RS-485基礎(chǔ)知識(shí):處理空閑總線條件的兩種常見(jiàn)方法

在本文中，我將介紹處理空閑總線條件的兩種常見(jiàn)方法，以便保證總線上的邏輯狀態(tài)。

由于 RS-485 是一個(gè)多點(diǎn)拓?fù)?a target="_blank">網(wǎng)絡(luò)并且無(wú)法處理爭(zhēng)用，因此，有時(shí)候總線上的所有 RS-485收發(fā)器都呈現(xiàn)高阻抗，并且沒(méi)有主動(dòng)驅(qū)動(dòng)邏輯狀態(tài)。這通常在一個(gè)節(jié)點(diǎn)完成消息傳輸后、下一個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)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(hào)。電子工業(yè)協(xié)會(huì) （EIA）-485 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)差分電壓≥+200mV 時(shí)，RS-485 接收器的輸入閾值為邏輯高電平；當(dāng)差分電壓 ≤-200mV時(shí)，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(gè)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(jiàn)方法是：選擇具有內(nèi)置失效防護(hù)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。這兩種方法都可確保總線上的邏輯高電平狀態(tài)（對(duì)應(yīng)于正差分電壓）。

您不妨回頭看看 RS-485基礎(chǔ)知識(shí)之接收器的博客文章，我在其中論述了如何實(shí)現(xiàn)內(nèi)置失效防護(hù)輸入偏置。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即衰減網(wǎng)絡(luò)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(huì)影響網(wǎng)絡(luò)上所有收發(fā)器的負(fù)載。但需要注意的是，網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要內(nèi)置此功能。對(duì)于現(xiàn)有裝置或使用以前設(shè)計(jì)模塊（可能不容易更新）的裝置，內(nèi)置此功能可能不切合實(shí)際。

處理空閑總線情況的第二種方法是使用兩個(gè)外部電阻：一個(gè)從 A 端到 VCC，另一個(gè)從 B 端到地。請(qǐng)參閱圖 2 中的兩個(gè)紅色電阻器。

圖 2：失效防護(hù)電阻器的放置

如您所見(jiàn)，使用 RFS1 時(shí)，兩個(gè)并聯(lián)端接電阻 （RT） 和 （RFS2）構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器電路。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，您只需在一個(gè)節(jié)點(diǎn)（通常是主節(jié)點(diǎn)）上安裝這些電阻器。 此外，RFS1 和 RFS2 設(shè)置為彼此相等，以便在 VCC和地之間實(shí)現(xiàn)共模平衡。

公式 1 是計(jì)算這些失效防護(hù)電阻值的簡(jiǎn)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(hù)電阻的節(jié)點(diǎn)的最小 VCC（我們使用 4.5V），求解簡(jiǎn)單的分壓器方程：

代入 VFS = 200mV、Req = 60Ω 并設(shè)置 RFS1 + RFS2 = 2*RFS（因?yàn)槲覀儗⑵湓O(shè)置為彼此相等），便得出：

如您所見(jiàn)，此解決方案的好處是只需要兩個(gè)電阻器即可，并且適用于網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)。但需要注意的是，兩個(gè) 645Ω電阻器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)共模負(fù)載。如果您還記得本系列上一篇關(guān)于單位負(fù)載的文章，就會(huì)知道每個(gè) RS-485 驅(qū)動(dòng)器都需要處理 375Ω 共模負(fù)載（32個(gè)并聯(lián)單位負(fù)載），如圖 3 所示。

圖 3：32 個(gè)并聯(lián)的單位負(fù)載產(chǎn)生一個(gè)共模負(fù)載

問(wèn)題是，僅失效防護(hù)電阻器就會(huì)產(chǎn)生 645Ω 的共模負(fù)載?，F(xiàn)在需要計(jì)算在出現(xiàn) 375Ω 共模負(fù)載之前可能存在的其他并聯(lián)共模負(fù)載：

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

這意味著，失效防護(hù)電阻器帶來(lái)了相當(dāng)于 18.6 （32-13.4）個(gè)單位負(fù)載的共模負(fù)載，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)上允許的總節(jié)點(diǎn)數(shù)。如您所見(jiàn)，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(yīng)用。