例如:
1) RS-485 收发器必须能够驱动多少总线电流?
2) 并且,是否可以驱动超过 32 个单位的负载?
为了回答个问题,我们看一下图 1 中所示的典型 RS-485 数据链路。
图 1. 典型的 RS-485 数据链路。
请注意,除了通过终端电阻器驱动差分电流之外,驱动器还必须通过总线上存在的多个接收器输入阻抗和故障安全网络驱动电流。由于这些阻抗呈现差分信号线和地之间的电流路径,因此它们同等地影响 A 和 B 信号线中的电流。因此,它们被指定为共模阻抗 R CM。
为了定义共模负载,RS-485引入了单位负载的理论概念,定义了12 k Ω的共模负载电阻 。因此,一个单位负载 (1UL) 收发器代表每个总线端子相对于地的 等效输入电阻 R INEQ = 12 k Ω 。
RS-485 规定收发器必须能够驱动高达 32 个单位负载的总共模负载,同时在R D = 60 Ω 的差分电阻上提供 V OD = 1.5 V 的差分输出电压。此外,该标准要求在 V CM = – 7 V 至 +12 V 的共模电压范围内保持这种驱动能力,以允许驱动器和接收器接地之间存在较大的接地电位差,这在长距离数据链路中经常遇到。
虽然 60 Ω差分电阻代表两个并联的 120 Ω终端电阻器的电阻值 ,但 32 个单位负载产生的总共模负载电阻为 R CM = 12 k Ω / 32 = 375 Ω 。 RS-485中也规定了测试收发器在共模负载下的驱动能力的相应测试电路,如图2所示。
图 2. 共模负载的驱动器测试电路。
假设同相驱动器输出 A 提供更正的总线电压,其电流由下式给出:
而反相输出 B 的电流由下式确定:
由于在数据传输过程中,A 和 B 输出不断改变极性,因此用通用术语来表达输出电流方程。因此,更正的输出(或高输出)必须提供以下电流:
而不太正的输出(或低输出)必须吸收以下电流:
图 3 显示了 5 V 收发器在指定共模电压范围内驱动共模负载 R CM = 375 Ω 或 32 UL 的输出电流要求。 用于生成该图的参数假设为:
V OS = 2.5 V,V OD = 1.5 V,R D = 60 Ω,R CM = 375 Ω。
图 3. 5 V 收发器的总线电流要求。
该图显示,符合标准的 5V 收发器必须能够提供和吸收高达 53 mA 的输出电流。实际上,市场上大多数 RS-485 收发器都具有 60 mA 或更高的灌电流和拉电流能力。
此时,有关 32 个单位负载的共模负载的一些重要说明可能适合消除常见的误解。
RS-485 中指定的 32 个单位负载的共模负载考虑了差分信号对和信号接地之间存在的任何共模负载,而不仅仅是接收器输入。例如,外部故障保护电阻网络已单独使用总共 22 个 UL,因此仅留下 10 个 UL 可用于接收器输入。可以通过使用 10 x 1 UL 收发器或多使用 80 x 1/8 UL 收发器来利用剩余的 10 个 UL。
对于从 –7V 到 +12V 的整个 VCM 范围,指定了 32 个 UL 的负载。如图 3 所示,缩小 VCM 范围会降低输出电流,并为驱动器留下一些电流储备。然后可以利用这些储备来驱动更多的单位负载。在驱动器和接收器接地之间具有较小接地电位差 (GPD) 的数据链路中,可以应用这一原理,这回答了我们在开始时提出的第二个问题。
图 4 显示了单位负载数量与 GPD 幅度的函数关系。请注意,GPD 不是直流电压,而是以系统电源频率的三次谐波交变的交流电压。
图 4. 单位负载数量与 GPD 幅度的函数关系。
概括
本文介绍了 RS-495 兼容收发器的总线电流要求约为 60 mA,并表明当在较低共模电压下工作时,可以增加 32 个 UL 的指定共模负载。