预防ESD过压故障和真失效保护

故障保护工业网络应用中，RS-485器件的驱动器输出/接收器输入经常遭受瞬态高压(电压超出了标准规定的-7V至+12V范围)冲击。此类故障不同于ESD事件。ESD事件的持续时间较短，小于100ns，而电压故障通常持续较长时间，大约为200μs或更长。

过压等故障可能是由于接线错误、连接松散、电缆挤压等故障造成的，甚至是PCB或连接器中的焊料碎屑造成电源线与数据短接。许多工业电源超过+20V，所以这种现象可能是灾难性的。与数据线的任何接触可能都会造成标准、没有保护的RS-485收发器损坏。为预防这些故障，普通的RS-485器件需要昂贵的分立式外部保护电路或器件。具有故障保护功能的RS-485收发器提供通信总线上高达±40V、±60V甚至±80V的过压保护。

为降低系统复杂度，省去外部保护，故障保护器件的驱动器输出和接收器输入可承受高达±80V(相对于地)的故障电压，不会造成损坏。无论器件处于工作状态、关断模式还是没有供电，均能保证有效保护。这些器件的设计可承受过压故障，例如直接短路到电源、接线错误、连接器故障、电缆碾压以及错误使用工具等。

许多RS-485收发器的重要特性之一是真失效保护，该功能可保证接收器在输入开路时或端接总线的所有发送器被禁止(高阻态)时，输出为逻辑高电平。真失效保护通过将接收器输入门限更改为略低的-50mV和-200mV负差分电压，解决了总线跌落问题。通过将接收器输入门限设置为-50mV和-200mV之间，确保逻辑高电平输出。如果差分接收器输入电压(VA-VB)大于或等于-50mV，RO输出为逻辑高电平；如果(VA-VB)小于或等于-200mV，RO输出为逻辑低电平。当挂接在终端匹配总线上的所有发送器都禁止时，接收器差分输入电压将通过匹配电阻拉至地，失效保护确保接收器输出逻辑高电平，噪声裕量为50mV(最小)。与以往的失效保护器件不同，-50mV至-200mV门限电压满足标准规定的±200mV。

在负载设备少传输距离短的情况下不加终端电阻，系统正常运行是没有问问题（传输距离300米以内可以不加终端电阻），但是随着设备的增加，传输距离增长情况，性能会大打折扣。在RS485通信中如何去匹配电阻呢？通常情况下，都会采用终端电阻方法，也就是RS485总线电缆的开始和末端都并接终端电阻，一般用120Ω就可以了。相当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100-120Ω。这种匹配方法是最简单有效，但有一个缺点，匹配电阻需要消耗较大功率，对于功率限制比较严格的系统不合适。针对功率消耗比较严格的系统，我们还有一种方法可以匹配：RC匹配，利用一只电容C隔断直流成分可以大节省大部分功率，但电容C的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折衷。