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RS-485由电信行业协会和电气工业联盟于1983年制定。RS-485是一种差分信号标准，它定义了用于实现平衡多点传输线的驱动器和接收器的电气特性。该标准旨在作为诸如DLT-645、DMX-512、Modbus等更高层级标准的物理层参考，并且因其强大的电气特性而广泛应用于工业领域。
RS-485允许在多点网络上进行串行通信。其中的一些例子包括从发送端产生的最小所需信号幅度、接收器的输入灵敏度以及接收器的输入阻抗。该标准未对电缆、连接器和数据协议进行定义，这为系统设计者提供了灵活性。
RS-485是一种平衡传输标准，这意味着它需要两条信号线，其电压彼此相反。这为信号完整性带来了两个优势。首先，由于这两条信号线采用双绞线电缆，来自外部源的噪声作为共模噪声同等地耦合到两条信号线上，而共模噪声又会被差分接收器抑制。
其次，由于两条信号线彼此反向切换，每条线发出的电磁场也相互相反，有助于衰减发出的噪声。
RS-485支持通过两根线进行多点双向通信，这有助于降低电缆成本，而且RS-485驱动器需要将大的差分信号驱动到RS-485负载中。这使得信号能够长距离传输，同时仍然足够大，以便接收器能够准确解读。RS-485驱动器和接收器还需要在负7V到12V的共模范围内工作。相对于其他接口标准，这使得在存在较大接地电位偏移的情况下仍能保证数据的准确性，也可能延长RS-485传输线的可操作距离。
一条RS-485总线由多个收发器并联连接到一根总线电缆上组成。为了消除线路反射，每根电缆的末端都连接有一个终端电阻，标记为RT，其值与电缆的特性阻抗（标记为Z0）相匹配。这种方法称为并联终端匹配，能够在较长的电缆长度下实现更高的数据速率。
图A展示了一个典型的半双工RS-485总线配置。半双工，即两线制总线，由多个驱动器和接收器并联连接到一对单线上组成。在半双工通信中，一个收发器要么正在发送数据，要么正在接收数据，但不能同时进行。在任何时候，连接到总线上的只有一个驱动器可以处于活动或启用状态。多个活动驱动器将导致数据错误，并可能损坏收发器。
图B展示了一个典型的全双工RS-485总线配置。全双工，即四线制总线，采用主从配置方式连接，其中主节点的驱动器并联连接到一对单线上的所有从节点接收器，而主节点的接收器则并联连接到另一对单线上的所有从节点驱动器。独立的总线电缆允许主节点和从节点之间同时进行双向通信。
在要求低数据速率的应用中，半双工配置通常因其较低的电缆成本而更受青睐。全双工网络由于能够同时发送和接收数据，因此能够适应需要更高带宽的应用。一个RS-485驱动器由两对晶体管和二极管组成。当驱动器处于活动状态时，D输入引脚上的逻辑电平决定了哪一对晶体管被偏置，并且可以像H桥一样在负载的任一方向上驱动电流。从引脚A到引脚B测量的负载电阻上的电压降被称为驱动器的差分输出电压。
回想一下，我们曾提到驱动器能够双向驱动电流。这意味着，相对于引脚A，差分输出电压可能为负，就像右边的图中所示那样。在理想情况下，驱动器的差分电压将覆盖整个VCC电压范围。但由于驱动器的结构，二极管和晶体管上存在电压降，这会降低差分电压。
因此，驱动器的总差分电压等于高电压减去二极管的两个电压降，再减去晶体管上的两个电压降。为了使RS-485驱动器符合RS-485规范，所有驱动器都必须能够在54Ω的电阻上产生至少1.5V的差分输出电压。
驱动器的简化模型如图所示，其中引脚A和B在负载电阻上产生电压差。但引脚A和B的电压是电压差的正负一半再加上一个偏移电压。
RS-485接收器会衰减传输信号，这些信号通常超出了接收器电源电压的范围，将其衰减到电源电压范围内的电平。由于总线上各接收器之间可能存在接地电位差，设备的A和B端子上可能会出现低至负7V、高至12V的电压。衰减系数通常约为10比1。所以，实际出现在比较器输入端的电压电平处于设备的工作范围内。
正电压输入阈值（VIT+）是这样一个值：当电压输入差（VID，即VA减去 VB）大于或等于正电压输入阈值（VIT+）时，接收器输出必须为高电平。TIA/EIA-485A标准规定，接收器的正输入阈值（VIT+）应不大于正200mV。
负电压输入阈值是这样一个值：当电压输入差（VID）小于或等于负电压输入阈值（VIT-）时，接收器输出必须为低电平。TIA/EIA-485A标准规定，接收器的负输入阈值（VIT-）应不小于负200mV。
当负电压输入阈值（VIT-）小于或等于电压输入差（VID）且VID小于或等于正电压输入阈值（VIT+）时，接收器的输出状态是不确定的。现代收发器的正电压输入阈值（VIT+）小于或等于0V。这是为了确保在总线短路、开路和空闲等情况下，接收器在不使用外部故障安全电阻的情况下输出高电平故障安全信号。外部故障安全电阻会增加总线上的共模负载。因此，通过使用具有集成故障安全保护偏移接收器输入阈值的收发器，可以将更多的接收器连接到总线上。
在总线短路情况下，接收器的A和B输入端子短路在一起，产生的差分输入电压（VID）为0V，接收器输出为高电平。在总线开路情况下，A和B端子处于悬浮状态，接收器比较器的输入由接收器输入偏置网络决定，它们是相等的，产生的差分输入电压（VID）为0V，接收器输出为高电平。
在总线空闲情况下，没有驱动器主动在任一条总线上建立电位。由于在这种情况下没有电流流动，终端电阻上的差分电压为0V，产生的差分输入电压（VID）为0V，接收器输出为高电平。
迟滞电压（VHYS）规定了正电压输入阈值（VIT+）与负电压输入阈值（(VIT-）之间差值的最小值。迟滞电压（VHYS）的最小值规定了在信号切换过程中，接收器能够保证不受影响的最大差分噪声值。
TIA/EIA-485A标准规定，符合要求的RS-485驱动器必须能够在-7V到+12V的共模范围内，驱动等效负载为32个单位负载接收器的情况下，产生1.8V的差分输出电压。
一个单位负载相当于在12V电压下1mA的输入漏电流，即12KΩ的阻抗。现代收发器具有更高的接收器输入阻抗，这使得总线上能够接入更多的收发器。
下表列出了不同接收器特性对应的单位负载、总线输入漏电流以及等效输入阻抗。从数据表中确定接收器负载时，总线输入漏电流是最可靠的方法。
总结：RS-485作为一种广泛应用的差分信号标准，凭借其强大的电气特性和多点双向通信能力，在工业领域占据重要地位。其平衡传输设计有效抑制噪声，确保信号完整性，并支持长距离、高数据速率传输。通过半双工与全双工配置，RS-485灵活适应不同带宽需求。驱动器与接收器的严格规范，保障了通信的可靠性与稳定性，而高输入阻抗特性则进一步提升了系统灵活性，使得RS-485成为工业通信领域的优选方案。
