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RS-485基礎(chǔ)知識:失效防護(hù)偏置網(wǎng)絡(luò)的兩種方法

發(fā)布時(shí)間:2023-04-30 來源:TI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)和交流端接方案。在這一部分中,我將介紹處理空閑總線條件的兩種常見方法,以便保證總線上的邏輯狀態(tài)。


由于 RS-485 是一個(gè)多點(diǎn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)并且無法處理爭用,因此,有時(shí)候總線上的所有 RS-485 收發(fā)器都呈現(xiàn)高阻抗,并且沒有主動驅(qū)動邏輯狀態(tài)。這通常在一個(gè)節(jié)點(diǎn)完成消息傳輸后、下一個(gè)節(jié)點(diǎn)開始傳輸消息前發(fā)生。在此期間,由于安裝了端接電阻,總線將具有 0V 差分信號。電子工業(yè)協(xié)會 (EIA)-485 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,當(dāng)差分電壓 ≥+200mV 時(shí),RS-485 接收器的輸入閾值為邏輯高電平;當(dāng)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)的兩種常見方法是:選擇具有內(nèi)置失效防護(hù)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創(chuàng)建外部偏置。這兩種方法都可確保總線上的邏輯高電平狀態(tài)(對應(yīng)于正差分電壓)。


您不妨回頭看看 RS-485 基礎(chǔ)知識之接收器的博客文章,我在其中論述了如何實(shí)現(xiàn)內(nèi)置失效防護(hù)輸入偏置。簡單來說,即衰減網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的內(nèi)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,不會影響網(wǎng)絡(luò)上所有收發(fā)器的負(fù)載。但需要注意的是,網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要內(nèi)置此功能。對于現(xiàn)有裝置或使用以前設(shè)計(jì)模塊(可能不容易更新)的裝置,內(nèi)置此功能可能不切合實(shí)際。


處理空閑總線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。


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圖 2:失效防護(hù)電阻器的放置


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


公式 1 是計(jì)算這些失效防護(hù)電阻值的簡單方法。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(hù)電阻的節(jié)點(diǎn)的最小 VCC(我們使用 4.5V),求解簡單的分壓器方程:


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代入 VFS = 200mV、Req = 60Ω 并設(shè)置 RFS1 + RFS2 = 2*RFS(因?yàn)槲覀儗⑵湓O(shè)置為彼此相等),便得出:


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如您所見,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(jié)點(diǎn)。但需要注意的是,兩個(gè) 645Ω 電阻器會產(chǎn)生一個(gè)共模負(fù)載。如果您還記得本系列上一篇關(guān)于單位負(fù)載的文章,就會知道每個(gè) RS-485 驅(qū)動器都需要處理 375Ω 共模負(fù)載(32 個(gè)并聯(lián)單位負(fù)載),如圖 3 所示。


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


問題是,僅失效防護(hù)電阻器就會產(chǎn)生 645Ω 的共模負(fù)載。現(xiàn)在需要計(jì)算在出現(xiàn) 375Ω 共模負(fù)載之前可能存在的其他并聯(lián)共模負(fù)載:


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


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這意味著,失效防護(hù)電阻器帶來了相當(dāng)于 18.6 (32-13.4) 個(gè)單位負(fù)載的共模負(fù)載,從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)上允許的總節(jié)點(diǎn)數(shù)。如您所見,兩種處理空閑總線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(yīng)用。



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