无源的RS485转RS232使用的反相法自动换向技术，在速率过高的时候，会导致丢包，本文就分享一个解决措施。

一、摘要

无源的RS485转RS232使用的反相法自动换向技术，在速率过高的时候，会导致丢包，本文就分享一个解决措施。

二、问题描述

之前我们的产品的RS485设计借鉴了图1中的转换器的原理，该方案的原理主要是使用反相器法，具体的实现原理就是：反相法使用了一个反相器，依赖于发送信号TX的电平决定RS485芯片属于发送还是接收状态，例如，TX为高电平时，反相后为低电平，此时收发器处于接收状态，AB总线上的逻辑由上下拉决定，此时为逻辑1;当TX为低电平时，反相后为高电平，此时收发器处于发送状态，AB总线上的逻辑为0。

简单说，就是反相法可以发送低电平，高电平其实是有AB线上的上下拉电阻决定的。

经过我们的长时间的验证，该种方案在100kbps波特率以内都不会丢包，但是波特率大约100kbps以上，例如115200bps时，丢包可以达到0.1%，这是我们不允许的。

图1：Tps563200现货价格

三、原因分析

反相器法的原理上是没有问题的，但是我们忽略了一个串口的底层实现方式，串口通信是异步通信，双方没有时钟同步，依赖于双方的声称。

UART通信没有时钟同步，不是说不需要时钟，而是两个系统的时钟来自两个设备，各跑各的，没有同步。这就要求两个系统的时钟误差不能太大。UART接收的流程如下：

(1)接收端选定好与发送端一致的起始位数、数据位数、校验位数、停止位数、波特率，例如下图起始位1、数据位8、校验无、停止位1、波特率9600bps。

(2)RX线上无传输时，保持为高电平，RX端有采样器，采样器以波特率的16倍采样周期对一位bit数据进行采样。确认起始位后，再经过16个采样周期，采样第一位数据，再经过16个采样周期，采样第二位，以此类推。

图2：UART 采样示意图

图3：UART 过采样示意图

图4：UART 误差允许范围

这里就存在一个问题，发送和接收的底层启动都是由不同的厂家不同的工程师做的，大部分的工程师都是取数据bit的50%~80%位宽的数据，如果双方的波特率误差过大，就有可能数据还没有发送接收，但是RS485芯片已经切换到接收状态了，导致发送的数据错误。

使用100k速率仿真现有的方案，TXD信号和方向引脚同时切换，几乎没有余量。极端情况下就有可能数据没有传输结束，方向引脚就切换了，导致数据传不出去。理想的方案应该是方向引脚延后30%~50%的位宽再切换方向。

图5：现有反向器的RS485方向切换方案仿真图

四、解决方案

解决的方案需要在原有的基础上，增加D1、R3、R4、C1。如下图6。

由于该换向的原理是发送数据0的时候，DE/RE引脚为高电平，U2为发送状态，数据有U2发送出去。而发送数据1的时候，DE/RE引脚为低电平，U2实际为接收状态，AB总线上的 逻辑1其实是有R1、R2的上下拉电阻使得Va-Vb>200mV的。因此，我们的设计主要保证发送数据0的时候，方向引脚比数据延迟30%~50%左右，保证数据顺利发送出去。

实现的原理如下：

TXD发送数据0的时候，经过反相器U1，DE/RE引脚为高电平，使得U2为发送状态，下一bit数据即将为1，但是经过R4、C1的RC充电效应，U2的pin3引脚并不会立即为高电平，而是经过延迟后才为高电平，延迟的时间即是我们设计的方向延迟时间。举例子，假设U1的高电平阈值为1.5V，U1的供电电压为5V，R4=36K，C1=300pF，根据公式：t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]，可以估算出切换方向延迟的时间约3.1uS。

TXD发送数据1的时候，经过反相器U1，DE/RE引脚为低电平，使得U2为接收状态，接收状态下，AB总线上的值由上拉R1，下拉R2决定，不再需要U2发送数据，因此方向控制信号等同于无效。

图6：方向信号延后措施

使用100K的频率进行仿真，结果显示方向引脚可以延后1.85uS，可以满足要求。

图7：100K频率仿真图

五、总结

本文主要通过增加RC延迟和反相器波形整形，从而达到方向切换比数据bit延后的目的，读者在实际使用过程，还需要根据自己设计的最高波特率来选择RC的参数，如RC时间太长，在频率很高的情况下，反相器可能没有输出，一致时0，一般设置为位宽的30%左右即可，例如115200bps的波特率，位宽是8.6uS，延迟参数可以设置为8.6*0.3=2.5u左右。二极管D1和R3主要是为了应付TXD信号由高变低的时候，能够快速的释放反相器输入引脚的电压，让反相器的输出为高电平，及时将数据0发送出去。