高速RS-485設(shè)計(jì)之信號(hào)衰減和關(guān)鍵收發(fā)器的可靠高速傳輸

高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)繼續(xù)推動(dòng)在更長(zhǎng)的傳輸距離上以及在不斷變化的條件下，包括電噪聲環(huán)境，大的地電位差和較高的工作溫度下，要求更高的數(shù)據(jù)速率。將可靠的高速傳輸推向臨界點(diǎn)的主要應(yīng)用包括：

• 地震網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
• 電信基站中的GPS數(shù)據(jù)傳輸鏈路
• 交通監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻傳輸
• 工廠自動(dòng)化中的PLC通信
• 電機(jī)編碼器

本文為高速RS-485設(shè)計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了標(biāo)準(zhǔn)和高速RS-485網(wǎng)絡(luò)的概述。我們首先檢查總線上的信號(hào)衰減和關(guān)鍵收發(fā)器對(duì)可靠高速傳輸?shù)囊?，然后總結(jié)系統(tǒng)和總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)技巧以及一組通用的高速設(shè)計(jì)指南。

RS-485標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)

EIA / TIA-485通常稱為RS-485標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了用于平衡（對(duì)稱）數(shù)字多點(diǎn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器和接收器的電氣特性（見圖1）。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通常覆蓋很長(zhǎng)的距離，并使用單根雙絞線電纜來降低布線成本。這些網(wǎng)絡(luò)以半雙工模式運(yùn)行，這意味著總線節(jié)點(diǎn)通過同一根電纜發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。半雙工網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)局限性在于，主節(jié)點(diǎn)只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，而不能同時(shí)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。全雙工配置中的主機(jī)可以同時(shí)通過發(fā)送總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到節(jié)點(diǎn)，并通過接收總線從節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)。

圖1多點(diǎn)系統(tǒng)允許在同一總線上直接連接多個(gè)收發(fā)器

時(shí)間緊迫的網(wǎng)絡(luò)使用全雙工配置，其中主節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)在不同的電纜上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于減少了等待時(shí)間，該方法提高了數(shù)據(jù)吞吐量，但也使電纜連接需求增加了一倍。多點(diǎn)系統(tǒng)通常以低于2Mbps的數(shù)據(jù)速率使用。

RS-485高速網(wǎng)絡(luò)

高速和超高速數(shù)據(jù)鏈路通常使用更簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)配置（請(qǐng)參見圖2）。

當(dāng)需要高數(shù)據(jù)吞吐量時(shí)，將應(yīng)用單點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接。

并行數(shù)據(jù)鏈路通常在已建立的小型計(jì)算機(jī)串行接口（SCSI）應(yīng)用程序中找到，該應(yīng)用程序具有多個(gè)高速通道，同步數(shù)據(jù)系統(tǒng)傳輸時(shí)鐘和數(shù)據(jù)以及解串器到串行器接口。

多點(diǎn)鏈接用于惡劣環(huán)境下的舊式RS-422應(yīng)用程序和時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)。

在要求低延遲和高數(shù)據(jù)吞吐量的應(yīng)用中需要全雙工點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接。

半雙工點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路降低了布線成本，同時(shí)確保了對(duì)應(yīng)用程序的高數(shù)據(jù)速率而沒有嚴(yán)格的延遲要求。

圖2高速應(yīng)用程序的通用數(shù)據(jù)鏈路配置

抖動(dòng)引起的信號(hào)衰減

高速RS-485數(shù)據(jù)鏈路的電纜長(zhǎng)度受到限制，這是因?yàn)樾盘?hào)會(huì)以抖動(dòng)的形式降級(jí)。驅(qū)動(dòng)器和接收器脈沖偏斜以及與模式相關(guān)的電纜偏斜都是導(dǎo)致信號(hào)抖動(dòng)的原因。

圖3由于驅(qū)動(dòng)器和接收器偏斜導(dǎo)致的總脈沖失真

驅(qū)動(dòng)器和接收器脈沖偏斜是驅(qū)動(dòng)器和接收器的上升沿和下降沿的傳播延遲之差（tSKEW = | tPLH – tPHL |）。圖3顯示，這種偏斜決定了驅(qū)動(dòng)器的單端輸入和差分輸出之間以及接收器的差分輸入和單端輸出之間發(fā)生的脈沖失真?？偯}沖失真是信號(hào)路徑中通過Tx和Rx的偏斜之和。圖3中的值顯示所有Intersil 40Mbps收發(fā)器的總最大脈沖失真為±12％。

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