RS-485知识点小结
文章目錄
- 簡介
- 驅動
- 故障狀態
- 遲滯電壓VHYS
- 負載數量
- 電路設計
找到了TI的幾篇介紹文檔，感覺很不錯，現來進行整理歸納，便于以后復習。
簡介
首先說下標準，RS-485遵循的標準為：TIA/EIA-485-A，大家可以自行搜索，后面我找到后會在文章末尾補充。
RS-485由美國電信 行業協會和 電氣工業聯盟 于 1983 年創建。 RS-485 是差分 信號標準，它定義了用于實現平衡多點傳輸線路的驅動器和接收器的電氣特性。 該標準旨在 用作 DLT-645、 DMX-512、Modbus 等更高級別 標準的物理層， 并以其強大的 電氣特性廣泛用于 各種工業應用。RS-485 允許在 多點網絡上 進行串行通信 一些示例包括從發送器側 生成的所需 最小信號振幅，接收器輸入靈敏度和接收器的輸入阻抗。 標準中未定義布線連接器和數據協議，從而為系統設計人員 提供了靈活性。
RS-485 是一種 平衡的傳輸標準，這意味著它 需要兩條電壓彼此 相反的信號線。 這為實現信號完整性 提供了兩項優勢。 首先，由于兩條 信號線是使用 雙絞線電纜實現的，因此 來自外部源的 噪聲會作為共模噪聲 均等地耦合 到兩條信號線中， 進而被差分接收器抑制。 其次，由于兩條 信號線彼此反向切換，因此每條線發出的電磁場 彼此相反，從而有助于衰減發出的噪聲。
RS-485 驅動器和接收器還需要在**- 7V 至 +12 V**的共模范圍內工作。
RS-485 總線包含 多個以并聯方式連接到總線 電纜的收發器。為了消除線路反射，電纜的每個末端都用一個表示為 RT 的端接電阻器進行端接，該電阻器的值與電纜表示為 Z0 的特性阻抗相匹配。
上圖是典型的半雙工 RS-485 總線配置。
在半雙工通信中， 收發器可能正在發送數據或正在接收 數據，但不能同時發送數據和接收數據。任何時候只能有一個連接到總線的驅動器處于活動如果有多個活動的驅動器，則會導致數據錯誤，并可能導致收發器損壞。
上圖顯示了典型的 全雙工 RS-485 總線配置。
驅動
RS-485 驅動器 包含兩對晶體管和二極管。
D 輸入引腳上的邏輯電平定義了當驅動器處于 活動狀態時哪對晶體管偏置， 并且可以在類似于H 橋的負載的 任一方向上驅動電流。
從引腳 A 到引腳 B 測得的負載電阻器上的電壓降稱為 驅動器的差分輸出電壓。
在理想情況下， 驅動器的差分電壓應為 VCC 的整個范圍。
但是由于 驅動器的結構，二極管 和晶體管上存在電壓降，從而 使差分電壓降低。
因此，驅動器的 總差分電壓為高電壓減去 二極管的兩個電壓降，再減去 晶體管上的兩個電壓降。
為了使 RS-485 驅動器 處于 RS-485 規格之內，所有驅動器都 需要能夠在 54歐姆電阻器上 產生最小 1.5 伏的差分輸出電壓。
電壓 輸入差或 VID 等于VA 減去 VB。
TIA/EIA-485A 規定，
接收器的正輸入閾值 VIT 正 <= + 200mV
接收器的負輸入閾值 VIT 負 >= - 200 mV
當 VIT 負小于或等于 VID，VID小于或等于 VIT 正時， 接收器輸出狀態不確定。
故障狀態
現代收發器的 電壓輸入閾值正或 VIT 正小于或等于零伏。
這是為了確保接收器 在發生總線短路、開路和空閑事件期間 輸出失效防護高電平，而無需使用 外部失效防護電阻器。
外部失效防護 電阻器會增大總線上的 共模負載。因此，通過使用具有集成失效防護保護失調電壓接收器 輸入閾值的收發器，可以將更多接收器連接到總線。
遲滯電壓VHYS
遲滯電壓 VHYS 指定 VIT 正和 VIT 負 之差的最小值。
遲滯電壓 VHYS 的最小值指定了在發生 開關事件期間保證接收器 不受干擾的差分噪聲的最大值。
負載數量
TIA/EIA-485A 規定，符合 標準的 RS-485 驅動器必須能夠在**- 7 V 至+12V的共模范圍內驅動1.8 V差分輸出電壓**，具有 32 個單位負載接收器的等效負載。
單位負載等效于12 V或 12 kΩ 時1 mA的輸入泄漏電流。
上表中提供了不同接收器特性的 單位負載、總線輸入泄漏電流 和等效輸入阻抗。
電路設計
當使用長距離傳輸電纜時，設計人員通常會尋找具有更高驅動強度的發送器。不過，這可能 很難找到，因為許多 RS-485 收發器僅規定54 歐姆負載上的驅動強度為 1.5 伏。
這是因為制造商將其發送器設計為處于 RS-485 規格之內，可能未針對更高的 驅動強度設計其發送器。
不過，市場上有一些 發送器制造商，它們確實規定了更高的驅動強度能力。具有更高驅動強度的發送器能夠以低數據速率支持更遠的通信距離，因為 高驅動強度使發送器能夠 克服傳輸電纜的寄生直流電阻。
當在長傳輸電纜上 使用較高的數據速率時，由于電纜產生的 寄生 RC 濾波器，發送器的 輸出信號最終將在 接收器端被衰減。
這意味著對于 較高的數據速率，通信距離限制 受電纜質量的影響較大， 而受發送器驅動強度的 影響較小。
簡而言之，在高數據速率下需要更遠的通信距離，應首先評估傳輸 電纜，因為它對通信距離的影響較大。
討論 RS-485 時的 常見問題是收發器可以 通信的最大電纜距離。
這個問題的答案取決于多種因素，包括但不限于數據速率、允許的抖動、 電纜質量、電纜特性 阻抗不匹配以及端接 電阻容差。
上圖在深黑色 線下方標記了三個點。
在區域 1 中， 最大距離由電纜的直流電阻決定。在此處，電纜的 直流電阻接近端接電阻器的 值，將接收器上出現的直流 差分電壓降低一半。
對于具有 120 歐姆 特性阻抗和非屏蔽雙絞線的 22 AWG 電纜，這種情況發生在 大約 1,200 米處。
區域 2 顯示了總線 長度與數據速率之間的反比關系。由于傳輸線損耗 會隨著電纜長度的增加而增加， 因此必須降低數據速率，以保持等效的抖動水平。
此處的傳輸線 損耗是由電纜中的寄生電容和電阻 生成的低通濾波器引起的。
在上面的區域 3 中， 任何距離的最大數據速率由驅動器的 最大上升或下降時間決定。
為了實現可靠的通信， 在給定的數據速率下，驅動器的最大上升 時間或下降時間應不超過總位時間的三分之一。
上圖包含了收發器之前的輸入引腳 D 和收發器之后的輸出引腳 R。此處的電纜 長度為 1.2 千米，數據速率為 100 千位/秒。
在左側可以 觀察到輸出，該輸出似乎 顯示了一個幾乎瞬時的 上升和下降沿，而接收器看到的 上升和下降沿由于電纜對 設置而看起來像 RC 振蕩。
可以看到以 R 表示的輸出幾乎同時發生跳變。
電纜接收器上 出現的每個位翻轉和抖動看起來以 最小方式與位寬度配對。
該幻燈片提供的 外觀與前一張幻燈片相同，但數據速率從 100 千位/秒 更改為 1 兆位/秒。
與前一張 幻燈片中的位寬相比，電纜 接收器端出現的抖動要寬得多。
可以觀察到輸出R在各個相差較大的時間 觸發，這是由在電纜末端接收器上可以 看到的額外噪聲所致。
這將產生變化的 位寬，這可能會導致錯誤，具體 取決于所使用的數據協議。
在評估特定的 鏈路時，最關鍵的因素通常 是傳輸線的插入損耗。
需要在所發送的數據的頻率范圍內知道這一點。
但多大的插入損耗可以稱為太大呢？
這取決于接收 系統可以容忍的抖動大小。
一條良好的經驗法則是， 其插入損耗在奈奎斯特頻率下應小于六至八分貝，這等于數據速率除以 2。
例如，對于 1 兆位/秒的信號，該值為500千赫茲。
此外，系統設計 人員應選擇具有接近于 0 且 對稱的正負輸入閾值的 接收器，以最大程度地 減小占空比失真。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的RS-485知识点小结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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