认识RS-485收发器的临界总线电压

发布者:心动代码最新更新时间:2015-06-19 来源: eepw关键字:RS-485  收发器  临界总线电压 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
  RS-485凭借其稳健耐用性和高可靠性,已经成为世界范围内嘈杂工业环境中最常用的应用接口技术。随着越发宽泛的工作范围以及与更高抑制性能组合在一起的趋势催生了现代性能已经超过最初的RS-485标准 (EIA/TIA485)的收发器设计。

  全新的收发器技术规格在组件数据表中给出了这些性能方面的提升,然而,这些技术规格经常被终端用户,即系统设计人员,错误地解读。例如,在对绝对最大额定值(AMR)部分与建议运行条件(ROC)下分别对给出的收发器最大电压电平进行比较时经常会出现混淆。

  用户经常会问到这样的问题:在绝对最大额定值条件下,收发器能够可靠地发送数据吗?为什么ROC下的输入电压远远小于AMR中的值?共模电压范围是如何定义的?

  由于收发器数据表很少提供这些参数的详细解释,本篇文章将调整这一点。我们首先解释一下收发器的基本工作方式,然后是如何从中得出共模电压项。最后,我们将讲解最大限度的工作条件。

  基本收发器工作方式

  驱动器

  收发器的驱动器部分由一个H桥输出级组成。数据输入D上的一个逻辑高电平会接通晶体管Q2和Q3。这将使电流从A端子驱动到B端子。D上的逻辑低电平接通Q1和Q4,并以相反的方向驱动电流,即从B至A。

  反向泄露保护二极管和晶体管导通电阻组成的内部电阻值形成一个具有外部差分负载电阻RD的分压器。这使得线路电压VA和VB明显小于电源电压VCC(图1)。

  如此所获得的互补线路电压,VA和VB代表两个直流电压电平,这个电压在平均直流电平(为2条总线线路的共同电压)附近摆动。这个电压被称为驱动器共模输出,或者输出偏移电压,VOS。

  这个共模电压是显而易见的,而差分输出电压为通过使两个等式相等后算出的线路电压生成量。因此,驱动器可以表示为一个具有共模分量VOS的信号源。共模分量VOS由互补差分分量重叠。

  

 

  图1

  接收器

  一个收发器的接收器部分在每个输入上包含一个电阻分压器,R1/R2,之后是一个比较器。分压器以10:1的比率减弱输入信号,VA和VB。这个比率决定了A和B上的最大适用接收器输入电压。

  由于分压器以接收器接地为基准,共模和差分电压分量的衰减率一样。然后,差分比较器移除共模信号,并且只对差分输入信号作出反应,VID=VA-VB。因此,标准RS-485收发器输出R,在VID>200mV时变为高电平,在VID<-200mV时变为低电平。

  图2显示的是每个接收器输入均具有RCM=R1+R2的共模输入电阻,以及RIN=2RCM的差分输入电阻。RCM导致针对每条总线线路的共模负载,也就是说,两条线路上的共模电压驱动电流流经RCM,流向接收器接地。相对地,RIN使差分负载电流在总线线路之间流动。

  

 

  图2

  最大接收器输入电压范围

  RS-485标准规定了-7V至+12V的共模输入范围,以及驱动器与远程接收器之间±7V的最大接地电势差 (GPD)。图3显示了用于最大可能总线电压的数据链路示例。在这个情况下,此链路是一条未端接的点到点连接。单个接收器代表轻负载,从而使得线路电压在整个电源轨内摆动。[page]

  

 

  图3

  一个极端情况就是当驱动器的输出相对于驱动器接地(GNDD)为5V时,此时的GPD=-7V。在这个情况下,相对于接收器接地(GNDR)的最大正接收器输入电压为+12V。另外一个极端情况就是驱动器输出电压相对于GNDD为0V,此时的GPD=+7V。这一情况下,相对于GNDR的最大负接收器输入为-7V。

  为了确保可靠数据传输,最大接收器输入电压范围在+12V至-7V之间。需要注意的是,GPD是驱动器与接收器接地之间的电势差,并且代表添加至驱动器输出偏移的第二共模电压。一条数据链路的总体共模电压,VCM,为VCM=VOS+GPD。

  对于RS-485的一个进一步要求就是驱动器必须能够在±7V的满GPD上驱动32个单位负载。一个单位负载代表一个共模负载,并且定义为在12V直流输入电压上的1mA直流输入电流。这将产生一个12kΩ的直流输入电阻。传统收发器通常具有1UL共模负载,而现代组件的单位负载往往为1/8UL,也就是说输入电流为传统输入电流的1/8,或者说对地的输入电阻要高8倍。为了测试最大共模负载,一般使用图4中的测试电路。

  

 

  图4

  在这里,60Ω的差分电阻代表分别位于总线两端的2个120Ω端接电阻器。375Ω电阻器类似于32个单位负载,可以是32x1UL收发器或者是258x1/8UL收发器。±7V的对称GPD被范围介于-7V至+12V的测试电压所取代,其目的是为了测试对称收发器输入性能。例如,如果驱动器能够在其输入上提供满电源范围,此时输出为5V并且VTEST = -7V,接收器相对于接收器接地的输入电压将为+12V。对于0V输出电压和VTEST=+12V的情况,接收器相对于接收器接地的输入电压将为-12V。

  最小和最大收发器输入电压额定值分别为-12V和+12V。由于必须在这个电压范围内确保可靠数据传输,这些值为建议工作条件下(ROC)规定的额定值。

  需要注意的是,这些建议最大值假定0V至5V的最大驱动器输出范围。而实际共模电压范围要小很多。对于一个5V收发器,VCM+计算为VCM=2.5V+7V=+9.5V,而VCM-=2.5–12V=-9.5V。

  绝对最大额定值

  在RS-485数据线路与24Vdc电力线并行的应用中,必须在收发器设计中实现安全性功能,以避免在发生诸如电力线和数据线的电缆绝缘层破损的短路故障时,比如等对器件造成损坏。

  一个常见的解决方案就是在驱动器输出级内采用高压晶体管。这个输出级可以对短时高压瞬态以及长时间过压电势进行充分抑制。工业系统中的一个常见要求就是收发器必须能够耐受24V电源线的永久性短接。

  然而能够防止收发器受到24V损坏的外部瞬态电压抑制器(TVS)是不能使用的。相反地,使用的任何24V组件必须首先保护24V电源。事实上24V只是标称值,很多电源系统能够表现出高达35V的变化范围。这就将所需的TVS击穿电压增加到36V。具有如此之高击穿电压的TVS二极管通常提供高达60V的钳位电压。为了能够耐受这些高瞬态电压,收发器必须提供65V至70V以上的抑制电压。

  这些抑制电压电平是绝对最大额定值下规定的值。任何更高的电压电平将触发收发器的内部静电放电(ESD)保护电路。然而,这些ESD电路只设计用于极短瞬态过压,并且不能够保护器件免受长时间电气过应力的影响。

  最最重要的一点就是千万不要超过绝对最大额定值中规定的电压电平。

  结论

  严格遵守建议工作条件部分中给出的电压电平确保了整个收发器电源和温度额定值范围内的可靠数据传输。

  绝对最大额定值部分中规定的电压电平代表了最大值,超过这些最大值,器件就会损坏。在远远低于绝对最大额定值的情况下,就可以实现可靠数据传输。

关键字:RS-485  收发器  临界总线电压 引用地址:认识RS-485收发器的临界总线电压

上一篇:RS232串口到RS485转换接口电路
下一篇:高速便携式RS232/422信号模拟器设计

推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 23:44

RS-485总线的可靠性
目前要提高RS-485总线的可靠性几种方法 在MCU之间中长距离通信的诸多方案中,售饭系统RS485因硬件设计简单、控制方便。成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动报测等领域,但售饭系统RS485总线在抗干扰、自适应、通信效率等方面仍存在缺陷,一些细节的处理不当常会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障,因此提高RS-485总线的运行可靠性至关重要售饭系统RS485。 RS-485接口电路的硬件设计   1)总线匹配、总线匹配有两种方法:一种是加匹配电阻,位于总线两端的差分端口VA与VB之间应跨接120Ω匹配电阻,以减少由于不匹配而引起的反射、吸收噪声、有效地抑制了噪声干扰。但匹配电阻要消耗较大电流,不
[嵌入式]
高性能PHS射频收发器芯片的设计
  随着 PHS 协议的扩展, PHS 在系统和业务上也不断推出新的亮点,如无缝切换、机卡分离和QBOX灵通无绳业务,这些新业务的推出将成为 PHS 未来发展的强大驱动力。针对PHS系统对手机的新技术需求,锐迪科微电子(RDA)公司开发出基于全新RF收发结构的单芯片收发器及集成天线开关的高效率功放模块。本文介绍RDA PHS 射频收发器 芯片的设计方法。   在中国,PHS作为固定市话网的一种补充和延伸,在发展初期以其较低的收费模式,成为固网运营商快速抢占市场的利器。随着PHS协议的扩展,目前PHS终端除了能够实现固定电话的所有功能外,还可以支持包括转移呼叫、多方通话、语音信箱等功能,同时它还具备移动电话的一些功能,例如越区漫游、
[电源管理]
高性能PHS射频<font color='red'>收发器</font>芯片的设计
评估CAN收发器的正确系统级测试方法
本文介绍了评估 控制器局域网 ( CAN )收发器的正确系统级测试方法。通过展示在多 CAN 节点系统中执行不同 CAN 节点之间的数据传输时如何避免实际数据传输问题,解释了此种测试方法的优越之处。 CAN是一种稳健的通信标准,用于支持不同的传感器、机器或控制器进行相互通信。相比于一般接口,CAN接口更稳定可靠,能够有效处理总线争用,因此被广泛应用于工业自动化、家庭自动化和汽车应用中。 旧版CAN2.0提供8字节有效载荷,最多支持2 Mbps的数据速率。有些情况下,2 Mbps的数据速率不足以应对危急通信事件,因此CAN.org提出了新的通信协议CAN-FD,支持数据速率高达10 Mbps的通信。 CAN-FD灵活的数
[汽车电子]
评估CAN<font color='red'>收发器</font>的正确系统级测试方法
TI 集成MSP430与RF收发器的单芯平台
  2008 年 11 月 13 日,北京讯- 日前,德州仪器 (TI) 宣布推出全新 CC430 技术平台,该平台既可降低系统复杂性、将封装与印刷电路板尺寸缩小 50%,又可简化 RF 设计,从而将包括 RF 网络、能量采集、工业监控与篡改检测、个人无线网络以及自动抄表基础设施 (AMI) 等在内的应用推向前所未有的水平。   集两种技术之所长的单芯片   TI MSP430F5xx MCU 与低功耗 RF 收发器的结合可实现极低的电流消耗,从而使采用电池供电的无线网络应用无需维修即可工作长达 10 年以上。此外,微型封装所包含的高级功能性还可为创新型 RF 传感器网络提供核心动力,以向中央采集点报告数据,如通过分析大气中
[单片机]
TI 集成MSP430与RF<font color='red'>收发器</font>的单芯平台
CAN转串口/CAN总线转RS-232 CAN总线RS-485
CAN转串口产品有两款型号:CAN-232B、CAN-485B。前者为CAN转RS232产品,后者除具有前者的所有功能外,还增加一个共享的RS485口,但RS232口与RS485口不能同时使用。 CAN-232B是智能型RS232总线CAN转换网桥,用于PC或其他带RS232端口的设备与CAN设备之间的通讯 。CAN (Controller Area Network)是一种串行总线系统,特别适合组建智能工业设备网络和楼宇自动化控制系统。CAN拥有高传输速度(高达1Mbps) 和高可靠性, 能以高性能和高品质的方式实现高度可靠的监控系统,因此,CAN系统首先被大量地应用于汽车网络中。 基于CAN网络的实时和多主机特性,它可以很容易地帮
[嵌入式]
Microchip推出新型工业千兆位以太网收发器LAN8840/41提供精确计时协议
Microchip推出新型工业千兆位以太网收发器LAN8840/41提供精确计时协议,优化过程自动化功能 LAN8840/41是单端口千兆位以太网收发器,提供PTP-v2(IEEE 1588-2008)时间戳,用于高协调度的工厂和过程自动化 工业自动化系统开发人员正寻求从依赖专有的过程同步解决方案转向基于标准的解决方案,以提供更广泛的兼容性并降低设计成本。为了提供关键的过程同步,Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)宣布推出符合IEEE® 1588v2精确计时协议标准的LAN8840和LAN8841千兆位以太网收发器。LAN8840/41以太网器件支持Linux®驱动程序,提供灵活的以太网速
[工业控制]
Microchip推出新型工业千兆位以太网<font color='red'>收发器</font>LAN8840/41提供精确计时协议
基于兼容主流通信协议NFC收发器的安防产品应用经验
作者:天津华来 Loren Du 和传统的近距通讯相比,近场通讯(NFC)有天然的安全性,以及连接建立的快速性。这些优点也使得NFC在手机及安防领域里备受欢迎,如智能门锁,门禁等都具有NFC功能。 目前,我在做的一个安防产品(keypad)也增设了NFC功能。传统的keypad都是通过设置密码,且在按下密码后,keypad方可进行后续的工作。加上NFC功能后,可以使用户直接刷卡,无需再按按键就可以使keypad进行后续工作。所以这个功能无疑是我设计的产品的一大亮点,也是和传统安防产品中的keypad一个重要区别。 在我的安防产品keypad中选用了世强代理的Melexis的MLX90132 NFC收发器来实现传统升级。
[网络通信]
基于兼容主流通信协议NFC<font color='red'>收发器</font>的安防产品应用经验
医疗电子用低功耗2.4GHz收发器及其设计
  穿戴式监控系统,如健康秤、血压监控器和峰值流量仪等各种健康设备能够及时提供促进性反馈信息,鼓励个人行为的改变。用户可以在日常生活中即刻了解到个人健康数据。这样的系统要求即使在最恶劣的2.4GHz工作环境中,收发器也能提供出色的ad hoc点到点传输能力。哪种无线收发器能满足该要求,其设计实现又有何诀窍?本文将给你答案。   在美国无线健康监控技术领域的先驱FitSense公司的ActiHealth BodyLAN系统中,采用的是Nordic的nRF2401A 2.4GHz收发器。   BodyLAN是一种获得专利的ULP无线个域网(PAN),能够控制和响应小型化健康与平安测量传感器或致动器。这些系统一般足够高效紧凑,能够让纽
[医疗电子]
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved