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RS-485標準的用途

網絡拓撲

圖1:RS-485總線結構(左)與半雙工總線結構(右)。

這就需要通過方向控制信號(例如驅動器/接收器使能信號)控制節點操作的協議,以確保任何時刻總線上都只能有一個驅動器在活動,而必須避免多個驅動器同時訪問總線導致總線競爭。

信號電平

RS-485驅動器必需在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)。這兩個值為可靠數據傳輸提供了足夠的裕度,即便信號經過線纜和連接器發生嚴重衰減時亦如此。而穩健性正是RS-485適用于噪聲環境的長距離聯網的主要原因。

圖2:RS-485規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角頻率出現偏差,而導致共模噪聲轉換為差模噪聲,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R_B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 + V_Noise。在最小總線電壓為,V_AB=并且Z_o=120時,R_B的計算結果為528。在R_T上串聯兩個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。

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數據率與總線長度的關系

圖6:不同數據率下的線纜長度。

最小節點間距

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關系,圖7將這種關系圖形化了。

圖7:最小節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的接地之間流通,從而避免創造這樣的電流回路。

圖9:多個現場總線收發器位置與單一地參考的隔離。

本文小結

隔離器、三隔離器和4隔離器版本的單向和雙向數字隔離器(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