本文将分析由于RS422/485电路偏置电阻取值错误而导致的通信异常,然后通过增大端接电阻来解决问题,这不是正确的电路设计...
正确的RS422/485电路应该先固定端接电阻等于传输线阻抗(通常为120Ω),然后通过公式计算偏置电阻取值...
1. 典型应用电路
图1 MAX3490典型应用电路
R1和R2为上拉电阻,防止误触发,产生误动作;是因为“UART以一个前导“0”触发一次接收动作”。
R3-6是故障安全偏置电阻,取值大小与所用电源大小呈正比。
R7是差分信号接收端端接电阻,取值等于传输线的特征阻抗。因RS422常用接口是RJ45,常用传输线是网线,其阻抗约为120 Ω,故而此处端接电阻取值为120 Ω。
2. 故障安全偏置电阻的计算
图2 故障安全偏置电阻的计算
假设端接电阻RT = 120Ω,偏置电阻R1和R2的阻值计算如下:
R5 = R6 = R
VIA-VIB= ( VCC / ( R5 + R6 + RT) )*RT ≥ 200 mV (公式 1)
由以上得出 R ≤ ( ( VCC – 0.2 V) / 0.4 ) * RT (公式2)
可见偏置电阻大小与电源VCC呈正比。
当VCC = 5V时,电阻R ≤ 1440 Ω,即偏置电阻最大值是1440 Ω;
当VCC = 3.3V时,电阻R ≤ 930 Ω,即偏置电阻最大值是930 Ω。
所以,当电源使用3.3V时,故障安全偏置电阻的理论最大值是930 Ω;
当R5=R6=825 Ω时,VIA – VIB = (3.3 / (825*2 + 120)) *120 = 224mV > 200mV,不会落在NOISE MARGIN范围内。
3. 偏置电阻与端接电阻取值波形对比
图3 上下偏置电阻10kΩ,端接电阻1kΩ
图4 上下偏置电阻825Ω,端接电阻120Ω
图5 上下偏置电阻10kΩ,端接电阻1kΩ
图6 上下偏置电阻825Ω,端接电阻120Ω
图7 上下偏置电阻10kΩ,端接电阻1kΩ
图8 上下偏置电阻825Ω,端接电阻120Ω
① 图3,5,7是上下 R5 = R6 = 10kΩ 偏置电阻和 R7 = 1kΩ 端接电阻的波形(此组合不规范,是因为将该处更偏向于模拟电路中的偏置电阻的概念,错误当成了数字电路中的上下拉电阻,且认为4.7k和10k几乎没区别;偏置电阻取值10kΩ、端接电阻取值120Ω,将导致VIA – VIB 小于200 mV,落在Noise Margin范围内,通信异常;后期调试时,不得不增大端接电阻R7,方可通信正常)。
② 图4,6,8是上下 R5 = R6 = 825 Ω 偏置电阻和 R7 = 120 Ω 端接电阻的波形。
③ 图3与图4比较,图5与图6比较,图7与图8比较,结果可见:端接电阻 120 Ω 波形比端接电阻 1k Ω 波形上冲下冲更小,因为其端接电阻的阻值更接近传输线的阻抗。
④ 无论是RS422/485差分信号的端接电阻取值 120 Ω,接近传输线的特征阻抗;还是普通差分信号线的阻抗控制为 100 Ω时,其端接电阻取值 100 Ω;都符合高速电路设计中“避免阻抗突变”的原则,因为信号遇到阻抗变化时会有反射,阻抗变化越大,反射量越大,通常用反射系数大小来评价,即S11参数。另外,信号反射越大,高频分量越多,对外辐射也越大。
⑤ 保持传输线上阻抗均匀,类似于车辆在平坦的路面行驶时,颠簸很小;路面坑坑洼洼,起伏越大,车辆颠簸越厉害。