485电路(组网/非组网) 上下拉匹配电阻选取

        485电路是工业现场运用最普遍的信号传输线之一,因为差分信号的耦合作用以及共模抑制使其抗干扰能力非常强。然而485电路的应用总会出现一些棘手的问题,此类问题一般为匹配阻抗问题,下面就从485组网(以一个集中器抄32个为例)和1对1的通信做出上下拉阻抗的匹配。

 

         485电路(组网/非组网) 上下拉匹配电阻选取_第1张图片

        典型的485电路路上图所示,U4为485芯片,芯片左侧一般为设备内部干扰较少,一般的单线传输就能够满足使用。关于光耦相关的上拉电阻可以参见我的另一篇文章(光耦 上下拉电阻选择),图上的TVS管和热敏都是对设备的外部接口进行保护,具体选型参照设备外部接口的相关标准(如误接市电等),这篇文章我们主要分析外部传输线的上下拉阻抗匹配的问题,也就是上下拉电阻R92、R93的阻值确定

        485电气特性:逻辑“1”以两线之间电压差+2~6V表示;逻辑“0”以两线之间电压差-2~6V表示,-2V~+2V之间为不确定状态。最大传输距离按照标准9600bps时为1200米。

        1对1情形:1对1的485通讯比较简单,选取的阻抗也是比较好确定,最容易犯的错误就是两个无极性的485芯片通讯不接上下拉电阻导致通讯失败,这是因为没有下拉电阻提供有效的状态“0”,传输信号电流没有明确的有效泄放路劲,导致信号上升时间很大,甚至无法回到初始状态,如图:

485电路(组网/非组网) 上下拉匹配电阻选取_第2张图片

        阅读MCU的485的1bit采样流程图:

485电路(组网/非组网) 上下拉匹配电阻选取_第3张图片

        1bit采样时间T,高电平保持时间至少为10/16T才能保证被采样,添加上拉电阻如果过大(AB口的电容效应,等效一阶RC,上升时间取3RC)就会导致信号传输时间延迟大MCU无法采集到状态信号,例如我们采取20K的上下拉电阻会得到以下波形(4800bps):

485电路(组网/非组网) 上下拉匹配电阻选取_第4张图片

 

 

 

        4800bps下T=208us;2V以上约为100us≈1/2T<10/16T,外加485传输后端光耦处(最佳匹配情形下)的延迟约为10%左右,那么就无法采集到信号。根据上升时间RC充放电上升时间和最小采样时间,计算得临界阻值约为10K,为了留有一定的余量和尽量不增大功耗,选取5K左右。

485电路(组网/非组网) 上下拉匹配电阻选取_第5张图片

        组网情形:485网络内设备一般要求共地,或者是隔离电源输出。电路如上所示,这按照32台设备组网,每个设备的AB口接收状态输入阻抗(具体查询各自485芯片的接收态输入阻抗)约为12KΩ,一般485两线末端会匹配一个120Ω左右的电阻用于吸收末端的差分信号,抑制脉冲信号末端反射形成的干扰,乍一看功耗会很大,但是共地后分摊到每个设备的等效阻抗为3.2K。这样我计算一个设备驱动情形下的AB口等效阻抗为:90(上图的上拉电阻应该在热敏左侧,找的图懒得改(╯' - ')╯︵ ┻━┻  )。上拉电阻也是同理每个设备都有上拉电阻,32个设备同时上下拉等效阻抗为R(上下拉电阻)/32。

        等效电路如下:

 

        电路叠加定理计算,根据AB口输出源内阻,热敏输出电阻,等效上下拉等等,计算AB口电压即90欧姆电阻两端电压,上图的热敏和485等效输出内阻仅供参考(为了图片连续,实际输出阻抗和热敏不会那么大),485电平定义AB口逻辑电平±2~6V,因此你的外部AB口压差要大于±2V即可。这样就可以确定上下拉电阻的值了,一般上拉和下拉取值一样。

 

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