涌电压保护器接地，以避免雷电或过电压对人身和电气设备造成的伤害，这种接地称为防雷及防过电压接地。
e. 屏蔽接地
工业企业常见的干扰源
－ 变流器
－ 继电器接触器
－ 电焊机
－ 气体放电灯
－ 射频装置
一些电子设备和传输模拟信号的电线极易受到电磁场的干扰，因此需要在外边做屏蔽罩、屏蔽网并将其接地，称为屏蔽接地。产生高频信号的电子设备和传输高频信号的电线一般也要做屏蔽接地，以防止对其它设备造成干扰。
屏蔽线（电缆）是一种常用的抗干扰措施。
屏蔽线的机理：如果空间的电磁干扰通过屏蔽线时，一部分会被屏蔽网反射和吸收，一部分将进入屏蔽网。进入屏蔽网的那部分电磁场也会有一部分会因折射重新被屏蔽网吸收。这样进入屏蔽线的能量将会大大地减少。被屏蔽网吸收的电磁场能量要通过接地及时引导至大地。如变频器或直流传动装置的速度给定电位器的屏蔽线的接地就属于屏蔽接地。屏蔽线一般要求单端接地即可，以防止因二个接地点电位不同而在屏蔽网中产生的电流，反而会引起干扰。
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RS485通讯的正确接线方式介绍
rs-485采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的ttl电平信号转换成差分信号a，b两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成ttl电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以有极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mv电压。故传输信号在千米之外都是可以恢复。rs-485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10mb/s，传输速率与传输距离成反比，在100kb/s的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。rs-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。rs-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。如果需要使用星型结构，就必须使用485中继器或者485集线器才可以。rs-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。
rs485布线规范
485总线由于其布线简单，稳定可靠从而广泛的应用于视频监控，门禁对讲，楼宇报警等各个领域中，但是，在485总线布线过程中由于有很多不完全准确的概念导致出现很多问题。现在将一些错误的观念作出一些澄清。
1.485信号线不可以和电源线一同走线。在实际施工当中，由于走线都是通过管线走的，施工方有的时候为了图方便，直接将485信号线和电源线绑在一起，由于强电具有强烈的电磁信号对弱电进行干扰，从而导致485信号不稳定，导致通信不稳定。
2.485信号线可以使用屏蔽线作为布线，也可以使用非屏蔽线作为布线。由于485信号是利用差模传输的，即由485+与485-的电压差来作为信号传输。如果外部有一个干扰源对其进行干扰，使用双绞线进行485信号传输的时候，由于其双绞，干扰对于485+，485-的干扰效果都是一样的，那电压差依然是不变的，对于485信号的干扰缩到了最小。同样的道理，如果有屏蔽线起到屏蔽作用的话，外部干扰源对于其的干扰影响也可以尽可能的缩小。
3.选择使用普通的超五类屏蔽双绞线即网线就可以。由于原材料价格上涨，导致现在市场上的线材鱼龙混杂，有不良商人利用某种合金来顶替铜丝来做网线，在外面镀铜以蒙混客户。具体区别方法：看网线截面，如果是铜色的话，就是铜丝，如为白色，则是用合金以次充好。合金一般比较脆，容易断，而且导电性远不如铜丝，很容易在工程施工中造成问题。线材一般那建议选择标准的485线，其为屏蔽双绞线，传输线不是像网线那样为单股的铜丝，而是多股铜丝绞在一起形成一根线，从而即使某根小铜丝断掉，也不会影响整个的使用。
4.485布线借助485集线器和485中继器可以任意布设成星型接线与树形接线。485布线规范是必须要手牵手的布线，一旦没有借助485集线器和485中继器直接布设成星型连接和树形连接，很容易造成信号反射导致总线不稳定。很多施工方在485布线过程中，使用了星型接线和树形接线，有的时候整个系统非常稳定，但是有的时候则总是出现问题，又很难查找原因，一般都是由于不规范布线所引起的。
5.485总线必须要接地。在很多技术文档中，都提到485总线必须要接地，但是没有详细的提出如何接地。严格的说，485总线必须要单点可靠接地。单点就是整个485总线上只能是有一个点接地，不能多点接地，因为将其接地是因为要将地线（一般都是屏蔽线作地线）上的电压保持一致，防止共模干扰，如果多点接地适得其反。可靠接地时整个485线路的地线必须要有良好的接触，从而保证电压一致，因为在实际施工中，为了接线方便，将线剪成多段再连接，但是没有将屏蔽线作良好的连接，从而使得其地线分成了多段，电压不能保持一致，导致共模干扰。
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标签：共地,干扰,干扰源,RS485,传输,模电,信号,485,接地 来源： https://blog.51cto.com/u_12956289/2917265