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什么是"阻抗匹配"?阻抗匹配不良的后果你知道吗? 2

什么是"阻抗匹配"?阻抗匹配不良的后果你知道吗? 2

由于RSM485PCHT的门限电平为-200mV~+200mV,一般留有100mV或200mV的电压裕量,本例留有100mV的电压裕量,根据前面所推导的差分电压公式,可以得到下面计算公式:


由于RSM485PCHT在供电电压范围为4.75V~5.25V,取VO=4.75V(最低输入电压VCC=4.75V情况下),可得:


由RPU=24kΩ,可得RPU_EX=RPD_EX=461.9Ω,由于计算出的电阻值为最大值,因此可以选择在485总线上仅加一组410Ω或390Ω的上下拉电阻,或者加两组910Ω上下拉电阻。


四、如何验证上下拉电阻取值?

上述计算仅考虑了485总线空闲状态时不处于不确定状态,并没有考虑485收发器的驱动能力和所用元器件的功耗等问题。外部所加上下拉电阻越小,可以将485总线空闲状态差分电压保持的越高,但与此同时,终端电阻和上下拉电阻的功耗也越大,对485收发器的驱动能力要求也越高,当超过485收发器的驱动能力时,也会导致通信失败。

根据RS-485标准,当接收器的输入阻抗为单位阻抗时(最小为12k),总线上最多可以接32个节点,485的差分负载最大为54Ω,此时差分输出电压最小为1.5V。


如图4所示,我们可以看到当485总线上接有32个节点时,总线A或B的共模负载为:


由此可见,对于RS-485的标准来说,A总线或B总线的最大共模负载为375Ω。


当增加终端电阻后,可以发现485总线的共模负载没有发生变化,但差模负载急剧减小,差模负载为:


因此当485总线的节点数达到最多以及增加终端电阻后,485总线的差模负载仍大于54Ω,根据RS-485的标准,差分输出电压最小为1.5V。


以RSM485PCHT为例说明增加上下拉电阻的情况,如图6所示,总线A或B的共模负载为:


实际测试上述情况,驱动输出的最小差分电压3.02V,这个电压远大于RS-485标准规定的最小差分输出电压1.5V。


当在485总线上增加终端电阻时,可以看出总线A或B的共模负载并没有发生变化,而差分阻抗有了较大的变化,此时差模负载为:

计算出的差模负载要略大于RS-485标准规定的最大负载为54Ω,我们对RSM485PCHT进行实际测试,其输出差分电压1.58V,略大于标准规定的最小电压。

当差模负载为54Ω(485总线接两个120Ω终端电阻并且上拉电阻(下拉电阻)与收发器内阻的并联值为270Ω)时,RSM485PCHT的差分输出电压为1.52V(实测值),基本和RS-485标准相同。当差模负载为41.54Ω(485总线接两个120Ω终端电阻并且上拉电阻(下拉电阻)与收发器内阻的并联值为135Ω)时,RSM485PCHT的差分输出电压在1.17V左右(实测值),在这种情况下可以通信。但485收发芯片手册中规定的最大差模负载通常为54Ω,即在485总线上增加两个120Ω后,上拉电阻(下拉电阻)与收发器输入阻抗的并联值应大于270Ω。同时为了保证稳定可靠通信,一般485总线的上拉电阻(下拉电阻)与收发器输入阻抗的并联值应大于375Ω。

五、总结

通信线应选用屏蔽双绞线,屏蔽层应单点接大地;
当我们没有遇到信号反射问题时,尽量不要使用终端电阻;
如果使用终端电阻,我们可以通过上下拉电阻调节485总线在空闲状态的电压值,保证不处于门限电平(-200mV~+200mV或-200mV~-40mV)范围内;
当我们增加上下拉电阻时,上拉电阻(下拉电阻)与收发器输入阻抗的并联值应大于375Ω。


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