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RS485总线加终端电阻可能存在的问题

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发表于 2024-12-2 08:01:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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+ }) ]& H  e* p* w. j0 z$ _5 M
点击上方蓝色字体,关注我们' u6 m/ g/ m+ _$ n
尽管终端电阻能有效减少信号反射、提高信号质量,但它也引入了一系列问题,需要在设计中谨慎考虑。: `. q* v7 O) S5 l$ f! d& p  c1 c$ h
" N9 K2 b1 L* h, t$ O
以下是几个常见问题的详细分析:* s7 n/ F$ }$ \3 i8 \- H8 }
18 w. R* [" d1 J+ N  s7 F/ }
降低驱动信号幅值' O* m9 ^6 |' Y- {% k
当终端电阻接入RS-485总线时,会显著降低驱动信号的差分幅值。总线上负载的增大导致RS-485收发器的输出差分电压幅值下降。
: h) _( |" f: f* V5 E
! Z! R0 K% c! U, }6 [$ M+ M: d例如,在5米、500kbps的通信距离下,未加终端电阻与加终端电阻的波形对比如图1和图2所示。+ H) @8 X* L3 i5 |

% G- _6 J9 U8 m' U% e: p$ k通过波形图可以看出,添加终端电阻后,驱动信号幅值大约减少了2V,对信号强度产生明显影响。+ ~" L2 T; w* m# o; z$ `) ]2 U1 `$ f

, ~2 m$ ^" a: F3 h+ `* p6 d

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  \, V( U7 Y7 M0 l' J
图1 - 5m 500kbps 无终端电阻波形, L- O9 u8 t9 w- _1 E9 q! O# O

& }9 n9 N1 a9 B9 v7 M# r
# l/ o( @& [0 X$ n1 }

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) d1 J! n" b8 {" G" {* F图2 - 5m 500kbps 加终端电阻波形0 B* M& k4 S& M' E" d
2
% z' i( F% j- c" F; n4 N. r" _增大通信线压降
7 p0 `4 w6 b$ R, z. g6 G- V增加终端电阻会使通信线路中的电流增大,进而导致线路上的压降增加。通信距离越长,压降影响越显著。
1 b  c( P+ j- y( a$ C9 `0 |  h* Y' A* A+ C* o( k! D# U: o5 g, `
例如,在1200米、115.2kbps的测试条件下(使用0.75mm2通信线),首端与末端的信号波形对比如图3和图4所示。
2 |) e0 U& e& W: O: G% H. z# G4 ^# T3 m6 ]* P
可以看到,由于压降的影响,末端信号相较于首端信号下降了大约0.7V,这种差异会影响接收端的信号完整性。
3 [" J& C0 C; s
3 I: y/ G% ~; w6 C. K

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  e+ [0 [. f, n4 ]  T  ]2 x* |图3 - 1200m 115.2kbps 首端波形(加终端电阻): S1 u. ~  c7 d1 |2 O2 B

% J5 ^2 s$ `9 U* J/ v4 D

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/ j* s$ u3 r  r
图4 - 1200m 115.2kbps 末端波形(加终端电阻)
  g" j" s; ?& k3 Q% d- c2 K6 n  z3
1 T$ f" M$ L2 g/ e增大收发器功耗
" ]( W( D7 ~# L; _, a$ j7 T终端电阻的引入对RS-485收发器的功耗有明显影响,特别是在驱动状态时。0 o7 U+ [; [- A( D! |' L# u+ S
9 x6 c& @% }& p2 S3 z! ]
以RSM485ECHT为例:
5 `$ Z* u; W* d( ]3 O1 c! Z. I
  • 接收状态:工作电流约为20mA
  • 驱动状态(无终端电阻):工作电流为27mA左右。
  • 驱动状态(加终端电阻):工作电流上升至83mA' J5 M1 q& d- `0 z

    % _2 z% y: ?0 M  o3 Y. X7 i3 @9 u; w从数据中可以明显看出,终端电阻在驱动状态下显著增加了功耗。1 w/ k3 q% C2 A! f2 M
    # q5 n/ W  ~/ H6 Z3 ?  W
    因此,在对功耗敏感的应用场景中,应谨慎使用终端电阻。# P4 T$ z0 T! V  Y# J
    4
    $ J% b" |9 N* n降低总线空闲时的差分电压
    , b0 `0 r% _; b) }$ D在RS-485总线空闲时,终端电阻会导致差分电压的降低,尤其是在两个模块都处于接收状态时。7 ?" ?( q3 o3 y) A: Q1 [- M7 c
    ' |" v  E8 t, }
    图5展示了两个RSM485ECHT模块的通信等效示意图。2 C, H2 |) |7 G) G7 d: V6 j
    1 q) v; W: D1 G0 L+ B! q, l

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    : }+ f8 Q) k" a$ l9 ~图5 - RSM485ECHT通信等效示意图
      E6 H# U$ {# j7 u6 m. j! ~* S, M: s# W* m$ x/ k; R4 e' d$ H
    通过基尔霍夫电流定律,可以对节点A和节点B的电流进行分析,得到以下公式:4 y* f0 V" g6 @6 I7 `. W

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    & E5 s9 A* D! l8 k" U8 N) z5 D' L
    其中:
    . P) Y/ p$ @6 c$ F& g
  • RPUD:RSM485ECHT内部上/下拉电阻,120kΩ;
  • RIN:RSM485ECHT输入阻抗,96kΩ。0 P8 I: S" }6 v9 U) ~

    , D1 E& ?" u8 D. R4 o6 c$ ^根据公式计算得出的AB间差分电压仍然保证在-200mV到-40mV的范围内,符合RSM485ECHT的门限电平要求,确保总线空闲时不会误接收数据。! w. o  S0 M  {! Z1 I* m$ r  {
    & I  f3 B9 N4 k& E5 X9 `9 p

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    & D: h' L+ _5 A1 ~+ O- N5 I) j, g- y  s" |( M9 Y
    然而,对于门限电平在-200mV到+200mV范围的RS-485收发器,空闲时的差分电压可能进入不确定状态,增加误接收的风险。
    8 {, w" k) d4 S: s# ?% O; U8 |7 s9 \; q, w
    1 p, t- x1 i) z, O* j5 g! N通过对终端电阻的详细分析,可以看出其对信号幅值、功耗、以及总线空闲状态的电压水平都具有重要影响。
    ! |. i3 |* N- p0 c2 h8 x
    ' Q7 }* h$ Q- s7 F, w' t在具体应用中,需要根据通信距离、功耗要求、设备特性等综合因素来决定是否使用终端电阻。# E" X" ?: p' ^& o& A% \0 |5 s

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    ; b- r2 Q3 b" T' k% A点击阅读原文,更精彩~
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