RS-485基礎(chǔ)知識：什么時候連接終端匹配電阻？

RS-485網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)系列的這一部分中，我將討論何時可以在不終止RS-485網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)。

正如我在本系列的最后一部分中所討論的，RS-485收發(fā)器的驅(qū)動器必須能夠在32個單元負載和兩個120Ω終端上驅(qū)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(guī)，絕緣類型和厚度，以及每單位長度的捻數(shù)都會導(dǎo)致高速數(shù)據(jù)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(nèi)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(wǎng)絡(luò)

將布線的特征阻抗與終端網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)末端產(chǎn)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(shè)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(dǎo)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(shù)，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(shè)計師都想這樣做？因為添加終端網(wǎng)絡(luò)會增加整個系統(tǒng)的成本，并且這些終端網(wǎng)絡(luò)也會給驅(qū)動程序增加并行負載，從而導(dǎo)致更大的穩(wěn)態(tài)負載電流。在功耗敏感的應(yīng)用中，降低功耗至關(guān)重要（例如在電池供電的應(yīng)用中），節(jié)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(wǎng)絡(luò)

您不需要終端網(wǎng)絡(luò)的一種情況是網(wǎng)絡(luò)的雙向環(huán)路時間遠大于單個位時間（?<0.1×雙向環(huán)路延遲）。在這種情況下，每次反射到達網(wǎng)絡(luò)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(xù)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(fā)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(qū)動器的源阻抗為60Ω，信號反射將根據(jù)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(jīng)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?qū)е滦盘柾暾詥栴}。由于位的采樣點通常發(fā)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(fā)生這三個往返延遲。

需要終止的網(wǎng)絡(luò)

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

圖2 ：標準終端網(wǎng)絡(luò)

對于標準終端，您可以將終端電阻值與網(wǎng)絡(luò)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?shù)男盘柕恼_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(qū)動器處于活動狀態(tài)，電阻器都會在驅(qū)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(wǎng)絡(luò)

由于電流通常從RS-485驅(qū)動器的一側(cè)流過終端網(wǎng)絡(luò)，然后通過驅(qū)動器的另一側(cè)，通過放置一個串聯(lián)電容器，穩(wěn)態(tài)電流變?yōu)榱恪?/font>這種終端的兩個注意事項是每個終端網(wǎng)絡(luò)需要一個額外的組件，串聯(lián)電阻和電容會引入電阻 - 電容（RC）延遲。RC時間常數(shù)將減慢差分信號的上升沿和下降沿，并限制網(wǎng)絡(luò)的最大數(shù)據(jù)速率。