RS485总线几个关键参数的理论研究

＿臣擘蕈季　飘掣　兰簟．　ｊ“＝　ｉ　ｊ　ＲＳ４８５总线几个关键参数的理论研究　赵　亮　（大连理工大学建设工程学部，大连１１６０２４）　摘要：最大负载、终端电阻、偏置电阻是感知层ＲＳ４８５总线的３个关键参数，本文通过建立ＲＳ４８５总线的等效电路模型，　采用电流流向法对偏置电阻的理论值进行求解，进而分析了其对总线最大负载和终端电阻的影响，为ＲＳ４８５总线的应　用提供了理论基础，具有很高的实用价值。　关键词：现场总线；ＲＳ４８５；偏置电阻；终端电阻　中图分类号：ＴＰ２７４　文献标识码：Ａ　Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｋｅｙ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ＲＳ４８５　Ｆｉｅｌｄ　Ｂｕｓ　Ｚｈａｏ　Ｌｉａｎｇ　（Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０２４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｘｉｍｕｍ　ｌｏａｄ，ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｒｅｓｉｓｔｏｒ　ａｎｄ　ｂｉａｓ　ｒｅｓｉｓｔｏｒ　ａｒｅ　ｔｈｒｅｅ　ｍａｉｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ＲＳ４８５　ｆｉｅｌｄ　ｂｕｓ，ｗｈｉｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｄｏｐｔｓ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｆｌｏｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔＯ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｂｉａｓ　ｒｅｓｉｓｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｍｏｄｅ１　ｏｆ　ＲＳ４８５　ｆｉｅｌｄ　ｂｕｓ，ａｎｄ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｒｅｓｉｓｔｏｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ—　ｆｅｒｓ　ａ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＲＳ４８５　ｆｉｌｅｄ　ｂｕｓ　ａｎｄ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｕｓｅｆｕｌ　ｉｎ　ｍａｎｙ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｉｅｌｄ　ｂｕｓ；Ｒ￥４８５；ｂｉａｓ　ｒｅｓｉｓｔｏｒ；ｔｅｒｍｉｎａ１　ｒｅｓｉｓｔｏｒ　Ｉ　≤１　ｍＡ（Ｖ一１２　Ｖ）　］　引　言　ＲＳ４８５总线采用差分平衡数据传输方式，具有较强抗　Ｉｉｎ≥Ｏ（５　Ｖ≤Ｖ≤１２　Ｖ　ｌ　Ｉ。　≥一０．８　ｍＡ（Ｖ一一７　Ｖ）Ｉ　Ｉ。　≤０（一７　Ｖ≤Ｖ≤一３　Ｖ）Ｊ　（１）　干扰性能，以其布线简单、工作稳定可靠、成本低的优势在　照明系统、环境监测、电力监控、能耗监测等多个领域取得　了广泛的应用　剞。最大负载、终端电阻及偏置电阻是　ＲＳ４８５总线的几个关键参数，直接关系到系统的稳定性，　图１中两条斜线段包含的区域定义了输入电阻的取　值范围，利用式（２）计算输入电阻最小值为１Ｏ．５６　ｋＱ，实　际应用过程中，一般采用１２　ｋＱ电阻作为单位负载的输入　电阻，标准指出，在此种情况下ＲＳ４８５总线的最大负载为　３２个。　Ｒｉ　一　一１０．５６　ｋｆｌ　（２）　但目前很少有文献对其进行深入的理论分析，针对ＲＳ４８５　总线的理论研究主要集中在总线的通信协议　。。。以及故障　检测　“　两个方面，本文通过电流流向法对这三个关键参　数进行了求解，并分析了相互之间的影响。　Ｉ／ｍＡ　１ｍＡ　１　最大负载　接口标准中通过引入单位负载的定义对最大负载作　出描述，如图１所示，通过４个点（　７　Ｖ、一３　Ｖ、５　Ｖ、１２　Ｖ）对单位负载进行约束。接口电压工作在１２　Ｖ时，输入　电流必须小于１　ｍＡ；接Ｅｌ电压工作在５～１２　Ｖ区间时，　输入电流必须为正方向；接口电压工作在一７　Ｖ时，输入　电流必须小于一０．８　ｍＡ；接口电压工作在在一７～一３　Ｖ　图１　ＲＳ４８５总线单位负载　／１．１　Ｉ．　　陟　０／　　６　８　１０　ｒ２　１４　ｆ　ｌ　区间时，输入电流必须为负方向，如式（１）所示。　随着芯片工艺的不断发展，目前已经可以制造出１／２　１　４　Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ＆Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　２０　１４年第６期　ｗＷＷ．ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｒｎ．ｃｎ　匿垂　圉『ｏＰ『　Ｄ『ｓ　ｓ　Ｖｓ　式（９）减去式（１０）得：　ＶＡＢ—ＶＡ—ＶＢ　［　Ｖ一　ＭｓｚＶ　（　＋　Ｉ）］…　对式（１Ｉ）进一步化简可得到：　。　了　１　）　图５含有偏置电阻的ＲＳ４８５网络　采用单５　Ｖ（±５　）电源供电，最差情况供电电压Ｖ　（ｒａｉｎ）一４．７５　Ｖ，总线门限电压Ｖ。　一２００　ｍＶ，总线上的差　（５）　、　式中“ｌｌ”表示电阻并联。或者通过下式表示：　Ｒ１Ｂ十　１一　。ＲＩ　ＲｃＭ　≤　３７５　分噪声干扰电压Ｖ　一般小于５０　ｍＶ，则　ＶＡＢ—ＶＩＴ＋ＶＮ一２００　ｍＶ＋５０　ｍＶ一２５０　ｍＶ（１３）　Ｑ　Ｒ　为总线的偏置电阻，Ｒ　与Ｒ　为总线的终端电阻，　未加入偏置电阻之前，Ｒ　与Ｒ　的阻值相等Ｉ力Ⅱ人偏置电　阻之后为了保证电路对称性，Ｒ　与２个偏置电阻　并联　后阻值应等于Ｒ　：　Ｒ　。ＩＩ　２Ｒ　一Ｒ　一Ｚ。　１２０　Ｑ　以Ａ、Ｂ两点，分别建立电流　流向图，如图７所示。左侧为Ａ　Ｖｓ　由式（６）可得：　ＲＴｚ　一　１２Ｏ一壶‘２　　…）　）　将式（５）、式（１４）代人式（１２），得：　（６）０２５　．４Ｒ．７５×　１　一　ｅｉ　ＲＢ一５５６　Ｑ　（Ｉ６）　进一步对式（１５）化简求解得：　点对应的电流流向图，实线部分　表示Ａ点的流入电流，虚线部分　ｌ　ＲＴ。　由于没有标称为５５６　Ｑ的电阻值，取最相近的５４９　Ｑ　作为偏置电阻的阻值，进而利用式（１４）对终端电阻Ｒ　进　行求解，如下式所示，取相近阻值１３３　Ｑ。　１　表示从Ａ点流出电流；右侧为Ｂ　点电流流向图，实线部分表示Ｂ　点的流入电流，虚线部分表示从Ｂ　点流出电流。分别建立Ａ、Ｂ两点　的电流方程。　Ｉ　口】　　【　１　ｌ　一］图６偏置电阻ＲＳ４８５　网络等效电路　　１　１　丽１　一　丽　Ａ点电流方程：　Ｖｓ—ＶＡ—利用式（５）对等效输入电阻进行求解，如下式所示。　Ｒｌｎ一　ＶＡ—ＶＢ　Ｉ　ＶＡ—ＶＢ　ｌ　ＶＡ　ＲＴ２　　’ＲＴｌ　。ＲＩ　（７）　ＲＢ　１　１　１　＿１———一一１１　。　１８　ｋＱ　．（１８）　、　Ｂ点电流方程：　ＶＡ　Ｖ。Ｊ　ＶＡ—ＶＢＲ　Ｖ　　ＶＢ　ｌＲＢ　３７５　Ｑ　５４９　Ｑ　加入偏置电阻之后虽然保证了ＲＳ４８５总线的稳定　—１　Ｖｓ　十—１　Ｖｓ　十　（８）　性，但同时也降低了总线的最大节点数量，未加入偏置电　阻之前，总线的等效输入电阻等于共模输入电阻，Ｒ　一　Ｒ　一３７５　Ｑ，加入偏置电阻之后，总线的等效输入电阻Ｒ　一１．１８　ｋＤ，，总线的最大负载变为１Ｏ个，如下式所示，对应　的不同单位负载的总线最大节点数目变化如表２所列。　Ｎｍａｘ＝３２Ｘ　一－１ｏ　（１９）　蕾　＿●　一　图７偏置电阻网路电流流向图　表２　ＲＳ４８５偏置电阻网络最大节点数　单位负载　１　最大节点（标准）　３２　最大节点（偏置）　１Ｏ　１／２　６４　２Ｏ　分别利用式（７）和式（８）进行Ａ、Ｂ两点的电压求解得：　１／４　１２８　４Ｏ　ＶＡ＝Ｒｌｎ［　一　Ｖ　（　＋　１）］　通过式（５）可知此处求得的偏置电阻取值为最小值，　Ｖｅ＿Ｒ　Ｉ［（Ｖ　）（　＋　１一　ＲＢ）］　（１０）　为保证ＲＳ４８５总线正常通信，要求输出高电平时差分输　１　６　Ｍｉｃｒｏｃｏｎ　ｔｒｏｌｌｅｒｓ＆Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　２０　１４年第６期　ｗｗｗ．ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ　１／８　２５６　８Ｏ