總線電流要求與收發(fā)器驅動能力

摘要： 越來越多的人在問關于 EIA/TIA-485（俗稱 RS-485 數(shù)據(jù)傳輸標準）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,。

關鍵詞： 信號調理數(shù)據(jù)接口驅動器電源放大器

Abstract：

Key words :

越來越多的人在問關于 EIA/TIA-485（俗稱 RS-485 數(shù)據(jù)傳輸標準）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：

RS-485 收發(fā)器可以驅動多大的總線電流？
可以驅動 32 以上單位負載嗎,？

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,，除驅動通過端接電阻器的差分電流以外，驅動器還必須驅動通過許多接收機輸入阻抗的電流,，以及通過位于總線上的故障保護網(wǎng)絡的電流,。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

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

RS-485 規(guī)定一個收發(fā)器必須能夠驅動高達 32 單位負載的總共模負載,，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,，該標準還要求在 VCM = –7 V 到 +12 V 共模電壓范圍保持這種驅動能力,，以便允許驅動器和接收機接地之間的大接地電位差，其一般會出現(xiàn)在遠距離數(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 單位負載得到的總共模負載電阻為 RCM = 12 kΩ / 32 = 375 Ω。共模負載條件下收發(fā)器驅動能力測試的相應測試電路也指定為 RS-485 標準,，其如圖 2 所示,。

圖 2 共模負載的驅動器測試電路

假設非反相驅動器輸出 A 具有更高的正總線電壓，則其電流計算方法為：

而反相輸出 B 的電流計算方法如下：

由于數(shù)據(jù)傳輸期間 A 和 B 輸出不斷改變極性,，因此最好是使用一些通用術語來表示輸出電流方程式,。所以，更多正輸出（或者高輸出）必須拉出電流：

而更少正輸出（或者低輸出）必須注入電流：

圖 3 顯示了在規(guī)定共模電壓范圍,，驅動 RCM = 375 Ω 最大共模負載 (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，一個符合標準的 5V 收發(fā)器必須能夠拉出和注入高達 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 單位負載的最大共模負載進行一些重要的澄清，以消除許多普遍存在的誤解,。

485 中規(guī)定的 32 單位負載的最大共模負載,，指的是存在于差分信號對和信號地線之間的任何共模負載，不僅僅只是接收機輸入,。例如,，一個外部故障保護電阻器網(wǎng)絡已經(jīng)使用了 22 UL 的總負載，從而使得僅有 10 UL 可用于接收機輸入,。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,，并讓驅動器儲存一些電流,。之后,，可以利用這些儲存電流來驅動更多的單位負載,。驅動器和接收機接地之間地電位差 (GPD) 較小的數(shù)據(jù)鏈路中，可以應用這一原則,，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。