1.2 RS-485 通信的距离和速度如何

欢迎观看高精度实验室视频。 在本系列中，我们将在距离 和通信速度方面对 RS-485 进行讨论。 当使用长距离传输电缆时，设计人员 通常会寻找具有更高驱动强度的 发送器。 不过，这可能很难找到， 因为许多 RS-485收发器仅规定 54 欧姆负载上的驱动强度为 1.5 伏。 这是因为制造商将其发送器 设计为处于RS-485 规格之内， 可能未针对更高的驱动强度设计其 发送器。 不过，市场上有一些发送器制造商， 它们确实规定了更高的驱动强度 能力。 具有更高驱动强度的发送器 能够以低数据速率支持更远的 通信距离，因为高驱动强度 使发送器能够克服传输电缆的 寄生直流电阻。 当在长传输电缆上使用较高的数据速率时， 由于电缆产生的寄生 RC 滤波器， 发送器的输出信号 最终将在接收器端被衰减。 这意味着对于较高的数据速率， 通信距离限制受电缆质量的 影响较大，而受发送器 驱动强度的影响较小。 简而言之，在高数据速率下需要 更远的通信距离，应首先 评估传输电缆，因为 它对通信距离的影响较大。 讨论 RS-485 时的常见问题是 收发器可以通信的最大 电缆距离。 该问题的答案取决于多种因素， 包括但不限于数据速率、 允许的抖动、电缆质量、 电缆特性阻抗不匹配 以及端接电阻容差。 该幻灯片保守地讨论了 与数据速率相关的通信长度。 请注意，在深黑色线下方标记了 三个点。 在区域 1 中，最大距离 由电缆的直流电阻决定。 在此处，电缆的直流电阻接近 端接电阻器的值，将接收器上 出现的直流差分电压降低 一半。 对于具有 120 欧姆特性阻抗和 非屏蔽双绞线的22 AWG 电缆， 这种情况发生在大约 1,200 米处。 区域 2 显示了总线长度与数据速率 之间的反比关系。 由于传输线损耗会随着电缆长度的 增加而增加，因此必须降低 数据速率，以保持等效的抖动水平。 此处的传输线损耗是由电缆中的 寄生电容和电阻生成的低通滤波器 引起的。 在上面的区域 3 中，任何距离的最大 数据速率由驱动器的最大上升或下降时间 决定。 为了实现可靠的通信，在给定的数据速率下， 驱动器的最大上升时间或下降时间 应不超过总位时间的三分之一。 尽管 RS-485 标准建议的最大速率 为 10 兆位/秒，但当今的收发器 能够以高达50 兆位/秒的 速度运行。 该幻灯片提供了 电缆传输端输出和输入的眼图示例。 该示例中包含了收发器之前的 输入引脚 D 和收发器之后的输出引脚 R。 此处的电缆长度为 1.2 千米， 数据速率为100 千位/秒。 在左侧可以观察到输出， 该输出似乎显示了一个 几乎瞬时的上升和下降沿， 而接收器看到的上升和下降沿 由于电缆对设置而看起来 像 RC 振荡。 可以看到以 R表示的输出几乎 同时发生跳变。 电缆接收器上出现的每个位 翻转和抖动看起来以最小方式与位宽度配对。 该幻灯片提供的外观与前一张 幻灯片相同，但数据速率从 100 千位/秒 更改为 1 兆位/秒。 与前一张幻灯片中的 位宽相比，电缆接收器端出现的 抖动要宽得多。 可以观察到输出 R 在各个 相差较大的时间触发，这是由在 电缆末端接收器上可以看到的额外噪声所致。 这将产生变化的位宽，这可能会 导致错误，具体取决于所使用的 数据协议。 在评估特定的链路时，最关键的 因素通常是传输线的 插入损耗。 需要在所发送的数据的频率范围内 知道这一点。 但多大的插入损耗可以称为太大呢？ 这取决于接收系统可以容忍的 抖动大小。 一条良好的经验法则是，其插入损耗在奈奎斯特 频率下应小于六至八分贝， 这等于数据速率除以 2。 例如，对于 1 兆位/秒的信号，该值为 500 千赫兹。 此外，系统设计人员应选择具有 接近于 0 且对称的正负 输入阈值的接收器， 以最大程度地减小占空比失真。