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电路也指定为RS-485 标准,其如图2所示。
图2共模负载的驱动器测试电路
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。
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3 5V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。
RS-485 中规定的32 单位负载的最大共模负载,指的是存在于差分信号对和信号地线之间的任何共模负载,不仅仅只是接收机输入。例如,一个外部故障保护电阻器网络已经使用了22 UL 的总负载,从而使得仅有10 UL 可用于接收机输入。剩余的10 UL,可以通过使用10 x 1 UL 收发器或者至多80 x 1/8 UL 收发器,来让其得到利用。
32 UL 最大负载的规定,针对–7 V 到+12V 的整个VCM范围。如图3所示,让VCM 范围变窄会降低输出电流,并让驱动器储存一些电流。之后,可以利用这些储存电流来驱动更多的单位负载。驱动器和接收机接地之间地电位差 (GPD) 较小的数据链路中,可以应用这一原则,其解答了我们在一开始提出的第二个问题。
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