RS-485 基礎(chǔ)：故障安全偏置網(wǎng)絡(luò)的兩種方法

在本文中，我將探討兩種處理空閑總線條件的常用方法，以便在總線上有保證的邏輯狀態(tài)。因為 RS-485 是一個多點拓撲網(wǎng)絡(luò)并且無法處理爭用，所以有時總線上的所有 RS-485 收發(fā)器都呈現(xiàn)高阻抗并且沒有邏輯狀態(tài)被主動驅(qū)動。

最常見的是，這將發(fā)生在一個節(jié)點完成傳輸消息和下一個節(jié)點開始傳輸消息之間。在這段時間內(nèi)，由于安裝了終端電阻，總線將具有 0V 差分信號。根據(jù)電子工業(yè)聯(lián)盟 (EIA)-485 標準，對于 ≥+200mV 的差分電壓，RS-485 接收器的輸入閾值在邏輯上較高，對于 ≤-200mV 的差分電壓，在邏輯上較低。這意味著差分輸入電壓存在 400mV 的不確定狀態(tài)。

處理這種不確定狀態(tài)的兩種最常見的方法是選擇具有內(nèi)置故障安全輸入閾值的接收器，或者使用額外的外部電阻器在空閑總線上產(chǎn)生外部偏置。這兩種方法都確?？偩€上的邏輯高狀態(tài)，對應(yīng)于正差分電壓。

RS-485總線端接在許多應(yīng)用中均很有用，因為此方式有助于提高信號完整性并減少通信問題?！岸私印笔侵笇㈦娎|的特征阻抗與端接網(wǎng)絡(luò)匹配，使總線末端的接收器能夠觀察到最大信號功率。未端接或端接不當?shù)目偩€將無法很好的匹配，從而在網(wǎng)絡(luò)末端產(chǎn)生反射，導(dǎo)致整體信號完整性降低。

在網(wǎng)絡(luò)的雙向環(huán)路時間遠大于信號位時間時，無需終止，因為每次反射到達網(wǎng)絡(luò)末端時，它們都會損失能量。但是，對于位時間基本上不長于電纜環(huán)路時間的應(yīng)用，為使反射最小化，端接至關(guān)重要。快速解釋是，衰減網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)部偏置電流會在接收器比較器的輸入端產(chǎn)生電壓差。這種解決方案的好處是它對網(wǎng)絡(luò)上所有收發(fā)器的負載沒有影響。需要注意的是，網(wǎng)絡(luò)上的每個節(jié)點都需要內(nèi)置此功能。對于現(xiàn)有安裝，或使用可能難以更新的先前設(shè)計的模塊的安裝，這可能不是一個現(xiàn)實的選擇。

處理空閑總線條件的第二種方法是使用兩個外部電阻器：一個從 A 端子到 VCC，另一個從 B 端子到地。

正如您在 R FS1中看到的那樣，兩個并聯(lián)的終端電阻 (R T ) 和 (R FS2 ) 創(chuàng)建了一個簡單的分壓器電路。您只需將這些電阻器安裝在整個網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點上，通常是在主節(jié)點上。另外，將R FS1和R FS2設(shè)置為彼此相等，以使共模在V CC和地之間平衡。

公式 1 是計算這些故障安全電阻值的最簡單方法。取導(dǎo)致已知狀態(tài)的最小輸入電壓 (+200mV)、并聯(lián)的等效終端電阻 (60Ω) 和將填充故障安全電阻的節(jié)點的最小 V CC(讓我們使用 4.5V)并求解簡單的分壓器方程：

代入 V FS = 200mV，R eq = 60Ω 并設(shè)置 R FS1 + R FS2 = 2*R FS(因為我們將它們設(shè)置為彼此相等)，你得到：

如您所見，此解決方案的好處是只需要兩個電阻即可完成，并且適用于網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點。需要注意的是，兩個 645Ω 電阻器會產(chǎn)生共模負載。如果您回顧一下本系列上一篇關(guān)于單元負載的文章，每個 RS-485 驅(qū)動器都需要處理 375Ω 共模負載(并聯(lián) 32 個單元負載)。

問題在于，僅故障保護電阻器就存在 645Ω 的共模負載?，F(xiàn)在重要的是計算在出現(xiàn) 375Ω 的共模負載之前可能并聯(lián)出現(xiàn)的額外共模負載：

由于每個單元負載可以近似為 12kΩ 共模負載，因此您只需計算在呈現(xiàn)小于 896Ω 的共模負載之前可以擁有的最大并聯(lián)單元負載數(shù)：

這意味著故障安全電阻器放置的共模負載相當于 18.6 (32-13.4) 個單位負載，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)上允許的節(jié)點總數(shù)。正如您所看到的，兩種處理空閑總線條件的方法各有利弊，因此由您決定哪種方法最適合您的應(yīng)用程序。