RS485差分信号不对称

在RS485总线通信中，差分信号不对称的问题时常出现，尤其是在总线未接从机设备的情况下。这一问题不仅影响通信质量，还可能导致信号传输错误。通过对实际波形、芯片手册及电路的深入分析，可以找出引发差分信号不对称的根本原因，并采取相应的解决措施。

问题描述

在RS485通信测试中，当总线上没有从机设备连接时，观察到RS485差分信号（A、B）关于地（GND）不对称。理想情况下，RS485的差分信号应该在0至3.3V区间内对称变化，但在测试中发现，A信号低电平未到达GND，而B信号的高电平也未到达VDD。进一步分析，发现芯片内部A、B相对地的等效阻抗较大，通常在98kΩ到200kΩ之间。

分析过程
从理论上看，RS485的内部阻抗对地是对称的，并且外部电路的上下拉电阻也保持一致。根据这些设计原则，理应不会出现不对称问题。然而，测试结果却表明信号波形存在明显的不对称性，这表明问题可能不在于芯片的内部设计，而在于外部电路的配置。

初步假设
为验证是否是外部电路的影响，首先将总线上的负载电阻去掉。结果显示，信号改善不大，仍存在显著的不对称性。

上下拉电阻的影响
随后，尝试将外部的上下拉电阻移除。令人惊讶的是，信号波形变得对称了。这表明上下拉电阻的阻值直接导致了信号的不对称性。

上下拉电阻对对称性的影响

在RS485总线设计中，虽然上下拉电阻的阻值相同，但当拉阻过大或过小时，会导致差分信号出现偏移。以A信号为例，假设A信号通过0Ω电阻强上拉至VDD，当A输出高电平时能够达到理想值，但当A输出低电平时，由于无法通过强拉低至GND，导致信号无法完全对称。这与MCU的GPIO推拉电流能力类似，推拉电流的差异会引发信号不对称问题。

RS485信号不对称的原因

上下拉电阻不当
上下拉电阻的配置对RS485总线信号有着重要影响。尽管上下拉电阻阻值相同，但电路中强上拉或强下拉会导致信号电平无法达到预期值，进而引发不对称问题。

不同厂商芯片差异
不同厂商的RS485芯片在驱动能力上存在差异。这种差异会进一步导致总线上的电平不对称，尤其是在主从设备采用不同厂商的RS485芯片时，差异更为显著。

解决方案

调整上下拉电阻
如前所述，上下拉电阻配置不当会导致信号不对称。设计时应根据实际电路负载情况，合理选择上下拉电阻阻值。通过实验表明，去掉外部上下拉电阻后，RS485信号趋于对称。因此，在设计中可以尝试优化或去除上下拉电阻，确保信号的对称性。

选择合适的芯片
由于不同厂商的RS485芯片驱动能力不同，可能导致信号偏差。在项目设计中，建议尽量选用相同厂商的RS485芯片，减少因不同驱动能力导致的信号不对称问题。此外，还应关注芯片的数据手册，特别是输入阻抗等参数，确保设计与芯片特性匹配。

示波器探头校准
在实际信号测试中，未校准的示波器探头也可能导致波形显示失真。例如，未校准探头会导致信号的高低电平出现不平坦现象。因此，在信号测试前，应首先进行示波器校准，确保测量结果的准确性。经过校准后，测试的RS485信号波形明显改善。

RS485差分信号不对称问题可能由上下拉电阻配置不当、不匹配的芯片选型或测量设备未校准引发。通过合理选择上下拉电阻、确保主从设备的芯片一致性，以及校准测试设备，可以有效解决这一问题。在实际设计中，充分考虑RS485总线的负载情况和芯片驱动能力，对于确保系统的稳定性和通信质量至关重要。