RS-485知识点小结
文章目录
- 简介
- 驱动
- 故障状态
- 迟滞电压VHYS
- 负载数量
- 电路设计
找到了TI的几篇介绍文档，感觉很不错，现来进行整理归纳，便于以后复习。
- TI 高精度实验室 - RS-485：什么是 RS-485 ？
- TI 高精度实验室 - RS-485：RS-485 通信的距离和速度如何？
- TI 高精度实验室 - RS-485：实施 RS-485 传输的最佳实践
简介
首先说下标准，RS-485遵循的标准为：TIA/EIA-485-A，大家可以自行搜索，后面我找到后会在文章末尾补充。
RS-485由美国电信 行业协会和 电气工业联盟 于 1983 年创建。 RS-485 是差分 信号标准，它定义了用于实现平衡多点传输线路的驱动器和接收器的电气特性。 该标准旨在 用作 DLT-645、 DMX-512、Modbus 等更高级别 标准的物理层， 并以其强大的 电气特性广泛用于 各种工业应用。RS-485 允许在 多点网络上 进行串行通信 一些示例包括从发送器侧 生成的所需 最小信号振幅，接收器输入灵敏度和接收器的输入阻抗。 标准中未定义布线连接器和数据协议，从而为系统设计人员 提供了灵活性。
RS-485 是一种 平衡的传输标准，这意味着它 需要两条电压彼此 相反的信号线。 这为实现信号完整性 提供了两项优势。 首先，由于两条 信号线是使用 双绞线电缆实现的，因此 来自外部源的 噪声会作为共模噪声 均等地耦合 到两条信号线中， 进而被差分接收器抑制。 其次，由于两条 信号线彼此反向切换，因此每条线发出的电磁场 彼此相反，从而有助于衰减发出的噪声。
RS-485 驱动器和接收器还需要在**- 7V 至 +12 V**的共模范围内工作。
RS-485 总线包含 多个以并联方式连接到总线 电缆的收发器。为了消除线路反射，电缆的每个末端都用一个表示为 RT 的端接电阻器进行端接，该电阻器的值与电缆表示为 Z0 的特性阻抗相匹配。
上图是典型的半双工 RS-485 总线配置。
在半双工通信中， 收发器可能正在发送数据或正在接收 数据，但不能同时发送数据和接收数据。任何时候只能有一个连接到总线的驱动器处于活动如果有多个活动的驱动器，则会导致数据错误，并可能导致收发器损坏。
上图显示了典型的 全双工 RS-485 总线配置。
驱动
RS-485 驱动器 包含两对晶体管和二极管。
D 输入引脚上的逻辑电平定义了当驱动器处于 活动状态时哪对晶体管偏置， 并且可以在类似于H 桥的负载的 任一方向上驱动电流。
从引脚 A 到引脚 B 测得的负载电阻器上的电压降称为 驱动器的差分输出电压。
在理想情况下， 驱动器的差分电压应为 VCC 的整个范围。
但是由于 驱动器的结构，二极管 和晶体管上存在电压降，从而 使差分电压降低。
因此，驱动器的 总差分电压为高电压减去 二极管的两个电压降，再减去 晶体管上的两个电压降。
为了使 RS-485 驱动器 处于 RS-485 规格之内，所有驱动器都 需要能够在 54欧姆电阻器上 产生最小 1.5 伏的差分输出电压。
电压 输入差或 VID 等于VA 减去 VB。
TIA/EIA-485A 规定，
接收器的正输入阈值 VIT 正 <= + 200mV
接收器的负输入阈值 VIT 负 >= - 200 mV
当 VIT 负小于或等于 VID，VID小于或等于 VIT 正时， 接收器输出状态不确定。
故障状态
现代收发器的 电压输入阈值正或 VIT 正小于或等于零伏。
这是为了确保接收器 在发生总线短路、开路和空闲事件期间 输出失效防护高电平，而无需使用 外部失效防护电阻器。
外部失效防护 电阻器会增大总线上的 共模负载。因此，通过使用具有集成失效防护保护失调电压接收器 输入阈值的收发器，可以将更多接收器连接到总线。
迟滞电压VHYS
迟滞电压 VHYS 指定 VIT 正和 VIT 负 之差的最小值。
迟滞电压 VHYS 的最小值指定了在发生 开关事件期间保证接收器 不受干扰的差分噪声的最大值。
负载数量
TIA/EIA-485A 规定，符合 标准的 RS-485 驱动器必须能够在**- 7 V 至+12V的共模范围内驱动1.8 V差分输出电压**，具有 32 个单位负载接收器的等效负载。
单位负载等效于12 V或 12 kΩ 时1 mA的输入泄漏电流。
上表中提供了不同接收器特性的 单位负载、总线输入泄漏电流 和等效输入阻抗。
电路设计
当使用长距离传输电缆时，设计人员通常会寻找具有更高驱动强度的发送器。不过，这可能 很难找到，因为许多 RS-485 收发器仅规定54 欧姆负载上的驱动强度为 1.5 伏。
这是因为制造商将其发送器设计为处于 RS-485 规格之内，可能未针对更高的 驱动强度设计其发送器。
不过，市场上有一些 发送器制造商，它们确实规定了更高的驱动强度能力。具有更高驱动强度的发送器能够以低数据速率支持更远的通信距离，因为 高驱动强度使发送器能够 克服传输电缆的寄生直流电阻。
当在长传输电缆上 使用较高的数据速率时，由于电缆产生的 寄生 RC 滤波器，发送器的 输出信号最终将在 接收器端被衰减。
这意味着对于 较高的数据速率，通信距离限制 受电缆质量的影响较大， 而受发送器驱动强度的 影响较小。
简而言之，在高数据速率下需要更远的通信距离，应首先评估传输 电缆，因为它对通信距离的影响较大。
讨论 RS-485 时的 常见问题是收发器可以 通信的最大电缆距离。
这个问题的答案取决于多种因素，包括但不限于数据速率、允许的抖动、 电缆质量、电缆特性 阻抗不匹配以及端接 电阻容差。
上图在深黑色 线下方标记了三个点。
在区域 1 中， 最大距离由电缆的直流电阻决定。在此处，电缆的 直流电阻接近端接电阻器的 值，将接收器上出现的直流 差分电压降低一半。
对于具有 120 欧姆 特性阻抗和非屏蔽双绞线的 22 AWG 电缆，这种情况发生在 大约 1,200 米处。
区域 2 显示了总线 长度与数据速率之间的反比关系。由于传输线损耗 会随着电缆长度的增加而增加， 因此必须降低数据速率，以保持等效的抖动水平。
此处的传输线 损耗是由电缆中的寄生电容和电阻 生成的低通滤波器引起的。
在上面的区域 3 中， 任何距离的最大数据速率由驱动器的 最大上升或下降时间决定。
为了实现可靠的通信， 在给定的数据速率下，驱动器的最大上升 时间或下降时间应不超过总位时间的三分之一。
上图包含了收发器之前的输入引脚 D 和收发器之后的输出引脚 R。此处的电缆 长度为 1.2 千米，数据速率为 100 千位/秒。
在左侧可以 观察到输出，该输出似乎 显示了一个几乎瞬时的 上升和下降沿，而接收器看到的 上升和下降沿由于电缆对 设置而看起来像 RC 振荡。
可以看到以 R 表示的输出几乎同时发生跳变。
电缆接收器上 出现的每个位翻转和抖动看起来以 最小方式与位宽度配对。
该幻灯片提供的 外观与前一张幻灯片相同，但数据速率从 100 千位/秒 更改为 1 兆位/秒。
与前一张 幻灯片中的位宽相比，电缆 接收器端出现的抖动要宽得多。
可以观察到输出R在各个相差较大的时间 触发，这是由在电缆末端接收器上可以 看到的额外噪声所致。
这将产生变化的 位宽，这可能会导致错误，具体 取决于所使用的数据协议。
在评估特定的 链路时，最关键的因素通常 是传输线的插入损耗。
需要在所发送的数据的频率范围内知道这一点。
但多大的插入损耗可以称为太大呢？
这取决于接收 系统可以容忍的抖动大小。
一条良好的经验法则是， 其插入损耗在奈奎斯特频率下应小于六至八分贝，这等于数据速率除以 2。
例如，对于 1 兆位/秒的信号，该值为500千赫兹。
此外，系统设计 人员应选择具有接近于 0 且 对称的正负输入阈值的 接收器，以最大程度地 减小占空比失真。