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信号链基础知识#52 ：总线电流要求与收发器驱动能力

发布人：信号链杂谈时间：2011-09-09 来源：工程师

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作者：Thomas Kugelstadt，德州仪器 (TI) 高级应用工程师

越来越多的人在问关于EIA/TIA-485（俗称RS-485 数据传输标准）基本概念的一些问题，这一事实表明未来数年RS-485 仍会在各种工业接口中起到举足轻重的作用。

本文中，我们将为您解答许多常见和最新的问题，例如：

1）RS-485 收发器可以驱动多大的总线电流？

2）可以驱动32 以上单位负载吗？

要回答第一个问题，我们需要研究图1 所示典型RS-485 数据链路。我们看到，除驱动通过端接电阻器的差分电流以外，驱动器还必须驱动通过许多接收机输入阻抗的电流，以及通过位于总线上的故障保护网络的电流。这些阻抗在差分信号线路和接地之间形成电流通路，同时影响了A 和B 信号线的电流，且影响程度相同。因此，可以将它们表示为共模阻抗R_CM。

图1典型RS-485 数据链路

为了对最大共模负载进行定义，RS-485 使用了一个单位负载的理论概念，其定义了一个12kΩ共模负载电阻。这样一来，一个单位负载 (1UL) 收发器便代表在每个接地相关总线端有一个R_INEQ = 12 kΩ的等效输入电阻。

RS-485 规定一个收发器必须能够驱动高达32 单位负载的总共模负载，同时能够给R_D = 60Ω差分电阻提供V_OD = 1.5 V 的差分输出电压。另外，该标准还要求在V_CM = –7 V 到+12 V 共模电压范围保持这种驱动能力，以便允许驱动器和接收机接地之间的大接地电位差，其一般会出现在远距离数据链路中。

60 Ω差分电阻代表两个并联120 Ω端接电阻器的电阻值，而32 单位负载得到的总共模负载电阻为R_CM = 12 kΩ / 32 = 375 Ω。共模负载条件下收发器驱动能力测试的相应测试电路也指定为RS-485 标准，其如图2 所示。

图2共模负载的驱动器测试电路

假设非反相驱动器输出A 具有更高的正总线电压，则其电流计算方法为：

，其中，而,

而反相输出B 的电流计算方法如下：

，其中，而.

由于数据传输期间A 和B 输出不断改变极性，因此最好是使用一些通用术语来表示输出电流方程式。所以，更多正输出（或者高输出）必须拉出电流：

而更少正输出（或者低输出）必须注入电流：

图3 显示了在规定共模电压范围，驱动R_CM = 375 Ω最大共模负载 (32 UL) 的一个5V 收发器的最小输出电流要求。用于绘制该图的参数假设为V_OS = 2.5 V、V_OD = 1.5 V、R_D = 60 Ω和R_CM = 375 Ω。

图35V 收发器的总线电流要求

该图表明，一个符合标准的5V 收发器必须能够拉出和注入高达53 mA 的输出电流。实际上，市场上销售的大多数RS-485 收发器，都具有60 mA 及以上的最小注入和拉出能力。

就此而言，需要对32 单位负载的最大共模负载进行一些重要的澄清，以消除许多普遍存在的误解。

· RS-485 中规定的32 单位负载的最大共模负载，指的是存在于差分信号对和信号地线之间的任何共模负载，不仅仅只是接收机输入。例如，一个外部故障保护电阻器网络已经使用了22 UL 的总负载，从而使得仅有10 UL 可用于接收机输入。剩余的10 UL，可以通过使用10 x 1 UL 收发器或者至多80 x 1/8 UL 收发器，来让其得到利用。

· 32 UL 最大负载的规定，针对–7 V 到+12V 的整个V_CM范围。如图3 所示，让VCM 范围变窄会降低输出电流，并让驱动器储存一些电流。之后，可以利用这些储存电流来驱动更多的单位负载。驱动器和接收机接地之间地电位差 (GPD) 较小的数据链路中，可以应用这一原则，其解答了我们在一开始提出的第二个问题。

图4 显示了单位负载数，其为GPD 振幅的函数。请注意，GPD 并非为DC 电压，而是AC 电压，其在系统电源电源频率的第三谐波变换。