脈沖信號(hào)近距離傳輸?shù)碾娐吩O(shè)計(jì)

　　1.3 傳輸線分布參數(shù)的計(jì)算

　　綜上可知信號(hào)的傳輸特性主要由傳輸線分布參數(shù)來決定，只要確定了傳輸線的分部參數(shù)及源端和終端阻抗值，根據(jù)式（1-7）就能計(jì)算出信號(hào)的傳輸特性值。以雙絞線為例，其特性參數(shù)的計(jì)算可按如以下公式計(jì)算：

　　式中d 表示傳輸線導(dǎo)體的線徑，s 表示兩線的線間距， r e 表示有效相對(duì)介電常數(shù)。對(duì)其余類型傳輸線分布參數(shù)的計(jì)算可以參閱文獻(xiàn)[5-6]計(jì)算得到。

　　2 脈沖信號(hào)傳輸方案及實(shí)驗(yàn)測(cè)試

　　當(dāng)脈沖信號(hào)傳輸較遠(yuǎn)距離的時(shí)候，為保證信號(hào)的傳輸速率及傳輸可靠性，采用了RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)來驅(qū)動(dòng)、接收信號(hào)。

　　2.1 RS-485 總線標(biāo)準(zhǔn)

　　RS-485 標(biāo)準(zhǔn)是基于單對(duì)平衡線的多點(diǎn)、雙向通信鏈路，提供了高噪聲抑制、高傳輸速率、長(zhǎng)傳輸距離、寬共模范圍和低成本的傳輸平臺(tái)[7]。該方案采用符合RS-485 標(biāo)準(zhǔn)的MAX485 芯片來搭建驅(qū)動(dòng)、接收電路，將其中一塊芯片固定為發(fā)送，另一芯片固定為接收，兩芯片對(duì)應(yīng)的發(fā)送和接收端口用等長(zhǎng)的雙絞線連接。

　　2.2 脈沖信號(hào)的傳輸特性分析

　　脈沖信號(hào)在雙絞線上的傳輸特性由其傳輸線分布參數(shù)及驅(qū)動(dòng)芯片輸出阻抗和接收芯片輸入阻抗來決定的。

　　實(shí)際測(cè)得所用雙絞線的線徑d 為0.05 cm，s 為0.096 cm，r e 取介于線路絕緣體介電常數(shù)和空氣介電常數(shù)（1.00）之間的常數(shù)2.5。由式（9-11）計(jì)算得雙絞線的特性阻抗，每英寸的分布電感和分布電容為：

　　又可知MAX485 芯片驅(qū)動(dòng)輸出電阻約為50 Ω，接收端輸入電阻大于12 kΩ。由公式（1-7）可以計(jì)算出傳輸線單位傳輸延遲d T 、傳輸線衰減函數(shù)H 及傳輸線源端和終端函數(shù)值A(chǔ) 、T 、1 R 和2 R 分別為：

　　取傳輸雙絞線長(zhǎng)度為65 m，脈沖信號(hào)幅度為+4 V。可以計(jì)算得到信號(hào)通過雙絞線的延時(shí)為325.65 ns；信號(hào)到達(dá)接收端的幅度為4× AHT = 5.02 V ；產(chǎn)生的反射信號(hào)經(jīng)衰減傳輸?shù)竭_(dá)源端的幅值為22 4× AH R = 2.36 V。信號(hào)在源端還會(huì)繼續(xù)反射，如此反復(fù)直至衰減為零。用示波器直接測(cè)MAX485驅(qū)動(dòng)芯片輸出與接收芯片輸入口的波形如圖2 所示。

圖2 無端接時(shí)發(fā)送與接收芯片A 口的波形