485通信共地原因及重要性

kzdq

485通信需要共地的主要原因是为了给收发器两端的信号提供一个统一的参考电位（0V），以消除地电位差对信号判断造成的干扰，确保通信的可靠性。

下面我们进行详细的分解说明：

1. 核心问题：地电位差

在理想情况下，所有设备的地（GND）电位都是相等的0V。但在实际工程中，尤其是当通信距离较远（几十米甚至上千米）或设备分布在不同建筑、不同电网时，由于以下原因，各个设备的地之间会存在电位差：

• 导线电阻： 地线本身有电阻，电流流过会产生压降。
• 大功率设备启停： 附近的大功率设备（如电机、变频器）启动或停止时，会导致地线电流剧烈变化，引起地电位波动。
• 不同接地系统： 不同建筑的接地电阻不同，也会导致电位差。
  
  

这个电位差（Vgnd）可能从几毫伏到几十伏甚至更高。

2. 地电位差如何影响485通信？

RS-485标准使用差分信号（A、B两条线）来传输数据。接收器通过判断电压差 (VA - VB) 来识别逻辑“1”或“0”。

• 当 (VA - VB) > +200mV 时，判为逻辑“1”。
• 当 (VA - VB) < -200mV 时，判为逻辑“0”。
  
  

关键点在于：接收器芯片的判决门限（+200mV/-200mV）是相对于接收器本地的GND而言的。

如果不共地，发送端和接收端的地电位不相等（存在Vgnd）。那么，从发送端发出的差分信号（VA, VB）到达接收端时，其实际电压会叠加上这个地电位差Vgnd。

情况变得危险：
假设发送端发送一个逻辑“1”，即 VA - VB = +3V。但由于存在地电位差 Vgnd = +5V，那么接收器实际测量到的电压差是：
(VA + Vgnd) - (VB + Vgnd) = VA - VB = +3V？
不对！ 这里是一个常见的误解。更准确的分析是，地电位差会作为一个共模电压直接加在差分信号上。

接收器能承受的共模电压范围是有限的（通常是-7V到+12V）。如果Vgnd过大，超过了接收器的共模电压承受范围，会导致：

• 信号判决错误： 叠加了Vgnd后，有效的差分信号 (VA - VB) 可能会被淹没，使得 (VA - VB) 的绝对值小于200mV的门限，接收器无法识别出是“1”还是“0”，产生误码。
• 硬件损坏： 过高的共模电压会击穿接收器芯片的输入级，造成永久性损坏。
  
  

3. 共地线的作用

在A、B两条信号线之外，再增加一条地线（也称为参考地线或屏蔽地），将各个485设备的地连接起来。

这条地线的主要目的不是用来导通大电流，而是为了尽可能地让所有设备的地电位保持一致，将地电位差Vgnd减小到可接受的水平。

• 提供参考点： 它为差分信号提供了一个统一的、稳定的参考电位，确保发送端和接收端对“0V”的理解是一致的。
• 泄放共模干扰： 它为共模干扰电流（包括地电位差引起）提供了一个低阻抗的回流路径，防止其电压累积得过高。
  
  

总结与实践要点

项目	说明
根本原因	消除远距离、多设备间的地电位差（Vgnd）。
主要风险	1. 通信不可靠： 误码率升高，通信中断。 2. 硬件损坏： 过高的共模电压烧毁接口芯片。
共地线作用	统一参考电位，减小地电位差，提高系统稳定性。
布线实践	1. 必须共地： 严格按照RS-485标准，使用屏蔽双绞线，并将屏蔽层作为地线，在一端可靠接地（避免两端接地形成地环路）。 2. 线径要求： 地线应使用与信号线相同或更粗的线径。 3. 单点接地： 在长距离通信中，建议采用单点接地方式，以避免地环路引起的干扰。
常见错误	只连接A、B两根信号线，不连接地线。这是许多485网络不稳定、时好时坏的罪魁祸首。

结论：
“485要共地”是一条至关重要的硬件设计准则。 它是保证RS-485网络在恶劣工业环境下能够稳定、长距离、多节点通信的基石。在任何情况下，组建485网络时，都应将共地作为必须执行的步骤。