準的一個平衡傳輸標準,RS-485似乎已成為工業(yè)界永不過時的接口標準。關于它的文獻有很多,但對于很少接觸接口設計的系統(tǒng)工程師而言,如此海量的文獻就有些讓人吃不消了。
RS-485標準的用途
網(wǎng)絡拓撲
圖1:RS-485總線結(jié)構(gòu)(左)與半雙工總線結(jié)構(gòu)(右)。
這就需要通過方向控制信號(例如驅(qū)動器/接收器使能信號)控制節(jié)點操作的協(xié)議,以確保任何時刻總線上都只能有一個驅(qū)動器在活動,而必須避免多個驅(qū)動器同時訪問總線導致總線競爭。
信號電平
RS-485驅(qū)動器必需在54的負載上提供最小的差分輸出,而RS-485接收器則必需能檢測到最小為200mv的差分輸入(見圖2)。這兩個值為可靠數(shù)據(jù)傳輸提供了足夠的裕度,即便信號經(jīng)過線纜和連接器發(fā)生嚴重衰減時亦如此。而穩(wěn)健性正是RS-485適用于噪聲環(huán)境的長距離聯(lián)網(wǎng)的主要原因。
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圖2:RS-485規(guī)定的最小總線信號電平。
線纜類型
圖3:RS-485通信線纜示例。 總線端接與線頭長度
T與傳輸線線纜的特征阻抗Z0匹配。RS-485建議采用Z0為120的線纜,因此通常每根線纜末端都采用120的電阻進行端接。
圖4:利用共模噪聲濾波器對RS-485進行端接。低通濾波器替代這些120的電阻,以增強對共模噪聲的濾波(見圖4)。值得注意的是,兩個濾波器的電阻值應相等(最好采用精密電阻)以確保兩個濾波器具有相同的滾降頻率。電阻容差過大會導致濾波器轉(zhuǎn)角頻率出現(xiàn)偏差,而導致共模噪聲轉(zhuǎn)換為差模噪聲,使接收器的抗噪性能降低。
表1:不同信號上升時間下的線頭長度和未端接線纜長度。 故障保險
AB在200mV接收器輸入閾值之外還必需能涵蓋最大差分噪聲。按下式計算故障保險偏置電阻RB在最壞情況條件下(即最低電壓,最大噪聲條件下)的阻值:
AB=200mV + VNoise。在最小總線電壓為,VAB=并且Zo=120時,RB的計算結(jié)果為528。在RT上串聯(lián)兩個523的電阻(見圖5左),就在總線一端建立起一個故障保險電路。
圖5:總線空閑的外部故障保險偏置。 。
數(shù)據(jù)率與總線長度的關系
圖6:不同數(shù)據(jù)率下的線纜長度。 最小節(jié)點間距
L為集總負載電容,C為傳輸媒介(線纜或PCB走線)單位長度的電容。上式給出的是最小器件間距與分布媒介和集總負載電阻的函數(shù)關系,圖7將這種關系圖形化了。
圖7:最小節(jié)點間距與器件和傳輸媒介容抗的關系。 接地與隔離
圖8:需要注意的設計缺陷:a) GPD過高； b) 回路電流過大； c)減小回路電流,但過大的接地環(huán)路仍會導致電路對感應噪聲高度敏感。信號隔離器均能阻止電流在遠程系統(tǒng)的接地之間流通,從而避免創(chuàng)造這樣的電流回路。
圖9:多個現(xiàn)場總線收發(fā)器位置與單一地參考的隔離。 本文小結(jié)
隔離器、三隔離器和4隔離器版本的單向和雙向數(shù)字隔離器(從DC到150Mbps),以及隔離型DC/DC變換器(帶3V到5V整流輸出),以為隔離柵兩端同時提供電源。
作者:Thomas Kugelstadt
高級應用工程師
TI公司
