RS-485 數據速率獨立型半雙工中繼器設計
發布時間:2012-10-12 來源:電子元件技術網 責任編輯:admin
導讀:zaiyuanjulichuanshuwangluozhong,shuqiangeyibiaodoushiyongquanshuanggongxianlanbingbukequ,weileshishiyikuangengyuanjulidebanshuanggongmoshiyuanjuchuanshuwangluo,womenbixuanzhuangyigebanshuanggong中繼器。本文詳細介紹RS-485 數據速率獨立型半雙工中繼器的設計方案。
在 RS-485 yibandejishuwenxianzhong,weilejianbianqijian,shoufaqichanpinshuomingshutongchanghuijieshaoyizhongquanshuanggongzhongjiqisheji。danshi,zaiyuanjulichuanshuwangluozhong,shuqiangeyibiaodoushiyongquanshuanggongxianlanbingbukequ,yinweixianlanhepeixiandoufeichangdeanggui。
為了實施一款更遠距離的半雙工模式遠距傳輸網絡,我們必須安裝一個半雙工中繼器。圖 1 顯xian示shi了le一yi個ge係xi統tong結jie構gou圖tu。由you於yu半ban雙shuang工gong中zhong繼ji器qi連lian接jie至zhi兩liang個ge總zong線xian段duan,該gai中zhong繼ji器qi必bi須xu包bao含han兩liang個ge獨du立li的de收shou發fa器qi,每mei個ge收shou發fa器qi都dou經jing由you信xin號hao隔ge離li器qi連lian接jie至zhi其qi各ge自zi總zong線xian,並bing連lian接jie至zhi一yi個ge隔ge離li於yu兩liang個ge收shou發fa器qi部bu分fen的de控kong製zhi邏luo輯ji。該gai控kong製zhi邏luo輯ji及ji時shi關guan閉bi和he開kai啟qi中zhong繼ji器qi的de驅qu動dong器qi和he接jie收shou機ji部bu分fen。任ren意yi方fang向xiang的de發fa來lai數shu據ju信xin號hao都dou可ke對dui其qi初chu始shi化hua。

圖1 雙隔離半雙工中繼器總線擴展
兩種最為常用的時序控製方法是圖 3 所示單觸發電路和圖 4 所suo示shi時shi延yan反fan相xiang緩huan衝chong器qi電dian路lu。為wei了le確que保bao正zheng確que的de開kai關guan行xing為wei,兩liang種zhong方fang法fa都dou要yao求qiu對dui上shang電dian和he總zong線xian閑xian置zhi以yi後hou的de啟qi動dong條tiao件jian進jin行xing定ding義yi。通tong過guo故gu障zhang保bao護hu偏pian壓ya電dian阻zu器qi RFS 可以完成這項工作,其在沒有收發器有效驅動總線時,產生一個大於接收機輸入敏感度 VFS > +200 mV 的故障保護電壓 VFS。

圖2 利用一個單觸發電路實施的收發器時序控製

圖3 利用一個反相緩衝器電路實施的收發器時序控製
完整執行一遍單觸發電路的功能運行順序(此處以數字編號,請參見圖 3),清楚地說明了該中繼器的工作過程:
在總線閑置期間,由於VFS,兩個中繼器端口的接收機輸出均為高電平。因此,兩個收發器在接收模式下相互牽製。
接下來,端口 1 上發來數據包起始位的到達,驅動 RX1 輸出為低。這種轉變觸發單觸發電路,從而驅動其輸出為高,並激活驅動器 DR2。
正確計算時間常量 RD × CD,以使該單觸發電路輸出在整個數據包時間期間都保持高態。
在單觸發時間常量期間,DR2 始終驅動總線 2。XCVROUT 代表總線 2 上遠程收發器的接收機輸出狀態。請注意,DR2 被激活時,上拉電阻器 RPU 拉高未激活接收機 (RX2) 的輸出,以使 RX1 保持激活狀態。
這種解決方案的缺點是,R-C 時間常量取決於數據包長度和發送信號的數據速率。另外,單觸發電路易受噪聲瞬態的影響,容易引起偽觸發和中繼器故障。
不過,單觸發電路常用於接口橋接,例如:RS-232 到 RS-485 轉換器等。這些轉換器直接把 RS-485 網絡連接至老式 PC 或者 RS-232 控製機器的 RS-232 端口。
有一種更加穩健和不依賴於數據速率的方法可以替代單觸發電路,即通過一種具有不同充電和放電時間的反相施米特 (Schmitt) 觸(chu)發(fa)緩(huan)衝(chong)器(qi),實(shi)現(xian)時(shi)序(xu)控(kong)製(zhi)。優(you)先(xian)原(yuan)則(ze)是(shi)在(zai)邏(luo)輯(ji)低(di)狀(zhuang)態(tai)期(qi)間(jian)主(zhu)動(dong)驅(qu)動(dong)總(zong)線(xian),並(bing)在(zai)邏(luo)輯(ji)高(gao)狀(zhuang)態(tai)期(qi)間(jian)關(guan)閉(bi)驅(qu)動(dong)器(qi)。然(ran)後(hou),根(gen)據(ju)逐(zhu)位(wei)原(yuan)則(ze)開(kai)啟(qi)和(he)關(guan)閉(bi)序(xu)列(lie),從(cong)而(er)使(shi)中(zhong)繼(ji)器(qi)功(gong)能(neng)獨(du)立(li)於(yu)數(shu)據(ju)速(su)率(lv)和(he)數(shu)據(ju)包(bao)長(chang)度(du)。
完整執行一遍反相器控製中繼器的功能運行順序(此處以數字編號,請參見圖4),可以清楚地說明其運行過程:
在總線閑置期間,由於 VFS,兩個中繼器端口的接收機輸出均為高。延遲電容 CD 獲得完全充電,驅動反相器輸出為低態,以使收發器維持在接收模式下。
之後,總線 1 出現一個低位,驅動RX1輸出為低電平,快速對 CD 放電,並激活驅動器 DR2。
當總線電壓變為正(VBus > 200 mV)時,RX1 輸出變為高,其驅動 DR2 輸出為高,並通過 RD 對 CD 緩慢充電。必須正確計算最小時間常量(RD × CD),以使最大電源電壓 VCC(max) 和最小正反相器輸入閾值VTH+(min) 時,延遲時間tD 超過驅動器最大低到高傳播延遲 tPLH(max),即超出 30%。例如,電容為 CD = 100 Pf 時,RD 的要求電阻值為:

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根據延遲時間 (tD) 與(yu)實(shi)際(ji)數(shu)據(ju)位(wei)間(jian)隔(ge)時(shi)間(jian)的(de)對(dui)比(bi)情(qing)況(kuang),延(yan)長(chang)驅(qu)動(dong)器(qi)激(ji)活(huo)時(shi)間(jian),以(yi)在(zai)總(zong)線(xian)建(jian)立(li)有(you)效(xiao)的(de)高(gao)態(tai)信(xin)號(hao)。需(xu)在(zai)從(cong)發(fa)射(she)模(mo)式(shi)切(qie)換(huan)至(zhi)接(jie)收(shou)模(mo)式(shi)以(yi)前(qian)完(wan)成(cheng)這(zhe)項(xiang)工(gong)作(zuo),目(mu)的(de)是(shi)讓(rang)接(jie)收(shou)機(ji)輸(shu)出(chu)始(shi)終(zhong)保(bao)持(chi)高(gao)態(tai)。由(you)於(yu)接(jie)收(shou)機(ji)傳(chuan)播(bo)延(yan)遲(chi)短(duan)於(yu)驅(qu)動(dong)器(qi),因(yin)此(ci)接(jie)收(shou)機(ji)不(bu)可(ke)能(neng)變(bian)為(wei)低(di)態(tai),即(ji)使(shi)是(shi)一(yi)瞬(shun)間(jian)的(de)低(di)態(tai)都(dou)不(bu)可(ke)能(neng)。驅(qu)動(dong)器(qi)一(yi)旦(dan)關(guan)閉(bi),外(wai)部(bu)故(gu)障(zhang)保(bao)護(hu)電(dian)阻(zu)器(qi)便(bian)將(jiang)總(zong)線(xian) 2 偏壓至 200 mV 以上,其被活躍接收機看作是一個定義高電平。
某個總線閑置,低位 VOD < 1.5 V,高位之初時延 (tD) 的 VOD > 1.5 V,此時,總線 2 的差動輸出電壓為 VOD = VFS > +200 mV。之後,其餘高位 VOD = VFS > +200 mV。
此外,XCVROUT代表總線 2 上遠程收發器的接收機輸出狀態。傳統中繼器設計的數據速率通常被限製為 10 kbps,更短傳播延遲的一些現代收發器擁有高達 100 kbps 以上的數據速率。
為了簡便起見,到目前為止,中繼器討論始終都沒有涉及電隔離這一重要內容。但是,在一些遠距傳輸網絡(中繼器的主要應用領域)中,網絡節點之間的大接地電位差 (GPD) 很是常見。這些 GPD yishoufaqishuruqianggongmodianyadexingshicunzai,ruguobushishidiangeli,tamenhuiduiqijianchanshengpohuaili。dangshoufaqizongxiandianlugeliyuqikongzhidianlushi,zongxianxitongduliyubendijiediandejiedidianwei。
圖1顯xian示shi了le隔ge離li於yu節jie點dian控kong製zhi電dian路lu的de總zong線xian節jie點dian驅qu動dong器qi和he接jie收shou機ji部bu分fen。但dan是shi,就jiu中zhong繼ji器qi而er言yan,必bi須xu使shi用yong雙shuang隔ge離li,因yin為wei內nei部bu控kong製zhi邏luo輯ji必bi須xu隔ge離li於yu總zong線xian 1 和總線 2。另外,兩個總線還必須相互隔離。圖 4 顯示了實施這種隔離的一個中繼器電路。電路使用兩個經過隔離的 RS-485 收發器,每個收發器都要求一個單獨的隔離電源 VISO,其源自於控製部分的中央 3.3V 電源(請參見圖5)。

圖4 雙隔離半雙工中繼器

圖5 雙隔離電源設計
zhongjiqikeyongzuozongxiankuozhanqihuozhefenjietouyanchangqi。yongzuozongxiankuozhanqishi,zhongjiqigoujianyigezongxiandemoduanhelingyigezongxiandekaiduan。zheyangkeyizailianggeduankougudinganzhiguzhangbaohudianzuqiheduanjiedianzuqi。danshi,dangzhongjiqiyongzuofenjietouyanchangqishi,takeyifangzhizaiwangluoderenheweizhi。zheshi,yingquchulianjiezongxiandeduankoudedianzuqi,danshirengranbaoliufenjietouduankoudedianzuqi。
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