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导语
RS485作为物联网行业十分常用的端口之一，由于布线少、距离远、抗干扰强，在监控、工控等行业十分常见。有一个有源和无源RS485的选择的问题，无源RS485价格一般十几元就能买到，而有源RS485一般需要上百块才能买到。实现同样的功能，要是无法道个一二三来，甲方是不可能为你买单的。本篇分享，我们就从两种转换器的内部实现原理，分析其实现方式和优劣势。
图1：无源RS485转换器
图2：有源RS485转换器
一、 无源RS485转换器
1、供电方式
无源并非真正的不需要电源，而是不需要用户提供独立的电源，转换器巧妙的从其他信号上窃电，实现转换器的供电。市面上的无源RS485转换器的窃电方法一般有以下的2种：
第一种窃电方法：DB9的RTS、CTS、DSR窃电方法
如下图3所示，DB9端口的RTS、CTS、DSR（pin6、7、8）三个引脚一般在RS232转换为RS485 过程中并不需要，并且一般的计算机都遵循RS232-C标准，采用DB9的标准接口，因此将计算机的RS232转换为RS485的时候，这种窃电方式是可行的。但是用户必须要注意，RTS、CTS、DSR三个引脚的电压范围是-15V~15V，这三个引脚为无效状态时，电平是-15V，必须要将上位机配置这三个引脚为有效，即正电平，才能实现模块的供电。
优点：
从DB9窃电，无需额外的供电电源。
缺点：
1、必须要对串口进行初始化，才能确保RTS、CTS、DSR三个引脚配置为有效状态，才能输出正电平，才能保证电平高于7V；
2、部分没有这三个引脚的MCU则无法采用这个方案。
图3：使用RTS、CTS、DSR窃电的方案
第二种窃电方法：DB9的RTS、CTS、DSR、TX任意引脚窃电
第一种窃电方法只能使用正电源，并且需要对串口进行初始化，但是在很多场合是没有使用到RTS、CTS、DSR三个信号的，并且要求RTS、CTS、DSR时刻输出正电平也不现实。于是，市面上就出现了第二种窃电的办法，窃电的原理主要有2大模块组成，第一模块是负压电荷泵模块，负责将负压转换为正电压，第二模块为降压模块，负责将升压后的电平稳定在3.3V（或者5V）。四个信号引脚RTS、CTS、DSR、TX均可以给模块供电，克服了方案1中的不能负压、必须初始化串口、必须具备RTS、CTS、DSR等缺点。
优点：
可以接受正负压，无需初始化串口，RTS、CTS、DSR、TX任意一个信号即可供电。
缺点：
升压模块较复杂，单纯只有TX信号供电时，可能存在供电不足。
图4：使用RTS、CTS、DSR、TX窃电的方案
2、防护方案
由于无源RS485转换模块产品定位是低端，任意一家公司甚至是个人都可以很轻易做出来，市场竞争压力非常大，成本几乎与料本齐平，我们通过拆解某一款RS485 转RS232 ，可见其内部并没有什么有效的防护，包括：
1、端口没有出现TVS、GDT、PTC、ESD等常见的器件；
2、没有隔离电源；
图5：无源RS485转换模块内部方案拆解
二、 有源RS485转换器
1、供电方式
所谓有源RS485转换器，就是模块内部的电源是正儿八经从外面端子引进来的，而不是从信号线上窃电得到的。如下图6所示，外置端子连接3.3~10V电源，经过稳压模块后，分别给RS485侧供电和隔离电源供电，隔离电源输出给RS232侧供电。从而保证整个设备的供电正常。
图6：无源RS485转换模块内部方案拆解
2、内部防护
有源RS485比无源RS485 价格贵主要就是体现在产品的防护上，我们拆解其中一款有源RS485的产品，原理图如下图7，可见其内部有防止过流的PTC，防雷器件气体放电管，防止ESD的TVS，还有内部的隔离电源，带隔离的RS485芯片。这些额外的防护器件，至少比无源RS485料本贵30元以上。
图7：有源RS485转换模块内部方案拆解
三、 有源、无源实测
接下来放干活：读者最关心的实测对比，拿有源和无源RS485模块进行信号实测。测试框图如下图8.
图8：测试接线框图
无源RS485实测波形如下图9所示，可以看出，由于控制器没有RTS、CTS、DSR三个信号，整个模块仅依靠TX信号供电，在控制器发送阶段，信号还是不错的，高电平比较均匀，当切换到控制接收阶段时，由于模块的供电不足，信号电平慢慢变低最终消失。但是此时通信并没有停止，后面的信号都接收不到了。
图9：无源RS485实测波形
有源RS485实测波形如下图10所示，可以看出，由于使用了外部供电，发送和接收阶段的信号电平几乎没有变化，波形非常好。
图10：有源RS485实测波形
四、 总结
从技术难度上看，无源RS485比有源RS485的难度更大，因为DB9的标准规范里面没有电源引脚，无源RS485需要从RTS、CTS、DSR、TX引脚上取电，RS232电平有正有负，还需要将负电压转换为正电压，大部分的非PC机类的控制器，RS232基本不会引出RTS、CTS、DSR信号，仅凭TX信号供电就可能供电不足，并且，无源RS485由于产品定位低端，几乎没有厂家投入过多的产品防护，例如过流、过压、防雷、ESD防护、隔离等等统统没有，仅仅是能用。而反观有源RS485，由于预算较高，提交较大，在防护方面下足功夫。如果是使用PC机控制下游RS485设备，或者仅仅用于单个距离较近、速率较低的场合，可以尝试使用无源RS485，如果是工控现场、数据采集等高可靠性、高防护要求的场合，有源RS485转换模块是不二选择。
