RS485偏置電阻和終端電阻有什么作用、怎么選取？

導讀

在工業(yè)通信領域，RS485總線的穩(wěn)定運行至關重要。本文聚焦其關鍵的電阻設計問題，以RSM485PHT為例，深入剖析偏置與終端電阻的作用及影響，同時提供實用的調(diào)整策略和應用指導。

RS485總線的偏置電阻主要是給A、B確定的邏輯狀態(tài)。

RS485總線的終端電阻主要是用于信號線的阻抗匹配、提供通信線纜寄生電容能量的泄放路徑、提高信號質(zhì)量。

此次以自收發(fā)產(chǎn)品RSM485PHT為例進行說明，該產(chǎn)品內(nèi)置完整的DC-DC和信號隔離電路，具有較強的抗擾性和高可靠性，具備自動收發(fā)功能。該產(chǎn)品的A、B線內(nèi)置47kΩ的上、下拉電阻，收發(fā)器輸入阻抗最小值為48kΩ。

本次測試的硬件框圖如圖1所示，在通信速率為500kbps、總線上掛6個通信節(jié)點、雙絞線總長度約為3米。

圖1 RSM485PHT組網(wǎng)通信框圖

抓取總線波形如圖2所示，邏輯1的差分電壓約為1.60V。

圖2 3m雙絞線、500kbps時VAB波形圖3為本次RSM485PHT測試的電阻分壓等效圖。

圖3 RSM485PHT電阻分壓等效圖當總線上有6個節(jié)點進行通信時，相當于6個R上、6個R下、6個R內(nèi)并聯(lián)，此時VAB高電平電壓計算值為：

取VCC=5.1V，得到VAB=1.72V，考慮到線阻的分壓，此計算值1.72V與實測波形幅值1.60V基本吻合。因為總線端邏輯1電平幅值僅有1.6V左右，該幅值的抗擾能力相對較弱且影響了通信距離的進一步拉長，現(xiàn)考慮通過外加偏置電阻將總線幅值抬高至3.5V左右。通過上面VAB計算公式，可計算出R上等效= R下等效≈ 2.75kΩ，外加上下拉電阻值約為4.1kΩ。如圖4所示為外接3.5kΩ上下拉電阻時總線的通信波形圖（外加偏置電阻增加功耗約為5.1V/3.5k ≈ 1.4mA，在可接受的范圍內(nèi)），因為實焊偏置電阻值3.5kΩ小于4.1kΩ，實際總線邏輯1幅值為3.92V高于預設值3.5V。

圖4 外加3.5kΩ偏置電阻時差分波形圖在上述接入3.5kΩ上下拉電阻的環(huán)境下再接入120Ω的終端電阻，此時電阻分壓等效圖3中的R內(nèi)等效≈ 60Ω，將各數(shù)值代入VAB公式，計算得出電壓約為60mV，測試波形如圖5所示。此時高電平處于門限-200mV ~+200mV門限內(nèi)，收發(fā)器無法識別邏輯1，造成通信錯誤。

圖5 接入120Ω終端時差分波形圖在使用我司自動收發(fā)模塊RSM485PHT或RSM485M時，如果總線邏輯1電平較低可通過外接偏置電阻來調(diào)節(jié)總線電平，偏置電阻值過小將增加額外的功耗，電阻值太大調(diào)節(jié)效果將不明顯。偏置電阻值可以根據(jù)實際節(jié)點數(shù)量算出等效電阻值，再代入阻抗分壓公式：

其中VCC可取5.1V，VAB一般取2.5V ~ 4.0V。具備自動收發(fā)功能的模塊RSM485PHT或RSM485M的總線邏輯1電平是通過AB線的偏置電阻來驅(qū)動，其能力弱于推挽驅(qū)動，因此一般情況下我們不建議用戶加終端電阻。如果通信速率高、通信距離長，總線信號質(zhì)量很差，需要加終端電阻來減弱反射信號或提供泄放寄生電容能量的路徑，可以選擇稍大阻值的電阻，并且可以考慮通過在AB線上加小阻值的偏置電阻兩者配合來調(diào)節(jié)總線的電平?？偟膩碚f在使用自動收發(fā)RS485進行通信時一定要確保 A/B 線差分電壓不會處于-200mV ~+200mV 范圍內(nèi)；若邏輯1或邏輯0的差分電平幅值較低，可以通過外加小的偏置電阻來進行調(diào)整；一般情況下不建議用戶接終端電阻，如果要接盡量選擇較大的阻值同時與外接偏置電阻搭配使用。

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