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信號鏈基礎(chǔ)之總線電流要求與收發(fā)器驅(qū)動能力[圖]

發(fā)布: 2011-11-28 19:30 | 作者: Thomas Kugelstadt ?| 來源: | 字體: 小中大

越來越多的人在問關(guān)于 EIA/TIA-485（俗稱RS-485數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)）基本概念的一些問題，這一事實表明未來數(shù)年RS-485仍會在各種工業(yè)接口中起到舉足輕重的作用。

本文中，我們將為您解答許多常見和最新的問題，例如：

1）RS-485收發(fā)器可以驅(qū)動多大的總線電流？

2）可以驅(qū)動32以上單位負(fù)載嗎？

要回答第一個問題，我們需要研究圖1 所示典型RS-485數(shù)據(jù)鏈路。我們看到，除驅(qū)動通過端接電阻器的差分電流以外，驅(qū)動器還必須驅(qū)動通過許多接收機(jī)輸入阻抗的電流，以及通過位于總線上的故障保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的電流。這些阻抗在差分信號線路和接地之間形成電流通路，同時影響了A和B信號線的電流，且影響程度相同。因此，可以將它們表示為共模阻抗RCM。

圖1 典型RS-485數(shù)據(jù)鏈路

為了對最大共模負(fù)載進(jìn)行定義，RS-485使用了一個單位負(fù)載的理論概念，其定義了一個12kΩ共模負(fù)載電阻。這樣一來，一個單位負(fù)載 (1UL) 收發(fā)器便代表在每個接地相關(guān)總線端有一個RINEQ = 12 kΩ 的等效輸入電阻。

RS-485規(guī)定一個收發(fā)器必須能夠驅(qū)動高達(dá)32單位負(fù)載的總共模負(fù)載，同時能夠給RD=60Ω 差分電阻提供VOD=1.5 V的差分輸出電壓。另外，該標(biāo)準(zhǔn)還要求在VCM=–7 V 到+12 V共模電壓范圍保持這種驅(qū)動能力，以便允許驅(qū)動器和接收機(jī)接地之間的大接地電位差，其一般會出現(xiàn)在遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)鏈路中。

60 Ω差分電阻代表兩個并聯(lián)120 Ω端接電阻器的電阻值，而32單位負(fù)載得到的總共模負(fù)載電阻為RCM = 12 kΩ / 32 = 375 Ω。共模負(fù)載條件下收發(fā)器驅(qū)動能力測試的相應(yīng)測試電路也指定為RS-485標(biāo)準(zhǔn)，其如圖2所示。

圖2 共模負(fù)載的驅(qū)動器測試電路

圖3顯示了在規(guī)定共模電壓范圍，驅(qū)動RCM= 375 Ω最大共模負(fù)載(32 UL)的一個5V收發(fā)器的最小輸出電流要求。用于繪制該圖的參數(shù)假設(shè)為VOS= 2.5 V、VOD = 1.5 V、RD=60 Ω和RCM= 375 Ω。

圖3 5V收發(fā)器的總線電流要求

該圖表明，一個符合標(biāo)準(zhǔn)的5V收發(fā)器必須能夠拉出和注入高達(dá)53 mA的輸出電流。實際上，市場上銷售的大多數(shù)RS-485收發(fā)器，都具有60 mA及以上的最小注入和拉出能力。

就此而言，需要對32單位負(fù)載的最大共模負(fù)載進(jìn)行一些重要的澄清，以消除許多普遍存在的誤解。

●RS-485中規(guī)定的32單位負(fù)載的最大共模負(fù)載，指的是存在于差分信號對和信號地線之間的任何共模負(fù)載，不僅僅只是接收機(jī)輸入。例如，一個外部故障保護(hù)電阻器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)使用了 22 UL 的總負(fù)載，從而使得僅有10 UL可用于接收機(jī)輸入。剩余的10 UL，可以通過使用10 x 1 UL收發(fā)器或者至多80 x 1/8 UL收發(fā)器，來讓其得到利用。

●32 UL最大負(fù)載的規(guī)定，針對–7 V到+12V的整個VCM范圍。如圖3所示，讓VCM范圍變窄會降低輸出電流，并讓驅(qū)動器儲存一些電流。之后，可以利用這些儲存電流來驅(qū)動更多的單位負(fù)載。驅(qū)動器和接收機(jī)接地之間地電位差(GPD)較小的數(shù)據(jù)鏈路中，可以應(yīng)用這一原則，其解答了我們在一開始提出的第二個問題。

圖4顯示了單位負(fù)載數(shù)，其為GPD振幅的函數(shù)。請注意，GPD并非為DC電壓，而是AC電壓，其在系統(tǒng)電源電源頻率的第三諧波變換。