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RS-485基礎知識:何時需要端接,以及如何正確端接

作者:時間:2023-03-13來源:TI收藏

網絡的許多信號完整性和通信問題都源于端接,這可能是因為缺少端接或端接不正確。在 基礎知識系列的這一部分,我將討論何時不需要端接 網絡,以及在需要端接時如何使用標準(并聯)端接和交流電 (AC) 端接網絡。

本文引用地址:http://www.newmiphone.com/article/202303/444311.htm


如本系列上一部分所述,RS-485 收發器的驅動器必須能夠在 32 個單位負載和兩個 120Ω 端接電阻上驅動 1.5V。我在本文中沒有提到這一點,但要說明的是,120Ω 端接電阻值來源于雙絞線總線的差模特性阻抗。簡而言之,線規、絕緣類型和厚度以及每單位長度的扭絞數都會影響高速數據信號“接觸”的阻抗。該阻抗以歐姆表示,對于雙絞線電纜,其范圍通常為 100Ω 至 150Ω。RS-485 標準的起草者選擇 120Ω 作為標稱特性阻抗,因此為了匹配此阻抗,端接電阻器的默認值也為 120Ω。


端接網絡存在的理由


將電纜的特性阻抗與端接網絡相匹配,總線末端的接收器便能夠接收最大信號功率。如果讓傳輸線路保持未端接狀態,或端接值與電纜阻抗不相等,則會導致不匹配,從而在網絡末端產生反射。顧名思義,反射就是信號的一些能量返回到線路,然后建設性地或破壞性地干擾沿總線傳播的下一個位。一個破壞性的例子是,如果反彈回來的反射信號與輸入信號相異,將導致接收器接收更小的輸入信號。如果嚴重不匹配,反射回來的能量會導致后續位被接收器誤解和錯誤解碼。


公式 1 表明,對于反射系數,要接近零,輸入阻抗 ZL 需要與源阻抗 ZS 匹配。如果負載和源阻抗差很大,幾乎整個信號都會反射。


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如您所見,為實現出色的信號完整性,最好使交流線路阻抗匹配等值的端接阻抗。并非所有設計人員都想這樣做,這是為什么?因為添加端接網絡會增加整個系統的成本,而且這些端接網絡還會為驅動器增加并聯負載,從而導致更大的穩態負載電流。在降低功耗至關重要的功耗敏感型應用(例如在電池供電的應用)中,一種節省功耗的選擇是不端接總線。下面我們來討論哪些情況下可以不端接。


不需要端接的網絡


不需要端接網絡的一種情況是,網絡的雙向環路時間比 1 位環路時間短得多(tbit > 10 倍雙向環路延時)。在此類情況下,反射每次到達網絡末端時都會損失能量。


從圖 1 中可以看出,每次信號在電纜末端反射時,反射幅度都會繼續衰減。圖 1 顯示了信號的三個往返和總共六次反射。


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圖 1:每次發生反射時的反射衰減幅度


估計總線未端接端的輸入阻抗為 96kΩ(八分之一單位負載),驅動器的源阻抗為 60Ω,根據表 1 中列出的計算方式,信號反射會衰減。


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表 1:信號衰減計算示例


如表 1 所示,到信號第六次反射時,它已衰減到其原始幅度的 4% 以下。在此之后,可以肯定地說反射不會再導致信號完整性問題。由于某個位的采樣點通常出現在位深度的 50-75% 之間,因此您需要確保這三個往返延遲出現在采樣點之前。


需要端接的網絡


對于位時間并不明顯長于電纜環路時間的應用,為了盡量減少反射,端接至關重要。最基本的端接網絡稱為標準或并聯端接網絡,由單個電阻組成(圖 2)。


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圖 2:標準端接網絡


對于標準端接,您可以使端接電阻值與網絡兩端線纜的差模特性阻抗相匹配。這樣可確保正確端接在總線上雙向傳輸的信號。正如我之前提到的,這種類型的端接方案的主要缺點是,只要驅動器處于運行狀態,電阻器就會充當驅動器的一個直流 (DC) 負載。


使用交流端接有助于減輕這種功率耗散,而無需對總線長度提出如此長的位時間要求。圖 3 顯示了交流端接方案。


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圖 3:交流端接網絡


由于電流通常從 RS-485 驅動器的一側流過端接網絡,然后流過驅動器的另一側,因此通過放置串聯電容器可使穩態電流變為零。這種端接有兩個注意事項:它需要在每個端接網絡上使用一個額外的元件,并且串聯電阻器和電容器會引入電阻電容 (RC) 延時。RC 時間常數會減慢差分信號的上升沿和下降沿,并限制網絡的最大數據速率。


表 2 總結了三種端接場景。


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表 2:端接技術摘要


為實現出色的信號完整性,最好使電纜的差模特性阻抗匹配等值的端接阻抗。但如果您采取適當的步驟,也能成功實施交流端接或完全避免端接。



關鍵詞: TI RS-485

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