OSI 模型的物理層負責在設(shè)備和物理傳輸介質(zhì)之間傳輸原始數(shù)據(jù)。它處理電信號到數(shù)字數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，同時定義電壓、時序、數(shù)據(jù)速率等。
RS485總線通信使用兩條信號線，“A”和“B”，必須平衡和區(qū)分。平衡信號是在雙絞線電纜中共享一對的兩條線，每條線上的阻抗相同。除了線路的匹配阻抗外，接收器和發(fā)射器還必須有匹配的阻抗。下圖顯示了一個典型的多點RS485通信網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，其中每個設(shè)備都有一個區(qū)分RS-485通信收發(fā)器，設(shè)備之間的鏈路由雙絞線電纜和終端電阻組成。
需要注意的是，有多種拓撲可用于排列設(shè)備，因為并非所有網(wǎng)絡(luò)都是平等的，所以終端要求以及設(shè)備排列會有所不同。例如，在下面的圖2中，通信端口僅用于電纜的開頭和結(jié)尾。
圖2：典型的 RS-485 網(wǎng)絡(luò)拓撲
平衡布線可在使用差分信號時降低噪聲。這些信號“A”和“B”被稱為差分對；其中一個信號與原始信號匹配，而另一個完全反轉(zhuǎn)，這就是為什么它有時被稱為互補信號。
在單端接口中，接收器將信號接地，并根據(jù)預(yù)定的電壓電平（這些被稱為邏輯電平，因為它們確定信號是邏輯高還是邏輯低）來解析信號狀態(tài)。然而，在電壓趨于下降和壓擺率下降的較長電纜距離上，經(jīng)常會發(fā)生信號錯誤。在差分應(yīng)用中，主機生成原始單端信號，然后發(fā)送到差分發(fā)送器。該發(fā)送器創(chuàng)建差分對，通過電纜發(fā)送出去。生成兩個信號后，接收器不再將電壓電平參考到地，而是將信號相互參考。這意味著接收器不是尋找特定的電壓電平，而是始終查看差異兩個信號之間。然后差分接收器將這對信號重構(gòu)回一個單端信號，主機設(shè)備可以使用主機所需的適當邏輯電平來解釋該信號，圖3。這種類型的接口還允許不同電壓電平的設(shè)備運行通過差分收發(fā)器之間的通信一起。所有這些共同作用以克服單端應(yīng)用在長電纜距離上可能發(fā)生的信號衰減。
圖3：由差分驅(qū)動器驅(qū)動并由接收器重構(gòu)的編碼器輸出
信號衰減并不是長電纜距離出現(xiàn)的唯一問題。電纜在系統(tǒng)中的時間越長，電氣噪聲和干擾進入電纜并最終進入電氣系統(tǒng)的可能性就越大。當噪聲耦合到電纜上時，它顯示為不同幅度的電壓，但使用平衡雙絞線電纜的好處是噪聲在每條線路上均等地耦合到電纜。例如，一個正的1 伏尖峰將導(dǎo)致 A 上的 +1 V 和 B 上的 +1 V。因為差分接收器將信號彼此相減以獲得重建信號，它會忽略兩條線上同樣顯示的噪聲。差分接收器忽略兩條信號線上相同電壓的能力稱為共模抑制。
RS485通信接口的其他主要物理層優(yōu)勢之一是信號電壓規(guī)范。RS-485總線不需要使用特定的總線電壓，而是指定所需的最小差分電壓，即信號 A 和 B 電壓之間的差值?？偩€要求接收器的最小差分電壓為 +/- 200 mV，通常所有 RS485接口設(shè)備都將具有相同的輸入電壓范圍，盡管以不同的電壓進行傳輸。這意味著任何 RS485通信設(shè)備都能夠接收 -7 至 12 V 的電壓范圍，因此工程師可以設(shè)計具有該范圍內(nèi)任何傳輸電壓的主機系統(tǒng)。這允許設(shè)計人員使用他們現(xiàn)有的電路板電壓創(chuàng)建RS-485系統(tǒng)。
話雖如此，驗證產(chǎn)品規(guī)格以確保設(shè)備支持標準的整個電壓范圍非常重要。例如，CUI Devices 的RS-485編碼器在板上使用 3.3 V，因此他們使用 RS-485 3.3 V 發(fā)射器。但是，它們還具有 0 到 12 V 之間的輸入容差。如果可以滿足 +/- 200 mV 的最小差分電壓，這允許它們在 0 到 12 V 之間的多個不同傳輸電壓下共享相同的RS-485總線而不會出現(xiàn)問題在接收器和發(fā)射器。這一點尤其重要，因為隨著電纜長度的增加，信號線上的電壓降也會增加。主機設(shè)備可以使用 +/- 1 V 的差分電壓進行傳輸，但在較長的電纜長度上，該電壓可能會降低到 +/- 200 mV，這對于 RS-485 來說仍然是完全可以接受的，圖 5。
圖5：RS-485 最小總線信號電平
圖6：定義了物理層的 OSI 模型
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