RS485終端電阻解釋

本文來源自： ZLG致遠電子

 反射原理可參考：https://blog.csdn.net/xing414736597/article/details/77258217

RS-485總線具備結構簡單、成本低等優勢，但各位工程師在組建RS-485總線網絡時，爲提高整個網絡通訊的可靠性，想必會常常會遇到一個問題：需不須要加終端電阻呢？本文將爲你解答。

 

 

1、終端電阻的做用

 

對於RS-485總線，終端電阻主要是爲了匹配通訊線的特性阻抗，防止信號反射，提升信號質量。

 

在組建RS-485總線網絡時，一般使用特性阻抗爲120Ω的屏蔽雙絞線，因爲RS-485收發器輸入阻抗通常較高（例如RSM485ECHT輸入阻抗爲96kΩ，最多可鏈接256個節點），在信號傳輸到總線末端時會因爲受到的瞬時阻抗發生突變（以RSM485ECHT爲例，阻抗由120Ω變爲96kΩ），致使信號發生反射，影響信號的質量。RSM485ECHT在1200m，500kbps通訊速率的狀況下不加終端電阻和加終端電阻的波形如圖1和圖2所示，終端電阻明顯改善了信號的質量。

 

 

圖1 RSM485ECHT 1200m 500kbps不加終端電阻

 

 

圖2 RSM485ECHT 1200m 500kbps 加終端電阻

 

2、終端電阻帶來的問題

 

終端電阻雖然能夠提升信號質量，但還具備如下幾個問題：

 

一、下降了驅動信號的幅值

 

RS-485總線上的負載越大，RS-485收發器輸出差分電壓幅值越低，RSM485ECHT在5m，500kbps的狀況下不加終端電阻和加終端電阻的波形如圖3和圖4所示，能夠看出驅動信號在增長終端電阻後下降了2V左右。

 

 

圖3 RSM485ECHT 5m 500kbps 不加終端

 

 

 

圖4 RSM485ECHT 5m 500kbps 加終端

 

二、增大了通訊線上的壓降

 

增長終端電阻使通訊線纜上的電流增大，產生了較大的壓差，下降了接收端的信號幅值。RSM485ECHT在1200m,115.2kbps首端和末端的信號波形如圖5和圖6所示（0.75mm2通訊線），末端信號與首端信號相比降低了0.7V左右。

 

  

圖5 RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加終端電阻 首端波形

 

 

圖6 RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加終端電阻 末端波形

 

三、增大了收發器的功耗

 

增長終端電阻對於接收狀態時的工做電流影響不大，但會大大增長驅動狀態時的工做電流。以RSM485ECHT爲例，RSM485ECHT處於接收狀態時工做電流爲20mA左右，在驅動狀態不加終端電阻時工做電流爲27mA左右，在驅動狀態加終端電阻時工做電流爲83mA左右，能夠看出終端電阻大大增長了RS-485收發器的功耗，對於有功耗要求的應用場合，應謹慎使用終端電阻。

 

四、下降總線空閒時的差分電壓

 

如圖7所示爲兩個RSM485ECHT通訊示意圖。

  

圖7 RSM485ECHT通訊等效示意圖

 

當兩個模塊都處於接收狀態時，能夠根據基爾霍夫電流定律對節點A和節點B列出下列公式：

 

其中：RPUD爲RSM485ECHT內置上下拉電阻，120kΩ；

R?IN爲RSM485ECHT輸入阻抗，96kΩ；

 

根據上述公式能夠計算AB之間的差分電壓爲：

 

因爲RSM485ECHT的門限電平爲-200mV～-40mV,因此在上述狀況下，模塊仍然輸出高電平，保證總線空閒時不會誤接收數據。但對於門限電平爲-200mV～+200mV的RS-485收發器，輸出電平爲不肯定狀態，此時有可能誤接收數據。

 

3、如何解決增長終端電阻後空閒狀態的問題？

 

對於空閒狀態的問題有兩個解決方法：

 

一、使用相似RSM485ECHT的模塊（門限電平爲-200mV～-40mV），當RS-485總線的差分電壓大於-40mV時RS-485收發器的輸出即爲高電平。

 

二、使用RSM485PCHT或RSM485PHT等帶有輸出隔離電源的模塊，能夠經過在外部增長較小的上下拉電阻將RS-485總線的空閒狀態時的電壓拉到+200mV以上（通常要留有100mV或200mV以上的裕量），保證空閒時RS-485總線差分電壓不處於門限電平範圍內，但上下拉電阻值不能過小，通常總線上拉（或下拉）並聯值要大於375Ω。

 

4、何時須要加終端電阻？

 

一、通訊速度低或者通訊距離近的狀況下建議不加終端電阻

 

通訊速度低或者通訊距離近的狀況下，信號反射對通訊信號的影響不大，並且不加終端電阻能夠大大下降功耗，而且經過加較大上下拉電阻值便可保證RS-485總線空閒時具備較高的差分電壓幅值，提升了通訊的可靠性。

 

二、通訊距離較長且通訊速度較快，對信號質量要求較高的狀況

 

此時能夠增長終端電阻，防止阻抗突變引發的信號反射問題，提升信號質量，但應確保在總線空閒時總線的差分電壓不處於門限電平範圍內。

 

三、對功耗有要求且通訊距離較長的狀況

 

通常在一個位的中間時間對信號進行採樣，因爲低通訊速度的狀況下，每個位的時間較長，因此在到達採樣點時反射信號已被消耗掉，對通訊已無影響。RSM485ECHT在1200m 9600bps不加終端電阻首端和末端的波形如圖8和圖9所示，能夠看出反射信號在到達每個位中間前就已經被消耗掉了。

 

因此對RS-485的收發器的功耗有較高要求且通訊距離較長的應用，應適當下降通訊的速度。

 

 

圖8 RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加終端 首端波形

 

 

 

圖9 RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加終端 末端波形