為RS-485應(yīng)用設(shè)計(jì)獨(dú)立型半雙工中繼器

工程師們經(jīng)常面臨的一個(gè)問題是，如何為RS-485應(yīng)用設(shè)計(jì)一款非數(shù)據(jù)速率依賴型半雙工中繼器。例如，通過給現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)添加分接頭，設(shè)計(jì)一款超出建議最大線纜長度 (1200m) 的遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)，或者設(shè)計(jì)一款星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。各種系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)速率并不相同，從10 kbps到200 kbps，不一而足。

遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)之間的接地電位差(GPD)所產(chǎn)生的電壓，超出了大多數(shù)總線收發(fā)器的最大共模電壓范圍，因此必須在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電子組件和總線之間實(shí)施電隔離。

《參考文獻(xiàn)1》中，線纜長度與數(shù)據(jù)速率的對比特性表明，應(yīng)使用1200m（4000英尺）的最大線纜長度（圖1）。使用該長度時(shí)，常用120-Ω、AWG24無屏蔽雙絞線(UTP)的電阻接近端電阻器值，并使總線信號擺幅減小一半（6 dB）。

圖1：線纜長度與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系

在RS-485技術(shù)文獻(xiàn)中，為了簡便起見，收發(fā)器產(chǎn)品說明書通常會介紹一種全雙工中繼器設(shè)計(jì)。但是，在遠(yuǎn)距離傳輸網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)千個(gè)儀表都使用全雙工線纜并不可取，因?yàn)榫€纜和配線都非常的昂貴。

為了實(shí)施一款更遠(yuǎn)距離的半雙工模式遠(yuǎn)距傳輸網(wǎng)絡(luò)，我們必須安裝一個(gè)半雙工中繼器。圖2顯示了一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。由于半雙工中繼器連接至兩個(gè)總線段，該中繼器必須包含兩個(gè)獨(dú)立的收發(fā)器，每個(gè)收發(fā)器都經(jīng)由信號隔離器連接至其各自總線，并連接至一個(gè)隔離于兩個(gè)收發(fā)器部分的控制邏輯。該控制邏輯及時(shí)關(guān)閉和開啟中繼器的驅(qū)動器和接收機(jī)部分。任意方向的發(fā)來數(shù)據(jù)信號都可對其初始化。

圖2：雙隔離半雙工中繼器總線擴(kuò)展

兩種最為常用的時(shí)序控制方法是圖3所示單觸發(fā)電路和圖4所示時(shí)延反相緩沖器電路。為了確保正確的開關(guān)行為，兩種方法都要求對上電和總線閑置以后的啟動條件進(jìn)行定義。通過故障保護(hù)偏壓電阻器RFS可以完成這項(xiàng)工作，其在沒有收發(fā)器有效驅(qū)動總線時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)大于接收機(jī)輸入敏感度VFS> +200 mV的故障保護(hù)電壓VFS。

圖3:利用一個(gè)單觸發(fā)電路實(shí)施的收發(fā)器時(shí)序控制

圖4:利用一個(gè)反相緩沖器電路實(shí)施的收發(fā)器時(shí)序控制