OSI 模型的物理层负责在设备和物理传输介质之间传输原始数据。它处理电信号到数字数据的转换，同时定义电压、时序、数据速率等。
RS485总线通信使用两条信号线，“A”和“B”，必须平衡和区分。平衡信号是在双绞线电缆中共享一对的两条线，每条线上的阻抗相同。除了线路的匹配阻抗外，接收器和发射器还必须有匹配的阻抗。下图显示了一个典型的多点RS485通信网络拓扑结构，其中每个设备都有一个区分RS-485通信收发器，设备之间的链路由双绞线电缆和终端电阻组成。
需要注意的是，有多种拓扑可用于排列设备，因为并非所有网络都是平等的，所以终端要求以及设备排列会有所不同。例如，在下面的图2中，通信端口仅用于电缆的开头和结尾。
图2：典型的 RS-485 网络拓扑
平衡布线可在使用差分信号时降低噪声。这些信号“A”和“B”被称为差分对；其中一个信号与原始信号匹配，而另一个完全反转，这就是为什么它有时被称为互补信号。
在单端接口中，接收器将信号接地，并根据预定的电压电平（这些被称为逻辑电平，因为它们确定信号是逻辑高还是逻辑低）来解析信号状态。然而，在电压趋于下降和压摆率下降的较长电缆距离上，经常会发生信号错误。在差分应用中，主机生成原始单端信号，然后发送到差分发送器。该发送器创建差分对，通过电缆发送出去。生成两个信号后，接收器不再将电压电平参考到地，而是将信号相互参考。这意味着接收器不是寻找特定的电压电平，而是始终查看差异两个信号之间。然后差分接收器将这对信号重构回一个单端信号，主机设备可以使用主机所需的适当逻辑电平来解释该信号，图3。这种类型的接口还允许不同电压电平的设备运行通过差分收发器之间的通信一起。所有这些共同作用以克服单端应用在长电缆距离上可能发生的信号衰减。
图3：由差分驱动器驱动并由接收器重构的编码器输出
信号衰减并不是长电缆距离出现的唯一问题。电缆在系统中的时间越长，电气噪声和干扰进入电缆并最终进入电气系统的可能性就越大。当噪声耦合到电缆上时，它显示为不同幅度的电压，但使用平衡双绞线电缆的好处是噪声在每条线路上均等地耦合到电缆。例如，一个正的1 伏尖峰将导致 A 上的 +1 V 和 B 上的 +1 V。因为差分接收器将信号彼此相减以获得重建信号，它会忽略两条线上同样显示的噪声。差分接收器忽略两条信号线上相同电压的能力称为共模抑制。
RS485通信接口的其他主要物理层优势之一是信号电压规范。RS-485总线不需要使用特定的总线电压，而是指定所需的最小差分电压，即信号 A 和 B 电压之间的差值。总线要求接收器的最小差分电压为 +/- 200 mV，通常所有 RS485接口设备都将具有相同的输入电压范围，尽管以不同的电压进行传输。这意味着任何 RS485通信设备都能够接收 -7 至 12 V 的电压范围，因此工程师可以设计具有该范围内任何传输电压的主机系统。这允许设计人员使用他们现有的电路板电压创建RS-485系统。
话虽如此，验证产品规格以确保设备支持标准的整个电压范围非常重要。例如，CUI Devices 的RS-485编码器在板上使用 3.3 V，因此他们使用 RS-485 3.3 V 发射器。但是，它们还具有 0 到 12 V 之间的输入容差。如果可以满足 +/- 200 mV 的最小差分电压，这允许它们在 0 到 12 V 之间的多个不同传输电压下共享相同的RS-485总线而不会出现问题在接收器和发射器。这一点尤其重要，因为随着电缆长度的增加，信号线上的电压降也会增加。主机设备可以使用 +/- 1 V 的差分电压进行传输，但在较长的电缆长度上，该电压可能会降低到 +/- 200 mV，这对于 RS-485 来说仍然是完全可以接受的，图 5。
图5：RS-485 最小总线信号电平
图6：定义了物理层的 OSI 模型
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