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RS-485基礎知識:失效防護偏置網(wǎng)絡(luò )的兩種方法

發(fā)布時(shí)間:2023-04-30 來(lái)源:TI 責任編輯:wenwei

【導讀】在本系列的上一部分中,我介紹了何時(shí)需要端接 RS-485 網(wǎng)絡(luò )以及如何實(shí)施標準和交流端接方案。在這一部分中,我將介紹處理空閑總線(xiàn)條件的兩種常見(jiàn)方法,以便保證總線(xiàn)上的邏輯狀態(tài)。


由于 RS-485 是一個(gè)多點(diǎn)拓撲網(wǎng)絡(luò )并且無(wú)法處理爭用,因此,有時(shí)候總線(xiàn)上的所有 RS-485 收發(fā)器都呈現高阻抗,并且沒(méi)有主動(dòng)驅動(dòng)邏輯狀態(tài)。這通常在一個(gè)節點(diǎn)完成消息傳輸后、下一個(gè)節點(diǎn)開(kāi)始傳輸消息前發(fā)生。在此期間,由于安裝了端接電阻,總線(xiàn)將具有 0V 差分信號。電子工業(yè)協(xié)會(huì ) (EIA)-485 標準規定,當差分電壓 ≥+200mV 時(shí),RS-485 接收器的輸入閾值為邏輯高電平;當差分電壓 ≤-200mV 時(shí),RS-485 接收器的輸入閾值為邏輯低電平。這意味著(zhù)差分輸入電壓有一個(gè) 400mV 的不確定狀態(tài),如圖 1 所示。


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圖 1:RS-485 接收器輸入閾值


處理這種不確定狀態(tài)的兩種常見(jiàn)方法是:選擇具有內置失效防護輸入閾值的接收器,或者使用額外的外部電阻器在空閑總線(xiàn)上創(chuàng )建外部偏置。這兩種方法都可確??偩€(xiàn)上的邏輯高電平狀態(tài)(對應于正差分電壓)。


您不妨回頭看看 RS-485 基礎知識之接收器的博客文章,我在其中論述了如何實(shí)現內置失效防護輸入偏置。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),即衰減網(wǎng)絡(luò )中產(chǎn)生的內部偏置電流在接收器比較器的輸入端產(chǎn)生電壓差。該解決方案的好處是,不會(huì )影響網(wǎng)絡(luò )上所有收發(fā)器的負載。但需要注意的是,網(wǎng)絡(luò )上的每個(gè)節點(diǎn)都需要內置此功能。對于現有裝置或使用以前設計模塊(可能不容易更新)的裝置,內置此功能可能不切合實(shí)際。


處理空閑總線(xiàn)情況的第二種方法是使用兩個(gè)外部電阻:一個(gè)從 A 端到 VCC,另一個(gè)從 B 端到地。請參閱圖 2 中的兩個(gè)紅色電阻器。


29.png

圖 2:失效防護電阻器的放置


如您所見(jiàn),使用 RFS1 時(shí),兩個(gè)并聯(lián)端接電阻 (RT) 和 (RFS2) 構成了一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器電路。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中,您只需在一個(gè)節點(diǎn)(通常是主節點(diǎn))上安裝這些電阻器。 此外,RFS1 和 RFS2 設置為彼此相等,以便在 VCC 和地之間實(shí)現共模平衡。


公式 1 是計算這些失效防護電阻值的簡(jiǎn)單方法。使用產(chǎn)生已知狀態(tài) (+200mV) 的最小輸入電壓、等效并聯(lián)端接電阻 (60Ω) 以及將組裝失效防護電阻的節點(diǎn)的最小 VCC(我們使用 4.5V),求解簡(jiǎn)單的分壓器方程:


30.png


代入 VFS = 200mV、Req = 60Ω 并設置 RFS1 + RFS2 = 2*RFS(因為我們將其設置為彼此相等),便得出:


31.png


如您所見(jiàn),此解決方案的好處是只需要兩個(gè)電阻器即可,并且適用于網(wǎng)絡(luò )上的所有節點(diǎn)。但需要注意的是,兩個(gè) 645Ω 電阻器會(huì )產(chǎn)生一個(gè)共模負載。如果您還記得本系列上一篇關(guān)于單位負載的文章,就會(huì )知道每個(gè) RS-485 驅動(dòng)器都需要處理 375Ω 共模負載(32 個(gè)并聯(lián)單位負載),如圖 3 所示。


32.png

圖 3:32 個(gè)并聯(lián)的單位負載產(chǎn)生一個(gè)共模負載


問(wèn)題是,僅失效防護電阻器就會(huì )產(chǎn)生 645Ω 的共模負載?,F在需要計算在出現 375Ω 共模負載之前可能存在的其他并聯(lián)共模負載:


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由于每個(gè)單位負載都可以近似為一個(gè) 12kΩ 的共模負載,因此在出現小于 896Ω 的共模負載之前,您只需計算并聯(lián)的單位負載最大值:


34.png


這意味著(zhù),失效防護電阻器帶來(lái)了相當于 18.6 (32-13.4) 個(gè)單位負載的共模負載,從而大大減少了網(wǎng)絡(luò )上允許的總節點(diǎn)數。如您所見(jiàn),兩種處理空閑總線(xiàn)情況的方法各有利弊,因此您可以自行決定哪種方法更適合您的應用。



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