RS-485 基礎(chǔ)知識：何時需要終止，以及如何正確進行

RS-485 網(wǎng)絡(luò)的許多信號完整性和通信問題都源于端接，無論是缺少端接還是端接不當(dāng)。在 RS-485 基礎(chǔ)系列的這一部分中，我將討論我們何時可以在不終止RS-485網(wǎng)絡(luò)的情況下擺脫困境，以及如果我們需要終止，如何使用標(biāo)準(zhǔn)(并聯(lián))終端和交流 (AC) 終端網(wǎng)絡(luò)。

RS-485 收發(fā)器的驅(qū)動器必須能夠在 32 個單位負載和兩個 120Ω 終端上驅(qū)動 1.5V。我在帖子中沒有提到它，但端接電阻器的 120Ω 值源于所謂的雙絞線總線的差模特性阻抗。簡而言之，線規(guī)、絕緣類型和厚度以及每單位長度的捻數(shù)都會影響高速數(shù)據(jù)信號“看到”的阻抗。該阻抗以歐姆表示，雙絞線電纜的典型范圍為 100Ω 至 150Ω。RS-485標(biāo)準(zhǔn)的編寫者選擇120Ω作為標(biāo)稱特性阻抗;因此，為了匹配這個阻抗，終端電阻的默認值也為 120Ω。

為什么存在終端網(wǎng)絡(luò)

將電纜的特性阻抗與終端網(wǎng)絡(luò)相匹配，使總線末端的接收器能夠看到最大的信號功率。通過使傳輸線未端接，或以不等于電纜阻抗的某個值端接，我們將引入不匹配，從而在網(wǎng)絡(luò)末端產(chǎn)生反射。反射是信號的一些能量從字面上返回線路的地方，然后可以建設(shè)性或破壞性地干擾沿總線傳播的下一個比特。一個破壞性的例子是，如果反彈回來的反射信號與輸入信號異相，導(dǎo)致接收器看到較小的輸入信號。如果失配足夠大，

等式 1 表明，對于反射系數(shù)，要接近零，輸入阻抗 Z L需要與源阻抗 Z S匹配。如果負載和源阻抗存在較大差異，則幾乎整個信號都可以反射。

如我們所見，為了獲得最佳信號完整性，最好始終將 AC 線路阻抗與相等值的終端匹配。為什么不是所有的設(shè)計師都想做這個?因為添加終端網(wǎng)絡(luò)會增加整個系統(tǒng)的成本，而且這些終端網(wǎng)絡(luò)還會給驅(qū)動器增加并行負載，從而導(dǎo)致更大的穩(wěn)態(tài)負載電流。在降低功耗至關(guān)重要的功率敏感型應(yīng)用中(例如在電池供電的應(yīng)用中)，節(jié)省功率的一種選擇是使總線保持未端接。讓我們討論何時刪除終止是一個可行的選擇。

不需要終止的網(wǎng)絡(luò)

不需要終止網(wǎng)絡(luò)的一種情況是網(wǎng)絡(luò)的雙向循環(huán)時間遠大于單個位時間(~<0.1×雙向循環(huán)延遲)。在這種情況下，反射在每次到達網(wǎng)絡(luò)末端時都會損失能量。

從圖 1 中可以看出，每次信號在電纜末端反射時，反射幅度都會繼續(xù)衰減。圖 1 顯示了信號的三個往返行程和總共六個反射。

圖1 ：每次發(fā)生反射時反射衰減的幅度

估計總線未端接端的輸入阻抗為 96kΩ(單位負載的八分之一)，驅(qū)動器的源阻抗為 60Ω，根據(jù)表 1 中列出的計算，信號反射會衰減。

表1 ：信號衰減計算示例

如表 1 所示，當(dāng)信號第六次反射時，它已衰減到其原始幅度的 4% 以下。在這一點之后，可以肯定地說反射不再能夠?qū)е滦盘柾暾詥栴}。由于位的采樣點通常發(fā)生在位的 50-75% 之間，因此我們需要確保這三個往返延遲發(fā)生在采樣點之前。

需要終止的網(wǎng)絡(luò)

對于位時間不長于電纜環(huán)路時間的應(yīng)用，端接對于最小化反射至關(guān)重要。最基本的端接網(wǎng)絡(luò)，稱為標(biāo)準(zhǔn)端接或并行端接網(wǎng)絡(luò)，由單個電阻器組成(圖 2)。

圖2 ：標(biāo)準(zhǔn)終端網(wǎng)絡(luò)

對于標(biāo)準(zhǔn)端接，我們可以將端接電阻值與網(wǎng)絡(luò)兩端電纜的差模特性阻抗相匹配。這可確保正確終止總線上雙向傳輸?shù)男盘?。正如我之前提到的，這種類型的端接方案的主要缺點是，只要驅(qū)動器處于活動狀態(tài)，電阻器就會在驅(qū)動器上施加直流 (DC) 負載。

使用交流終端有助于減輕這種功耗，而對總線長度沒有那么長的位時間要求。圖 3 顯示了一個 AC 端接方案。

圖3 ：交流終端網(wǎng)絡(luò)

由于電流通常從RS-485 驅(qū)動器的一側(cè)流過終端網(wǎng)絡(luò)，然后通過驅(qū)動器的另一側(cè)，通過放置一個串聯(lián)電容器，穩(wěn)態(tài)電流變?yōu)榱?。這種類型的端接需要注意的兩個問題是，它需要在每個端接網(wǎng)絡(luò)上增加一個組件，并且串聯(lián)電阻和電容會引入電阻-電容 (RC) 延遲。RC 時間常數(shù)將減慢差分信號的上升沿和下降沿，并限制網(wǎng)絡(luò)的最大數(shù)據(jù)速率。

表 2 總結(jié)了三種終止方案。

表2 ：終止技術(shù)總結(jié)

為獲得最佳信號完整性，始終最好將電纜的差模特性阻抗與等阻抗的終端相匹配。但是，如果我們采取適當(dāng)?shù)牟襟E，也可以成功實施交流終止或完全避免終止。