RS-485详解(三)

本文详细介绍了RS-485网络中上下拉电阻的选取原则,包括单故障安全偏置和双故障安全偏置网络设计。通过计算公式和实例,展示了如何确定电阻值以确保网络稳定性和最大收发器数量。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

前两篇文章提到了使用上下拉电阻来解决故障安全问题,保证在总线空闲时期不会出现无效起始位等影响,本篇文章介绍上下拉电阻的阻值大小该如何取值。下面分两个网络来介绍。


单故障安全偏置网络设计(Sigle Fail-Safe Biasing Network Design)

在短距离(≤100m)应用中,在总线一端提供偏置电路即可,带偏置常见的RS-485网络如下图所示。上下拉电阻RBR_{B}RB为总线提供空闲态时的偏置电压,保证VABV_{AB}VABVIT−MAXV_{IT-MAX}VITMAX(输入最大阈值)。此外还要保证足够的噪声裕量,以便在更恶略的环境中使用所以需要 VABV_{AB}VABVIT−MAXV_{IT-MAX}VITMAX + VNoiseV_{Noise}VNoise

在这里插入图片描述
下图是上图的等效集总电路,上下拉偏置电阻RBR_{B}RB,终端电阻RT1R_{T1}RT1RT2R_{T2}RT2REQR_{EQ}REQ是连接到总线所有收发器的等效输入电阻。下面开始计算这种情况下电阻取值选择。

在这里插入图片描述

  1. 没有偏置电阻端接电阻RT1R_{T1}RT1应该匹配电缆的阻抗Z0Z_{0}Z0

RT1R_{T1}RT1=Z0Z_{0}Z0

  1. 在有偏置电阻这端等效电阻(2RB2R_{B}2RB || RT2R_{T2}RT2)必须匹配线缆阻抗 Z0Z_{0}Z0

RT2=2RB∗Z02RB−Z0R_{T2}=\frac{ 2R_B*Z_0}{ 2R_B-Z_0}RT2=2RBZ02RBZ0

  1. 接收器输入阻抗把12 kΩ当作一个单位负载(UL),总线规定最大承载32个单位负载,所以总线上允许最小的共模负载为RCMR_{CM}RCM=375Ω,当增加了偏置电阻会影响总线上共模负载即RBR_{B}RB || REQR_{EQ}REQRCMR_{CM}RCM

REQ=RB∗RCMRB−RCMR_{EQ}=\frac{ R_B*R_{CM}}{ R_B-R_{CM}}REQ=RBRCMRBRCM

为了计算RBR_{B}RB,需要根据VAV_{A}VAVBV_{B}VB来计算:

NodeA:VAREQ=VS−VARB−VABRT2−VABRT1\frac{V_A}{R_{EQ}}=\frac{ V_S-V_A}{ R_B}-\frac{ V_{AB}}{ R_{T2}}-\frac{ V_{AB}}{R_{T1}}REQVA=RBVSVART2VABRT1VAB
VA=REQ[VSRB−VARB−VAB(1RT1+1RT2)]V_A= R_{EQ}[\frac{ V_{S}}{ R_B}- \frac{V_A}{ R_B}-V_{AB}(\frac{1}{R_{T1}}+\frac{1}{R_{T2}})]VA=REQ[RBVSRBVAVAB(RT11+RT21)]
NodeB:
VBREQ=VABRT2−VBRB+VABRT1\frac{V_B}{R_{EQ}}=\frac{ V_{AB}}{ R_{T2}}-\frac{ V_{B}}{ R_{B}}+\frac{ V_{AB}}{R_{T1}}REQVB=RT2VABRBVB+RT1VAB
VB=REQ[VAB(1RT1+1RT2)−VBRB]V_B= R_{EQ}[V_{AB}(\frac{1}{R_{T1}}+\frac{1}{R_{T2}})-\frac{ V_{B}}{ R_{B}}]VB=REQ[VAB(RT11+RT21)RBVB]
VAB=VA−VB=REQ(VSRB−VAB[2(1RT1+1RT2)+1RB])V_{AB}=V_A-V_B=R_{EQ} ( \frac{ V_{S}}{ R_B}-V_{AB}{[2(\frac{1}{R_{T1}}+\frac{1}{R_{T2}})+\frac{ 1}{ R_{B}}]})VAB=VAVB=REQ(RBVSVAB[2(RT11+RT21)+RB1])
结合上述1 2 3计算关整理可得:
VAB=VSRB(1RCM+4Z0)−1V_{AB}=\frac{ V_{S}}{ R_B(\frac{1}{R_{CM}}+\frac{4}{Z_0})-1}VAB=RB(RCM1+Z04)1VS
RB≥VS/VAB+11/RCM+4/Z0R_{B}≥\frac{V_{S}/V_{AB}+1}{1/R_{CM}+4/Z_0}RB1/RCM+4/Z0VS/VAB+1

  1. RCMR_{CM}RCM直接影响可连接收发器数量,使用nULn_{UL}nUL来表示:

nUL=12kΩ/REQ=12kΩ∗(1RCM−1RB)n_{UL}=12kΩ/R_{EQ}=12kΩ*(\frac{1}{R_{CM}}-\frac{1}{R_B})nUL=12kΩ/REQ=12kΩ(RCM1RB1)


双故障安全偏置网络设计(Dual Fail-Safe Biasing Network Design)

为了在较长电缆长度上保持足够的VABV_{AB}VAB电压,需要在两端添加偏置网络。电路如下图所示:
在这里插入图片描述

  1. 在有偏置电阻这端等效电阻(2RB2R_{B}2RB || RT2R_{T2}RT2)必须匹配线缆阻抗 Z0Z_{0}Z0

RT2=2RB∗Z02RB−Z0R_{T2}=\frac{ 2R_B*Z_0}{ 2R_B-Z_0}RT2=2RBZ02RBZ0

  1. 这种情况下总线共模负载为RB/2R_{B}/2RB/2 || REQR_{EQ}REQRCMR_{CM}RCM

REQ=RB∗RCMRB−2RCMR_{EQ}=\frac{ R_B*R_{CM}}{ R_B-2R_{CM}}REQ=RB2RCMRBRCM

  1. 为了计算RBR_{B}RB,需要根据VAV_{A}VAVBV_{B}VB来计算:

NodeA:VAREQ=2(VS−VARB−VABRT)\frac{V_A}{R_{EQ}}=2(\frac{ V_S-V_A}{ R_B}-\frac{ V_{AB}}{R_{T}})REQVA=2(RBVSVARTVAB)
NodeB:
VBREQ=2(VABRT−VBRB)\frac{V_B}{R_{EQ}}=2(\frac{ V_{AB}}{ R_{T}}-\frac{ V_{B}}{ R_{B}})REQVB=2(RTVABRBVB)
VAB=VA−VB=2REQ[VSRB−VAB(1RB+2RT)]V_{AB}=V_A-V_B=2R_{EQ} [\frac{ V_{S}}{ R_B}-V_{AB}{(\frac{1}{R_{B}}+\frac{2}{R_{T}})}]VAB=VAVB=2REQ[RBVSVAB(RB1+RT2)]
结合上述1 2 计算关整理可得:
RB≥2VS/VAB+11/RCM+4/Z0R_{B}≥\frac{2V_{S}/V_{AB}+1}{1/R_{CM}+4/Z_0}RB1/RCM+4/Z02VS/VAB+1

  1. nULn_{UL}nUL:

nUL=12kΩ/REQ=12kΩ∗(1RCM−2RB)n_{UL}=12kΩ/R_{EQ}=12kΩ*(\frac{1}{R_{CM}}-\frac{2}{R_B})nUL=12kΩ/REQ=12kΩ(RCM1RB2)


举例说明

Z0Z_0Z0=120Ω,最小供电电压 VS=4.75VV_S=4.75VVS=4.75V,VABV_{AB}VAB=300mV(按照200mV+100mV噪声裕量设计)。

单故障安全偏置网络:

  1. RT1R_{T1}RT1=Z0Z_{0}Z0=120Ω
  2. RBR_BRB值计算:
    RB≥4.75V/0.3V+11/375Ω+4/120Ω=467.6ΩR_{B}≥\frac{4.75V/0.3V+1}{1/375Ω+4/120Ω}=467.6ΩRB1/375Ω+4/120Ω4.75V/0.3V+1=467.6Ω
    选择标准电阻RB=470ΩR_B=470ΩRB=470Ω
  3. RT2R_{T2}RT2值计算:
    RT2=2∗470Ω∗120Ω2∗470Ω−120Ω=137.6ΩR_{T2}=\frac{ 2*470Ω*120Ω}{ 2*470Ω-120Ω}=137.6ΩRT2=2470Ω120Ω2470Ω120Ω=137.6Ω
    选择标准电阻RT2=138ΩR_{T2}=138ΩRT2=138Ω
  4. nNLn_{NL}nNL值计算
    nUL=12kΩ/REQ=12kΩ∗(1375Ω−1470Ω)=6.4ULn_{UL}=12kΩ/R_{EQ}=12kΩ*(\frac{1}{375Ω}-\frac{1}{470Ω})=6.4ULnUL=12kΩ/REQ=12kΩ(375Ω1470Ω1)=6.4UL
    可连接最大收发器数量为6.4 UL / (1/8UL) = 51个

双故障安全偏置网络:

  1. RT1R_{T1}RT1=Z0Z_{0}Z0=120Ω
  2. RBR_BRB值计算:
    RB≥2∗4.75V/0.3V+11/375Ω+4/120Ω=907.4ΩR_{B}≥\frac{2*4.75V/0.3V+1}{1/375Ω+4/120Ω}=907.4ΩRB1/375Ω+4/120Ω24.75V/0.3V+1=907.4Ω
    选择标准电阻RB=909ΩR_B=909ΩRB=909Ω
  3. RT2R_{T2}RT2值计算:
    RT2=2∗909Ω∗120Ω2∗909Ω−120Ω=128.5ΩR_{T2}=\frac{ 2*909Ω*120Ω}{ 2*909Ω-120Ω}=128.5ΩRT2=2909Ω120Ω2909Ω120Ω=128.5Ω
    选择标准电阻RT2=129ΩR_{T2}=129ΩRT2=129Ω
  4. nNLn_{NL}nNL值计算
    nUL=12kΩ/REQ=12kΩ∗(1375Ω−2909Ω)=5.6ULn_{UL}=12kΩ/R_{EQ}=12kΩ*(\frac{1}{375Ω}-\frac{2}{909Ω})=5.6ULnUL=12kΩ/REQ=12kΩ(375Ω1909Ω2)=5.6UL
    可连接最大收发器数量为5.6 UL / (1/8UL) = 44个

评论 2
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值