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RS-485基础知识:什么时候连接终端匹配电阻?

文章出处:未知 浏览次数:发表时间:2018-09-20

RS-485网络的许多信号完整性和通信问题源于终端,无论是由于缺少终止还是不正确的终止。在RS-485基础系列的这一部分中,我将讨论何时可以在不终止RS-485网络的情况下离开,如果需要终端,如何使用标准(并行)终端和交流(AC)终端网络。

正如我在本系列的最后一部分所讨论的,RS-485收发器的驱动器必须能够在32个单元负载和两个120Ω终端上驱动1.5V。我没有在帖子中提到它,但终端电阻的120Ω值源于所谓的双绞线母线的差模特征阻抗。简单地说,线规,绝缘类型和厚度,以及每单位长度的捻数都会导致高速数据信号“看到”的阻抗。这个阻抗用欧姆表示,通常在100Ω到150Ω范围内用于扭曲 - 对电缆。RS-485标准的编写器选择120Ω作为标称特性阻抗; 因此,为了匹配此阻抗,终端电阻的默认值也为120Ω。

为何存在终端网络

将布线的特征阻抗与终端网络相匹配,使总线末端的接收器能够看到最大信号功率。通过使传输线未端接,或以不等于电缆阻抗的某个值终止,您将引入不匹配,从而在网络末端产生反射。反射是信号的某些能量逐字地返回到线路的位置,然后可以建设性地或破坏性地干扰沿着总线传播的下一个比特。一个破坏性的例子是反射回来的反射信号与输入信号异相,导致接收器看到较小的输入信号。如果不匹配足够大,

公式1显示,对于反射系数,接近零,输入阻抗Z L需要与源阻抗Z S匹配如果负载和源阻抗存在很大差异,几乎整个信号都可以反映出来。

如您所见,为了获得最佳信号完整性,最好将AC线路阻抗与相等值的终端匹配。为什么不是所有设计师都想这样做?因为添加终端网络会增加整个系统的成本,并且这些终端网络也会给驱动程序增加并行负载,从而导致更大的稳态负载电流。在功耗敏感的应用中,降低功耗至关重要(例如在电池供电的应用中),节省电源的一个选择是使总线无端接。让我们讨论何时删除终止是一个可行的选择。

不需要终止的网络

您不需要终端网络的一种情况是网络的双向环路时间远大于单个位时间(〜<0.1×双向环路延迟)。在这种情况下,每次反射到达网络末端时,反射都会失去能量。

从图1中可以看出,每次信号在电缆末端反射时,反射幅度将继续衰减。图1显示了信号的三次往返和总共六次反射。

:每次发生反射时反射衰减的幅度

估计总线的未端接端具有96kΩ输入阻抗(八分之一单位负载),并且驱动器的源阻抗为60Ω,信号反射将根据表1中列出的计算衰减。

:信号衰减计算示例

如表1所示,当信号第六次反射时,它已经衰减到原始幅度的4%以下。在此之后,可以安全地说反射不再能够导致信号完整性问题。由于位的采样点通常发生在通过该位的50-75%之间,因此您需要确保在采样点之前发生这三个往返延迟。

需要终止的网络

对于应用,其中所述位时间基本上不大于电缆的循环时间长,终止是用于最小化反射的关键。最基本的终端网络,称为标准终端或并行终端网络,由单个电阻器组成(图2)。

:标准终端网络

对于标准终端,您可以将终端电阻值与网络两端布线的差模特征阻抗相匹配。这确保了在总线上双向传输的信号的正确终止。正如我之前提到的,这种终端方案的主要缺点是无论何时驱动器处于活动状态,电阻器都会在驱动器上施加直流(DC)负载。

使用AC终端有助于减轻这种功耗,而无需考虑总线长度的长时间要求。图3显示了AC终端方案。

:AC终端网络

由于电流通常从RS-485驱动器的一侧流过终端网络,然后通过驱动器的另一侧,通过放置一个串联电容器,稳态电流变为零。这种终端的两个注意事项是每个终端网络需要一个额外的组件,串联电阻和电容会引入电阻 - 电容(RC)延迟。RC时间常数将减慢差分信号的上升沿和下降沿,并限制网络的最大数据速率。

表2总结了三种终止方案。

:终止技术摘要

为获得最佳信号完整性,最好将电缆的差模特征阻抗与相等阻抗的终端相匹配。但是,如果采取适当的步骤,也可以成功实现AC终端或完全避免终止。

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