RS-485基礎知識：失效防護偏置網(wǎng)絡的兩種方法

在本系列的上一部分中，我介紹了何時需要端接 RS-485 網(wǎng)絡以及如何實施標準和交流端接方案。在這一部分中，我將介紹處理空閑總線條件的兩種常見方法，以便保證總線上的邏輯狀態(tài)。

由于 RS-485 是一個多點拓撲網(wǎng)絡并且無法處理爭用，因此，有時候總線上的所有 RS-485 收發(fā)器都呈現(xiàn)高阻抗，并且沒有主動驅動邏輯狀態(tài)。這通常在一個節(jié)點完成消息傳輸后、下一個節(jié)點開始傳輸消息前發(fā)生。在此期間，由于安裝了端接電阻，總線將具有 0V 差分信號。電子工業(yè)協(xié)會 (EIA)-485 標準規(guī)定，當差分電壓 ≥+200mV 時，RS-485 接收器的輸入閾值為邏輯高電平；當差分電壓 ≤-200mV 時，RS-485 接收器的輸入閾值為邏輯低電平。這意味著差分輸入電壓有一個 400mV 的不確定狀態(tài)，如圖 1 所示。

圖 1：RS-485 接收器輸入閾值

處理這種不確定狀態(tài)的兩種常見方法是：選擇具有內(nèi)置失效防護輸入閾值的接收器，或者使用額外的外部電阻器在空閑總線上創(chuàng)建外部偏置。這兩種方法都可確?？偩€上的邏輯高電平狀態(tài)（對應于正差分電壓）。

您不妨回頭看看 RS-485 基礎知識之接收器的博客文章，我在其中論述了如何實現(xiàn)內(nèi)置失效防護輸入偏置。簡單來說，即衰減網(wǎng)絡中產(chǎn)生的內(nèi)部偏置電流在接收器比較器的輸入端產(chǎn)生電壓差。該解決方案的好處是，不會影響網(wǎng)絡上所有收發(fā)器的負載。但需要注意的是，網(wǎng)絡上的每個節(jié)點都需要內(nèi)置此功能。對于現(xiàn)有裝置或使用以前設計模塊（可能不容易更新）的裝置，內(nèi)置此功能可能不切合實際。

處理空閑總線情況的第二種方法是使用兩個外部電阻：一個從 A 端到 VCC，另一個從 B 端到地。請參閱圖 2 中的兩個紅色電阻器。

圖 2：失效防護電阻器的放置

如您所見，使用 RFS1 時，兩個并聯(lián)端接電阻 (RT) 和 (RFS2) 構成了一個簡單的分壓器電路。在整個網(wǎng)絡中，您只需在一個節(jié)點（通常是主節(jié)點）上安裝這些電阻器。 此外，RFS1 和 RFS2 設置為彼此相等，以便在 VCC 和地之間實現(xiàn)共模平衡。

公式 1 是計算這些失效防護電阻值的簡單方法。使用產(chǎn)生已知狀態(tài) (+200mV) 的最小輸入電壓、等效并聯(lián)端接電阻 (60Ω) 以及將組裝失效防護電阻的節(jié)點的最小 VCC（我們使用 4.5V），求解簡單的分壓器方程：

代入 VFS = 200mV、Req = 60Ω 并設置 RFS1 + RFS2 = 2*RFS（因為我們將其設置為彼此相等），便得出：

如您所見，此解決方案的好處是只需要兩個電阻器即可，并且適用于網(wǎng)絡上的所有節(jié)點。但需要注意的是，兩個 645Ω 電阻器會產(chǎn)生一個共模負載。如果您還記得本系列上一篇關于單位負載的文章，就會知道每個 RS-485 驅動器都需要處理 375Ω 共模負載（32 個并聯(lián)單位負載），如圖 3 所示。

圖 3：32 個并聯(lián)的單位負載產(chǎn)生一個共模負載

問題是，僅失效防護電阻器就會產(chǎn)生 645Ω 的共模負載?，F(xiàn)在需要計算在出現(xiàn) 375Ω 共模負載之前可能存在的其他并聯(lián)共模負載：

由于每個單位負載都可以近似為一個 12kΩ 的共模負載，因此在出現(xiàn)小于 896Ω 的共模負載之前，您只需計算并聯(lián)的單位負載最大值：

這意味著，失效防護電阻器帶來了相當于 18.6 (32-13.4) 個單位負載的共模負載，從而大大減少了網(wǎng)絡上允許的總節(jié)點數(shù)。如您所見，兩種處理空閑總線情況的方法各有利弊，因此您可以自行決定哪種方法更適合您的應用。