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作者:Thomas Kugelstadt,德州仪器
越来越多的人在问关于 EIA/tiA-485(俗称 RS-485 数据传输标准)基本概念的一些问题,这一事实表明未来数年 RS-485 仍会在各种工业接口中起到举足轻重的作用。 本文中,我们将为您解答许多常见和最新的问题,例如: 1)RS-485 收发器可以驱动多大的总线电流? 2)可以驱动 32 以上单位负载吗? 要回答第一个问题,我们需要研究图1 所示典型 RS-485 数据链路。我们看到,除驱动通过端接电阻器的差分电流以外,驱动器还必须驱动通过许多接收机输入阻抗的电流,以及通过位于总线上的故障保护网络的电流。这些阻抗在差分信号线路和接地之间形成电流通路,同时影响了 A 和 B 信号线的电流,且影响程度相同。因此,可以将它们表示为共模阻抗 RCM。 图1典型RS-485 数据链路 为了对最大共模负载进行定义,RS-485 使用了一个单位负载的理论概念,其定义了一个 12kΩ 共模负载电阻。这样一来,一个单位负载 (1UL) 收发器便代表在每个接地相关总线端有一个RINEQ = 12 kΩ 的等效输入电阻。 RS-485 规定一个收发器必须能够驱动高达 32 单位负载的总共模负载,同时能够给 RD = 60Ω 差分电阻提供 VOD = 1.5 V 的差分输出电压。另外,该标准还要求在 VCM = –7 V 到 +12 V 共模电压范围保持这种驱动能力,以便允许驱动器和接收机接地之间的大接地电位差,其一般会出现在远距离数据链路中。 60 Ω 差分电阻代表两个并联 120 Ω 端接电阻器的电阻值,而 32 单位负载得到的总共模负载电阻为 RCM = 12 kΩ / 32 = 375 Ω。共模负载条件下收发器驱动能力测试的相应测试威廉希尔官方网站 也指定为 RS-485 标准,其如图2 所示。 图2共模负载的驱动器测试威廉希尔官方网站
假设非反相驱动器输出 A 具有更高的正总线电压,则其电流计算方法为: ,其中 ,而 , 而反相输出 B 的电流计算方法如下: ,其中 ,而 . 由于数据传输期间 A 和 B 输出不断改变极性,因此最好是使用一些通用术语来表示输出电流方程式。所以,更多正输出(或者高输出)必须拉出电流: , 而更少正输出(或者低输出)必须注入电流: . 图3 显示了在规定共模电压范围,驱动 RCM = 375 Ω 最大共模负载 (32 UL) 的一个 5V 收发器的最小输出电流要求。用于绘制该图的参数假设为 VOS = 2.5 V、VOD = 1.5 V、RD = 60 Ω 和 RCM = 375 Ω。 图35V 收发器的总线电流要求 该图表明,一个符合标准的 5V 收发器必须能够拉出和注入高达 53 mA 的输出电流。实际上,市场上销售的大多数 RS-485 收发器,都具有 60 mA 及以上的最小注入和拉出能力。 就此而言,需要对 32 单位负载的最大共模负载进行一些重要的澄清,以消除许多普遍存在的误解。
图4 显示了单位负载数,其为 GPD 振幅的函数。请注意,GPD 并非为 DC 电压,而是 AC 电压,其在系统电源电源频率的第三谐波变换。 图4单位负载数为GPD 振幅的函数 小结 本文介绍了 RS-495 标准收发器的最小总线电流要求约为 60 mA,并表明在更低共模电压下工作时可以增加 32 UL 规定共模负载。 |
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