RS485偏置電阻和匹配電阻計算

1、關于 RS485偏置電阻和匹配電阻的說明匹配電阻：對于雙絞線組成的RS485網絡，匹配電阻有兩個，分別位于雙絞線的兩端。這兩個匹配電阻只為消除由于傳輸線即雙絞線特性阻抗不連續(xù)而帶來的反射信號。關于反射信號的知識如下：特征阻抗（也有人稱特性阻抗），它是在甚高頻、超高頻范圍內的概念，它不是直流電阻。屬于長線傳輸中的概念。在信號的傳輸過程中，在信號沿到達的地方，信號線和參考平面（電源平面或地平面）之間由于電場的建立，就會產生一個瞬間的電流，如果傳輸線是各向同性的，那么只要信號在傳輸，就會始終存在一個電流I,而如果信號的輸出電平為V,則在信號傳輸過程中（注意是傳輸過程中），傳輸線就會等效成一個電阻，大

2、小為V/I,我們把這個等效的電阻稱為傳輸線的特征阻抗（characteristicImpedance）Z。要格外注意的是，這個特征阻抗是對交流（AC）信號而言的，對直流（DC）信號，傳輸線的電阻并不是Z,而是遠小于這個值。信號在傳輸的過程中，如果傳輸路徑上的特征阻抗發(fā)生變化，信號就會在阻抗不連續(xù)的結點產生反射。傳輸線的基本特性是特性阻抗和信號的傳輸延遲，在這里，我們主要討論特性阻抗。傳輸線是一個分布參數系統(tǒng)，它的每一段都具有分布電容、電感和電阻。傳輸線的分布參數通常用單位長度的電感L和單位長度的電容C以及單位長度上的電阻、 電導來表示， 它們主要由傳輸線的幾何結構和絕緣介質的特性所決定的。分布

3、的電容、電感和電阻是傳輸線本身固有的參數，給定某一種傳輸線，這些參數的值也就確定了，這些參數反映著傳輸線的內在因素，它們的存在決定著傳輸線的一系列重要特性。一個傳輸線的微分線段可以用等效電路描述如下：傳輸線的等效電路是由無數個微分線段的等效電路串聯(lián)而成，如下圖所示:從傳輸線的等效電路可知，每一小段線的阻抗都是相等的。傳輸線的特性阻抗就是微分線段的特性阻抗。率我用就為：4=4五+)并取阻抗為：，(.中a:五傳輸線可等效為：Z0就是傳輸線的特性阻抗。(ZJJ利用ZS+(Z0*ZP)/(Z0+ZP尸Z0計算出Z0的過程實際上是解了一個一元二次方程：X=-B+SQR(B*B-4AC)一旦在雙絞線兩端接

4、入匹配電阻(匹配電阻的阻值等于雙絞線的特性阻抗，而雙絞線的特性阻抗是由生產廠商提供的)， 則由內向該端頭看去好像雙絞線并沒有中斷， 即該雙絞線呈現(xiàn)出無限長的假象，理論上講這就從根本上解決了特性阻抗不連續(xù)的問題，從而解決了反射信號的問題。由內向端頭看偏置電阻：與三極管的偏置電阻一樣，這里的偏置電阻是為了將空閑狀態(tài)的總線電平拉離0電平，更準確的說，偏置電阻是為了將總線的空閑電平拉高到可以在反射信號最強的情況下仍能保持高電平的狀態(tài)。添加偏置電阻的解釋如下：對于不包含故障保護的芯片，比如SN75176B等，當作為接收器時，如果RS485總線處于空閑狀態(tài)，則總線電平處在-200mv+200mv之間，這時

5、接收器的輸出狀態(tài)不定，如果接收器輸出0,則對于處理器而言，意味著一個字符幀的開始，從而導致網絡混亂，出現(xiàn)錯誤。當然，對于集成有故障保護的芯片而言，比如max3080max3090,如果總線處于空閑狀態(tài)時（即處于高電平限和低電平限之間時），則接收器的輸出為高電平，這就保證了網絡的穩(wěn)定。偏置電阻選擇標準：a）需要考慮具體電路的反射信號強度，反射信號跟具體的電路有關，沒有參數可尋。盡管我們加入了匹配電阻，但是反射依然不可避免的會存在，因此反射信號強度是應當考慮的，但是由于反射信號強度與具體網絡連接有關，因此通常我們可以采用大概數值，詳見下面解釋。b）滯回電壓，在混入反射信號后，經過偏置電阻的偏置作用

6、空閑狀態(tài)的總線差分電壓需要高于該滯回電壓，只有這樣才能讓接收器避免進入不定狀態(tài)。滯回電壓可以在datasheet中查到，比如SN75176B的滯回電壓是50mv。ROH?L:50mv200mvVA-BSN75176B接收器高電平的滯回曲線通過上面a,b兩點，我們可以看出，當接收器處于空閑狀態(tài)時，經過偏置后，即使摻雜最高的反射信號，對于接收器而言，總線電平依然要高于滯回電壓，這是我們選擇偏置電阻的基本要求和出發(fā)點。但是，a中也提到反射信號在不同的網絡中都有不同，網絡的變動也會導致反射信號的變化，因此，工程中我們對于a和b中提到的要求做以下處理：偏置電阻需要將空閑總線電平帶到將接收器置1的電平水平

7、。分析如下： 比如對于SN75176B,接收器的置1差分電壓是200mv,那就需要偏置電阻將空閑總線電平帶到200mv,雙絞線的一端匹配電阻又由于SN75176B的滯回電壓是50mv,因此這里我們假設了最強反射信號造成的電位降低為200-50=150mvo從這個分析我們能看出，我們用200mv的接收器置1電壓粗略包含了反射信號和滯回電壓，即a和b中的要求。當然，為了保險起見，可以將空閑總線電平偏置到略微高于接收器的置1差分電壓，比如對于SN75176B而言，略微高于200mv,例如偏置到300mv左右。另外，對于偏置電阻，分為上拉和下拉電阻，我推薦使用相同的上拉和下拉電阻，理由如下：對于無論A

8、或者B輸出線而言，電平都是0V-6V（SN75176B），因此無論上拉或者下拉電阻，如果過小，都會導致相應輸出線的電流過大，比如：對于SN75176B,當A輸出低時（此時B肯定輸出高，因為兩個反向，這些知識可以查看datasheet）,如果A端的上拉電阻太小，就會有大量拉電流流入芯片。對于B輸出高，如果B的下拉電阻過小，就會有大量灌電流通過該電阻流入地，也會導致B輸出線電流太大。又由于偏置電阻的和，即A的上拉電阻和B的下拉電阻的和，為固定數值，因此，權衡兩條輸出線，只能平均配置兩個偏置電阻。最后，偏置電阻可以分散到每個收發(fā)器，也可以只加在總線的某一處。如果分散到每個收發(fā)器，則需要按照并聯(lián)的方法

9、使總的上拉和下拉電阻與總線需要的上拉下拉電阻相等。通過以上分析，我們大概了解了偏置電阻和匹配電阻的作用和選用原則，下面將以一個例子計算偏置電阻的阻值：對于有32節(jié)點，兩端有120歐匹配電阻由RS485網絡（比如SN75176B組建的網絡,上圖），其偏置電阻的計算方法和步驟如下:1）計算節(jié)點總負載每個節(jié)點的負載阻抗為12K歐（ZJJ:這是個經典數值），32個節(jié)點的并行阻抗為：375歐（ZJJ:12000歐/32=375歐）。2）計算總線負載上述并行阻抗再并入兩端的終端匹配電阻（120歐），兩個120歐并聯(lián)為60歐，則總線負載為：52歐（ZJJ:（60*375）/（60+375）=51.72歐）。3）計算最小偏置電流為了滿足最小置1電壓200mV,所需的最小偏置電流為：200/52=3.9mA（ZJJ:電壓/電阻=電流）4）計算偏置電阻總和在5V的電壓下，提供最小偏置電流所需的最大串聯(lián)電阻為：5/3.9=1293歐（ZJJ:電壓/電流=電阻）減去已經加在線上的52歐（ZJJ:網絡等效阻抗）,就是上拉和下拉阻抗的和：1293-52=1241歐5）計算上拉和下拉電阻其中：最大上拉電阻=最大下拉電阻=1241/2=720歐，即上圖中的R1和R2均為720歐（ZJJ:這是個經典數值）。如果采用單一偏置，則在總線的某一處添加上拉和下