四线制全双工RS-485中继器的设计及应用优势
1.引言
理论上rs-485的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10mb/s.但其平衡双绞线的传输距离与传输速率成反比，只有在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。要获得最高速率传输只能在很短的传输距离下连接。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1mb/s.想要保证较高传输速率，又有较远的传输距离，采用中继器是一个便捷的方法。中继器可以将较长的传输线分隔成两段，从而减低传输线的欧姆阻抗、线间电容、集肤效应等引起的信号畸变，从而保证在较高传输速率下，增加传输距离。
rs-485有两线制和四线制两种接线方式，采用二线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，只能实现点对多的全双工通信，即只能有一个主（master）设备，其余为从设备。无论四线还是二线连接方式，总线上均可挂接多达128个设备。
以下介绍一种在长期实践的基础上，设计的实用四线制全双工rs-485中继器。
2.四线制中继器原理
中继器原理图如图1所示。其中，u1和u2是中继器的收发芯片对，负责对rs-485串行数据进行中继转发，采用maxim公司的3.3v低功耗全双工rs-485收发器芯片max3491,单片待机时电流为1ma,u3、u4均采用hc型逻辑电路，待机电流更小，大大降低了整机功耗。
由于max3491芯片已内置网络失效保护电路，所以只需要在传输线上简单匹配120欧姆的终端电阻即可。
u3与u4按图1连接，组成两个一模一样的数据脉冲监测电路，分别监测txd和rxd总线上是否有数据脉冲，当检测到有数据脉冲时，就会使能对应的驱动器，让数据脉冲以rs-485电平转发出去。
发送总线txd和接收总线rxd上都没数据时，图1的ro及to处均为高电平，re和te处则为低电平，对应的驱动器都关闭，为低功耗待机状态。当j1的3、4脚，即接收总线rxd上有数据时，经u2的接收器解调后由2脚输出，送到u1的驱动器的输入端5脚。同时ro端的下降沿使得电容c1放电为低电平，经u3b后解除触发器u4a的置零状态，同时ro端的下降沿经u3a后，使触发器u4a的置位，re变为高电平，使能u1的驱动器将5脚输入的数据以rs-485电平转发出去。当一个数据字节传输完成时，即当在一个内定的时间间隔内ro没有下降沿发生，经r1对c1充电到位，会令触发器u4a进入置零状态，re变低电平令驱动器关闭，并等待下一个数据字节来临。改变r1的数值可以调整时间间隔的长短，按图1的数值时间间隔约为700μs.
同样的，发送总线txd上有数据时，经以上的同样流程，数据亦会经由u1、u2转发出去。这样就实现了数据的双向中继传输。
由于rs-485标准只对接口的电气特性做出规定，没有硬性指定接插件端子分配，应用中可以按实际灵活调整设计。图1中j1、j2端子是按照nport5150标准的接口定义来分配的。
nport5150的接口定义如图2所示，它支持232、422、485三种连接方式。本设计引用其中的四线制rs-485定义。
3.结语
如图1所示四线制rs485中继器，除接插件j1-j3以及电解电容用直插元件外，其余全部用贴片元件，整个电路板设计可以压缩为火柴盒大小。实体电路经过实地测试，性能满足设计要求，收到了良好的效果；采用了低功耗芯片，整机功耗很低，同时小体积的设计使它容易融合进各种工业组网应用的布线环境。
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rs-485有两线制和四线制两种接线方式，采用二线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，只能实现点对多的全双工通信，即只能有一个主（master）设备，其余为从设备。无论四线还是二线连接方式，总线上均可挂接多达128个设备。
以下介绍一种在长期实践的基础上，设计的实用四线制全双工rs-485中继器。
2.四线制中继器原理
中继器原理图如图1所示。其中，u1和u2是中继器的收发芯片对，负责对rs-485串行数据进行中继转发，采用maxim公司的3.3v低功耗全双工rs-485收发器芯片max3491,单片待机时电流为1ma,u3、u4均采用hc型逻辑电路，待机电流更小，大大降低了整机功耗。
由于max3491芯片已内置网络失效保护电路，所以只需要在传输线上简单匹配120欧姆的终端电阻即可。
u3与u4按图1连接，组成两个一模一样的数据脉冲监测电路，分别监测txd和rxd总线上是否有数据脉冲，当检测到有数据脉冲时，就会使能对应的驱动器，让数据脉冲以rs-485电平转发出去。
发送总线txd和接收总线rxd上都没数据时，图1的ro及to处均为高电平，re和te处则为低电平，对应的驱动器都关闭，为低功耗待机状态。当j1的3、4脚，即接收总线rxd上有数据时，经u2的接收器解调后由2脚输出，送到u1的驱动器的输入端5脚。同时ro端的下降沿使得电容c1放电为低电平，经u3b后解除触发器u4a的置零状态，同时ro端的下降沿经u3a后，使触发器u4a的置位，re变为高电平，使能u1的驱动器将5脚输入的数据以rs-485电平转发出去。当一个数据字节传输完成时，即当在一个内定的时间间隔内ro没有下降沿发生，经r1对c1充电到位，会令触发器u4a进入置零状态，re变低电平令驱动器关闭，并等待下一个数据字节来临。改变r1的数值可以调整时间间隔的长短，按图1的数值时间间隔约为700μs.
同样的，发送总线txd上有数据时，经以上的同样流程，数据亦会经由u1、u2转发出去。这样就实现了数据的双向中继传输。
由于rs-485标准只对接口的电气特性做出规定，没有硬性指定接插件端子分配，应用中可以按实际灵活调整设计。图1中j1、j2端子是按照nport5150标准的接口定义来分配的。
nport5150的接口定义如图2所示，它支持232、422、485三种连接方式。本设计引用其中的四线制rs-485定义。
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