RS-485：總線電流要求與收發(fā)器驅(qū)動能力

　　越來越多的人在問關(guān)于EIA/TIA-485（俗稱RS-485數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)）基本概念的一些問題，這一事實表明未來數(shù)年RS-485仍會在各種工業(yè)接口中起到舉足輕重的作用。

　　本文中，我們將為您解答許多常見和最新的問題，例如：

　　1）RS-485收發(fā)器可以驅(qū)動多大的總線電流？

　　2）可以驅(qū)動32以上單位負載嗎？

　　要回答第一個問題，我們需要研究圖1所示典型RS-485數(shù)據(jù)鏈路。我們看到，除驅(qū)動通過端接電阻器的差分電流以外，驅(qū)動器還必須驅(qū)動通過許多接收機輸入阻抗的電流，以及通過位于總線上的故障保護網(wǎng)絡(luò)的電流。這些阻抗在差分信號線路和接地之間形成電流通路，同時影響了A和B信號線的電流，且影響程度相同。因此，可以將它們表示為共模阻抗RCM。

　　圖1 典型RS-485數(shù)據(jù)鏈路

　　為了對最大共模負載進行定義，RS-485使用了一個單位負載的理論概念，其定義了一個12kΩ共模負載電阻。這樣一來，一個單位負載 （1UL） 收發(fā)器便代表在每個接地相關(guān)總線端有一個RINEQ = 12kΩ的等效輸入電阻。

　　RS-485規(guī)定一個收發(fā)器必須能夠驅(qū)動高達32單位負載的總共模負載，同時能夠給RD = 60Ω差分電阻提供VOD=1.5 V的差分輸出電壓。另外，該標(biāo)準(zhǔn)還要求在VCM=–7 V到+12V共模電壓范圍保持這種驅(qū)動能力，以便允許驅(qū)動器和接收機接地之間的大接地電位差，其一般會出現(xiàn)在遠距離數(shù)據(jù)鏈路中。

　　60Ω差分電阻代表兩個并聯(lián)120 Ω端接電阻器的電阻值，而32單位負載得到的總共模負載電阻為RCM=12kΩ/32=375Ω。共模負載條件下收發(fā)器驅(qū)動能力測試的相應(yīng)測試電路也指定為RS-485標(biāo)準(zhǔn)，其如圖2所示。

　　圖2 共模負載的驅(qū)動器測試電路

　　假設(shè)非反相驅(qū)動器輸出A具有更高的正總線電壓，則其電流計算方法為：

　　而反相輸出B的電流計算方法如下：

　　由于數(shù)據(jù)傳輸期間A和B輸出不斷改變極性，因此最好是使用一些通用術(shù)語來表示輸出電流方程式。所以，更多正輸出（或者高輸出）必須拉出電流：

　　而更少正輸出（或者低輸出）必須注入電流：

　　圖3顯示了在規(guī)定共模電壓范圍，驅(qū)動RCM=375Ω最大共模負載 （32UL） 的一個5V收發(fā)器的最小輸出電流要求。用于繪制該圖的參數(shù)假設(shè)為VOS=2.5 V、VOD=1.5 V、RD=60Ω和RCM=375Ω。

　　圖3 5V收發(fā)器的總線電流要求

　　該圖表明，一個符合標(biāo)準(zhǔn)的5V收發(fā)器必須能夠拉出和注入高達53mA的輸出電流。實際上，市場上銷售的大多數(shù)RS-485收發(fā)器，都具有60mA及以上的最小注入和拉出能力。

　　越來越多的人在問關(guān)于EIA/TIA-485（俗稱RS-485數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)）基本概念的一些問題，這一事實表明未來數(shù)年RS-485仍會在各種工業(yè)接口中起到舉足輕重的作用。

　　本文中，我們將為您解答許多常見和最新的問題，例如：

　　1）RS-485收發(fā)器可以驅(qū)動多大的總線電流？

　　2）可以驅(qū)動32以上單位負載嗎？

　　要回答第一個問題，我們需要研究圖1所示典型RS-485數(shù)據(jù)鏈路。我們看到，除驅(qū)動通過端接電阻器的差分電流以外，驅(qū)動器還必須驅(qū)動通過許多接收機輸入阻抗的電流，以及通過位于總線上的故障保護網(wǎng)絡(luò)的電流。這些阻抗在差分信號線路和接地之間形成電流通路，同時影響了A和B信號線的電流，且影響程度相同。因此，可以將它們表示為共模阻抗RCM。

　　圖1 典型RS-485數(shù)據(jù)鏈路

　　為了對最大共模負載進行定義，RS-485使用了一個單位負載的理論概念，其定義了一個12kΩ共模負載電阻。這樣一來，一個單位負載 （1UL） 收發(fā)器便代表在每個接地相關(guān)總線端有一個RINEQ = 12kΩ的等效輸入電阻。

　　RS-485規(guī)定一個收發(fā)器必須能夠驅(qū)動高達32單位負載的總共模負載，同時能夠給RD = 60Ω差分電阻提供VOD=1.5 V的差分輸出電壓。另外，該標(biāo)準(zhǔn)還要求在VCM=–7 V到+12V共模電壓范圍保持這種驅(qū)動能力，以便允許驅(qū)動器和接收機接地之間的大接地電位差，其一般會出現(xiàn)在遠距離數(shù)據(jù)鏈路中。

　　60Ω差分電阻代表兩個并聯(lián)120 Ω端接電阻器的電阻值，而32單位負載得到的總共模負載電阻為RCM=12kΩ/32=375Ω。共模負載條件下收發(fā)器驅(qū)動能力測試的相應(yīng)測試電路也指定為RS-485標(biāo)準(zhǔn)，其如圖2所示。

　　圖2 共模負載的驅(qū)動器測試電路

　　假設(shè)非反相驅(qū)動器輸出A具有更高的正總線電壓，則其電流計算方法為：

　　而反相輸出B的電流計算方法如下：

　　由于數(shù)據(jù)傳輸期間A和B輸出不斷改變極性，因此最好是使用一些通用術(shù)語來表示輸出電流方程式。所以，更多正輸出（或者高輸出）必須拉出電流：

　　而更少正輸出（或者低輸出）必須注入電流：

　　圖3顯示了在規(guī)定共模電壓范圍，驅(qū)動RCM=375Ω最大共模負載 （32UL） 的一個5V收發(fā)器的最小輸出電流要求。用于繪制該圖的參數(shù)假設(shè)為VOS=2.5 V、VOD=1.5 V、RD=60Ω和RCM=375Ω。

　　圖3 5V收發(fā)器的總線電流要求

　　該圖表明，一個符合標(biāo)準(zhǔn)的5V收發(fā)器必須能夠拉出和注入高達53mA的輸出電流。實際上，市場上銷售的大多數(shù)RS-485收發(fā)器，都具有60mA及以上的最小注入和拉出能力。

　　就此而言，需要對32單位負載的最大共模負載進行一些重要的澄清，以消除許多普遍存在的誤解。

　　•RS-485中規(guī)定的32單位負載的最大共模負載，指的是存在于差分信號對和信號地線之間的任何共模負載，不僅僅只是接收機輸入。例如，一個外部故障保護電阻器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)使用了22UL的總負載，從而使得僅有10UL可用于接收機輸入。剩余的10UL，可以通過使用10x1UL 收發(fā)器或者至多80x1/8UL 收發(fā)器，來讓其得到利用。

　　•32 UL最大負載的規(guī)定，針對–7V到+12V的整個VCM范圍。如圖3所示，讓VCM范圍變窄會降低輸出電流，并讓驅(qū)動器儲存一些電流。之后，可以利用這些儲存電流來驅(qū)動更多的單位負載。驅(qū)動器和接收機接地之間地電位差 （GPD） 較小的數(shù)據(jù)鏈路中，可以應(yīng)用這一原則，其解答了我們在一開始提出的第二個問題。

　　圖4顯示了單位負載數(shù)，其為GPD振幅的函數(shù)。請注意，GPD并非為DC電壓，而是AC電壓，其在系統(tǒng)電源電源頻率的第三諧波變換。

　　圖4 單位負載數(shù)為GPD振幅的函數(shù)

　　小結(jié)

　　本文介紹了RS-495標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器的最小總線電流要求約為60mA，并表明在更低共模電壓下工作時可以增加32UL規(guī)定共模負載。