RS-485 基础：故障安全偏置网络的两种方法

在本文中，我将探讨两种处理空闲总线条件的常用方法，以便在总线上有保证的逻辑状态。因为 RS-485 是一个多点拓扑网络并且无法处理争用，所以有时总线上的所有 RS-485 收发器都呈现高阻抗并且没有逻辑状态被主动驱动。

最常见的是，这将发生在一个节点完成传输消息和下一个节点开始传输消息之间。在这段时间内，由于安装了终端电阻，总线将具有 0V 差分信号。根据电子工业联盟 (EIA)-485 标准，对于 ≥+200mV 的差分电压，RS-485 接收器的输入阈值在逻辑上较高，对于 ≤-200mV 的差分电压，在逻辑上较低。这意味着差分输入电压存在 400mV 的不确定状态。

处理这种不确定状态的两种最常见的方法是选择具有内置故障安全输入阈值的接收器，或者使用额外的外部电阻器在空闲总线上产生外部偏置。这两种方法都确保总线上的逻辑高状态，对应于正差分电压。

RS-485总线端接在许多应用中均很有用，因为此方式有助于提高信号完整性并减少通信问题。“端接”是指将电缆的特征阻抗与端接网络匹配，使总线末端的接收器能够观察到最大信号功率。未端接或端接不当的总线将无法很好的匹配，从而在网络末端产生反射，导致整体信号完整性降低。

在网络的双向环路时间远大于信号位时间时，无需终止，因为每次反射到达网络末端时，它们都会损失能量。但是，对于位时间基本上不长于电缆环路时间的应用，为使反射最小化，端接至关重要。快速解释是，衰减网络内部产生的内部偏置电流会在接收器比较器的输入端产生电压差。这种解决方案的好处是它对网络上所有收发器的负载没有影响。需要注意的是，网络上的每个节点都需要内置此功能。对于现有安装，或使用可能难以更新的先前设计的模块的安装，这可能不是一个现实的选择。

处理空闲总线条件的第二种方法是使用两个外部电阻器：一个从 A 端子到 VCC，另一个从 B 端子到地。

正如您在 R FS1中看到的那样，两个并联的终端电阻 (R T ) 和 (R FS2 ) 创建了一个简单的分压器电路。您只需将这些电阻器安装在整个网络的一个节点上，通常是在主节点上。另外，将R FS1和R FS2设置为彼此相等，以使共模在V CC和地之间平衡。

公式 1 是计算这些故障安全电阻值的最简单方法。取导致已知状态的最小输入电压 (+200mV)、并联的等效终端电阻 (60Ω) 和将填充故障安全电阻的节点的最小 V CC(让我们使用 4.5V)并求解简单的分压器方程：

代入 V FS = 200mV，R eq = 60Ω 并设置 R FS1 + R FS2 = 2*R FS(因为我们将它们设置为彼此相等)，你得到：

如您所见，此解决方案的好处是只需要两个电阻即可完成，并且适用于网络上的所有节点。需要注意的是，两个 645Ω 电阻器会产生共模负载。如果您回顾一下本系列上一篇关于单元负载的文章，每个 RS-485 驱动器都需要处理 375Ω 共模负载(并联 32 个单元负载)。

问题在于，仅故障保护电阻器就存在 645Ω 的共模负载。现在重要的是计算在出现 375Ω 的共模负载之前可能并联出现的额外共模负载：

由于每个单元负载可以近似为 12kΩ 共模负载，因此您只需计算在呈现小于 896Ω 的共模负载之前可以拥有的最大并联单元负载数：

这意味着故障安全电阻器放置的共模负载相当于 18.6 (32-13.4) 个单位负载，从而大大减少了网络上允许的节点总数。正如您所看到的，两种处理空闲总线条件的方法各有利弊，因此由您决定哪种方法最适合您的应用程序。