導(dǎo)讀

在工業(yè)通信領(lǐng)域，RS485總線的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本文聚焦其關(guān)鍵的電阻設(shè)計(jì)問(wèn)題，以RSM485PHT為例，深入剖析偏置與終端電阻的作用及影響，同時(shí)提供實(shí)用的調(diào)整策略和應(yīng)用指導(dǎo)。

RS485總線的偏置電阻主要是給A、B確定的邏輯狀態(tài)。

RS485總線的終端電阻主要是用于信號(hào)線的阻抗匹配、提供通信線纜寄生電容能量的泄放路徑、提高信號(hào)質(zhì)量。

此次以自收發(fā)產(chǎn)品RSM485PHT為例進(jìn)行說(shuō)明，該產(chǎn)品內(nèi)置完整的DC-DC和信號(hào)隔離電路，具有較強(qiáng)的抗擾性和高可靠性，具備自動(dòng)收發(fā)功能。該產(chǎn)品的A、B線內(nèi)置47kΩ的上、下拉電阻，收發(fā)器輸入阻抗最小值為48kΩ。

本次測(cè)試的硬件框圖如圖1所示，在通信速率為500kbps、總線上掛6個(gè)通信節(jié)點(diǎn)、雙絞線總長(zhǎng)度約為3米。

圖1 RSM485PHT組網(wǎng)通信框圖

抓取總線波形如圖2所示，邏輯1的差分電壓約為1.60V。

圖2 3m雙絞線、500kbps時(shí)VAB波形圖3為本次RSM485PHT測(cè)試的電阻分壓等效圖。

圖3 RSM485PHT電阻分壓等效圖當(dāng)總線上有6個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，相當(dāng)于6個(gè)R上、6個(gè)R下、6個(gè)R內(nèi)并聯(lián)，此時(shí)VAB高電平電壓計(jì)算值為：

取VCC=5.1V，得到VAB=1.72V，考慮到線阻的分壓，此計(jì)算值1.72V與實(shí)測(cè)波形幅值1.60V基本吻合。因?yàn)榭偩€端邏輯1電平幅值僅有1.6V左右，該幅值的抗擾能力相對(duì)較弱且影響了通信距離的進(jìn)一步拉長(zhǎng)，現(xiàn)考慮通過(guò)外加偏置電阻將總線幅值抬高至3.5V左右。通過(guò)上面VAB計(jì)算公式，可計(jì)算出R上等效= R下等效≈ 2.75kΩ，外加上下拉電阻值約為4.1kΩ。如圖4所示為外接3.5kΩ上下拉電阻時(shí)總線的通信波形圖（外加偏置電阻增加功耗約為5.1V/3.5k ≈ 1.4mA，在可接受的范圍內(nèi)），因?yàn)閷?shí)焊偏置電阻值3.5kΩ小于4.1kΩ，實(shí)際總線邏輯1幅值為3.92V高于預(yù)設(shè)值3.5V。

圖4 外加3.5kΩ偏置電阻時(shí)差分波形圖在上述接入3.5kΩ上下拉電阻的環(huán)境下再接入120Ω的終端電阻，此時(shí)電阻分壓等效圖3中的R內(nèi)等效≈ 60Ω，將各數(shù)值代入VAB公式，計(jì)算得出電壓約為60mV，測(cè)試波形如圖5所示。此時(shí)高電平處于門(mén)限-200mV ~+200mV門(mén)限內(nèi)，收發(fā)器無(wú)法識(shí)別邏輯1，造成通信錯(cuò)誤。

圖5 接入120Ω終端時(shí)差分波形圖在使用我司自動(dòng)收發(fā)模塊RSM485PHT或RSM485M時(shí)，如果總線邏輯1電平較低可通過(guò)外接偏置電阻來(lái)調(diào)節(jié)總線電平，偏置電阻值過(guò)小將增加額外的功耗，電阻值太大調(diào)節(jié)效果將不明顯。偏置電阻值可以根據(jù)實(shí)際節(jié)點(diǎn)數(shù)量算出等效電阻值，再代入阻抗分壓公式：

其中VCC可取5.1V，VAB一般取2.5V ~ 4.0V。具備自動(dòng)收發(fā)功能的模塊RSM485PHT或RSM485M的總線邏輯1電平是通過(guò)AB線的偏置電阻來(lái)驅(qū)動(dòng)，其能力弱于推挽驅(qū)動(dòng)，因此一般情況下我們不建議用戶加終端電阻。如果通信速率高、通信距離長(zhǎng)，總線信號(hào)質(zhì)量很差，需要加終端電阻來(lái)減弱反射信號(hào)或提供泄放寄生電容能量的路徑，可以選擇稍大阻值的電阻，并且可以考慮通過(guò)在AB線上加小阻值的偏置電阻兩者配合來(lái)調(diào)節(jié)總線的電平。總的來(lái)說(shuō)在使用自動(dòng)收發(fā)RS485進(jìn)行通信時(shí)一定要確保 A/B 線差分電壓不會(huì)處于-200mV ~+200mV 范圍內(nèi)；若邏輯1或邏輯0的差分電平幅值較低，可以通過(guò)外加小的偏置電阻來(lái)進(jìn)行調(diào)整；一般情況下不建議用戶接終端電阻，如果要接盡量選擇較大的阻值同時(shí)與外接偏置電阻搭配使用。

隔離RS-485收發(fā)器RSM485PHT

Mini 小體積或標(biāo)準(zhǔn)模塊化封裝

低電磁輻射和高磁干擾性

有效提升總線通信防護(hù)等級(jí)