1 背景
明确设计思路有助于后期迭代。本文重点解决 RS485 收发器使能切换引起的毛刺问题。
2 问题概述
- 何时需要用到 RS485 收发器？
- 为何 RS485 收发器使能转变会引起毛刺？
- 如何处理毛刺规避 FPGA 时序判断？
3 RS485 收发器
3.1 硬件基础
3.1.1 标准收发器
RS485 收发器是一类集成电路芯片，核心作用是在微控制器（如 FPGA、MCU）的逻辑电平（如 TTL 电平，通常是 0V/3.3V 或 0V/5V）与 RS485 差分信号之间进行双向转换。大多数 RS485 收发器还具备使能控制引脚（DE 或 RE），允许主控芯片灵活地切换其工作模式——发送或接收，从而支持半双工通信架构。
在实际应用中，微控制器输出的信号属于低电压、低电流的逻辑电平，适合短距离、高精度的内部电路通信，但无法直接用于长距离传输，容易受到电磁干扰、线路衰减等因素影响，导致信号失真甚至通信失败。
差分传输：RS485 标准通过两根信号线（通常标记为 A 和 B，或 + 和 -）之间的电压差来表示数据，具有很强的抑制能力，能够在嘈杂的工业现场稳定工作。
阻抗匹配：为了保证通信稳定性，通常在总线两端配置 120 欧姆的终端电阻，以匹配电缆特性阻抗，减少信号反射带来的干扰。
SP3485：支持 485 和 422，差分电压范围覆盖 -7V~12V。
3.1.2 自动方向控制收发器
当 RS485 收发器没有专用的 DE（驱动器使能）或 RE（接收器使能）控制引脚时，实现半双工通信的核心思路是：采用具备自动方向控制功能的收发器芯片。这类芯片内部集成了智能逻辑，可以自动管理数据流的方向。
| 特性 | 标准收发器（带 DE/RE 引脚） | 自动方向控制收发器（无 DE/RE 引脚） |
|---|---|---|
| 控制方式 | 软件手动控制：需要 MCU 的 GPIO 引脚和精确的时序代码 | 硬件自动控制：通过检测 TXD 信号的电平变化自动完成 |
| 硬件复杂度 | 较高（需要连接控制线） | 较低（只需要连接 TXD/RXD 和电源） |
| 软件复杂度 | 较高（需编程方向切换代码） | 较低（如同操作普通 UART） |
| 可靠性 | 依赖软件时序的正确性 | 由硬件保证，时序更精确可靠 |
| 适用场景 | 几乎所有 RS485 应用，给予开发者完全的控制权 | 引脚资源紧张，追求开发简便性和可靠性的应用 |
3.2 软件协议
FPGA 基于 RS485 收发器可以实现两大类协议：标准的、广泛应用的通用协议如 UART、BissC、EnDat 等，以及自定义的、为特定应用优化的专用协议。
BissC、EnDat：需要两路 RS485 收发器，一路差分时钟，一路差分数据。
4 异常现象
这里以 EnDat 协议时序进行说明，状态跳转如下：
- FPGA 进入 SEND_ORD 状态，主机发送指令。
- 指令发送后，FPGA 进入 WAIT 状态，等待从机返回高电平起始位。
- 检测到高电平返回，FPGA 进入 START_BIT 状态。
通过时序图和说明可以发现，在等待起始位的 WAIT 状态中，RXD 出现了脉冲周期不符的高电平，而 FPGA 把这个毛刺当成起始位处理导致状态跳转异常。
5 问题分析
5.1 原因定位
经过复现发现，所使用的 RS485 收发器在改变 EN 使能方向时，对应的 RXD/TXD 会出现高电平毛刺，从而导致 FPGA 误判。
