RS-485基礎知識：什么時候連接終端匹配電阻？

RS-485網絡的許多信號完整性和通信問題源于終端，無論是由于缺少終止還是不正確的終止。在RS-485基礎系列的這一部分中，我將討論何時可以在不終止RS-485網絡的情況下離開，如果需要終端，如何使用標準（并行）終端和交流（AC）終端網絡。

正如我在本系列的最后一部分中所討論的，RS-485收發器的驅動器必須能夠在32個單元負載和兩個120Ω終端上驅動1.5V。我沒有在帖子中提到它，但終端電阻的120Ω值源于所謂的雙絞線母線的差模特征阻抗。簡單地說，線規，絕緣類型和厚度，以及每單位長度的捻數都會導致高速數據信號“看到”的阻抗。這個阻抗用歐姆表示，通常在100Ω到150Ω范圍內用于扭曲 - 對電纜。RS-485標準的編寫器選擇120Ω作為標稱特性阻抗; 因此，為了匹配此阻抗，終端電阻的默認值也為120Ω。

為何存在終端網絡

將布線的特征阻抗與終端網絡相匹配，使總線末端的接收器能夠看到最大信號功率。通過使傳輸線未端接，或以不等于電纜阻抗的某個值終止，您將引入不匹配，從而在網絡末端產生反射。反射是信號的某些能量逐字地返回到線路的位置，然后可以建設性地或破壞性地干擾沿著總線傳播的下一個比特。一個破壞性的例子是反射回來的反射信號與輸入信號異相，導致接收器看到較小的輸入信號。如果不匹配足夠大，

公式1顯示，對于反射系數，接近零，輸入阻抗Z L需要與源阻抗Z S匹配。如果負載和源阻抗存在很大差異，幾乎整個信號都可以反映出來。

如您所見，為了獲得最佳信號完整性，最好將AC線路阻抗與相等值的終端匹配。為什么不是所有設計師都想這樣做？因為添加終端網絡會增加整個系統的成本，并且這些終端網絡也會給驅動程序增加并行負載，從而導致更大的穩態負載電流。在功耗敏感的應用中，降低功耗至關重要（例如在電池供電的應用中），節省電源的一個選擇是使總線無端接。讓我們討論何時刪除終止是一個可行的選擇。

不需要終止的網絡

您不需要終端網絡的一種情況是網絡的雙向環路時間遠大于單個位時間（?<0.1×雙向環路延遲）。在這種情況下，每次反射到達網絡末端時，反射都會失去能量。

從圖1中可以看出，每次信號在電纜末端反射時，反射幅度將繼續衰減。圖1顯示了信號的三次往返和總共六次反射。

圖1 ：每次發生反射時反射衰減的幅度

估計總線的未端接端具有96kΩ輸入阻抗（八分之一單位負載），并且驅動器的源阻抗為60Ω，信號反射將根據表1中列出的計算衰減。

表1 ：信號衰減計算示例

如表1所示，當信號第六次反射時，它已經衰減到原始幅度的4％以下。在此之后，可以安全地說反射不再能夠導致信號完整性問題。由于位的采樣點通常發生在通過該位的50-75％之間，因此您需要確保在采樣點之前發生這三個往返延遲。

需要終止的網絡

對于應用，其中所述位時間基本上不大于電纜的循環時間長，終止是用于最小化反射的關鍵。最基本的終端網絡，稱為標準終端或并行終端網絡，由單個電阻器組成（圖2）。

圖2 ：標準終端網絡

對于標準終端，您可以將終端電阻值與網絡兩端布線的差模特征阻抗相匹配。這確保了在總線上雙向傳輸的信號的正確終止。正如我之前提到的，這種終端方案的主要缺點是無論何時驅動器處于活動狀態，電阻器都會在驅動器上施加直流（DC）負載。

使用AC終端有助于減輕這種功耗，而無需考慮總線長度的長時間要求。圖3顯示了AC終端方案。

圖3 ：AC終端網絡

由于電流通常從RS-485驅動器的一側流過終端網絡，然后通過驅動器的另一側，通過放置一個串聯電容器，穩態電流變為零。這種終端的兩個注意事項是每個終端網絡需要一個額外的組件，串聯電阻和電容會引入電阻 - 電容（RC）延遲。RC時間常數將減慢差分信號的上升沿和下降沿，并限制網絡的最大數據速率。

表2總結了三種終止方案。

表2 ：終止技術摘要

為獲得最佳信號完整性，最好將電纜的差模特征阻抗與相等阻抗的終端相匹配。但是，如果采取適當的步驟，也可以成功實現AC終端或完全避免終止。