德州仪器：借助灵活的 RS-485 收发器缩短系统设计时间并降低成本白皮书（2023）（12页）.pdf

1、Technical White Paper借助灵活的借助灵活的 RS-485 收发器缩短系统设计时间并降低成本收发器缩短系统设计时间并降低成本Vikas Kumar Thawani,Mani Bhushan Ray 摘要摘要二十多年来，RS-485 一直是工业应用中极其常用的有线通信接口。RS-485 的平衡差分信号传输特性可抑制共模噪声，并能在嘈杂的工业环境中实现远距离通信。因此，RS-485 成为大多数工业应用（例如工厂自动化、保护继电器、光伏逆变器、电能表、电机驱动器和楼宇自动化）中常见的通信端口。根据终端设备的需求，必须针对不同的总线电源、逻辑接口电源电压、网络长度和吞吐量来设计 RS

2、-485 网络。因此，客户必须选择、测试和验证市场上提供的多个 RS-485 收发器，来满足独特的应用要求。此外，系统设计人员还为网络中的终端节点和中间节点开发了不同的印刷电路板(PCB)，因为终端节点通常需要端接电阻器来提高信号质量。此过程会消耗大量的设计带宽和资源，从而增加系统设计时间和成本，并延迟产品上市时间。借助 THVD1424，系统设计人员能够灵活地在任何网络中的任何节点位置（终端节点和中间节点）使用，无论是慢速还是快速的两线（半双工）或四线（全双工），皆可使用。因此，在使用 THVD1424 时，可以通过软件设计和配置一个通用 PCB 来满足各种应用需求，从而节省大量开发时间和精

3、力。内容内容1 典型的典型的 RS-485 网络和端接需求网络和端接需求.22 网络长度、数据速率和残桩网络长度、数据速率和残桩.33 用于可切换终端和双工切换的分立式解决方案用于可切换终端和双工切换的分立式解决方案.44 用于双工切换的分立式解决方案用于双工切换的分立式解决方案.45 THVD1424 灵活的灵活的 RS-485.56 THVD1424 应用图应用图.67 THVD1424 四节点测试的实验结果四节点测试的实验结果.88 结论结论.109 修订历史记录修订历史记录.11商标商标所有商标均为其各自所有者的财产。目录ZHCAC45A OCTOBER 2022 REVISED JA

4、NUARY 2023Submit Document Feedback借助灵活的 RS-485 收发器缩短系统设计时间并降低成本1English Document:SLLA595Copyright 2023 Texas Instruments Incorporated1 典型的典型的 RS-485 网络和端接需求网络和端接需求图 1-1 和图 1-2 分别展示了采用半双工或全双工配置的典型 RS-485 网络。在这些拓扑结构中，所使用的驱动器、接收器和收发器通过网络残桩接至主电缆干线。残桩是收发器和电缆干线之间的电气距离，实质上代表了一段非端接的总线线路。RDDDERERRDRREDEDRDRR

5、E DE DCommanderResponderResponder图图 1-1.全双工网络全双工网络RRREDEDDRRREDEDDRDRREDEDRDRREDEDStubNode 1Node 2Node(n-1)Node(n)120 120 图图 1-2.半双工网络半双工网络全双工实现需要两个信号对（四根电线），以及具有用于发送器和接收器的单独总线访问线路的全双工收发器。全双工网络允许节点在一个对上发送数据，同时在另一个对上接收数据，从而实现较高的有效吞吐量。在半双工网络中，仅使用一对信号，并要求在不同的时间驱动和接收数据。这种配置降低了网络布线成本（与全双工网络相比），但代价是吞吐量下降。

6、市场上的大多数 RS-485 收发器为半双工或全双工，这意味着器件采用不同的引脚排列和封装。这是系统设计人员为其半双工和全双工设计平台选择不同器件时面临的第一个问题。电信号通过铜缆（物理介质）从驱动器传输到网络上的所有接收器。驱动网络时，驱动器(TX)输出阻抗较低，而接收器(RX)输入阻抗通常以千欧姆(k)为单位。如下图所示，每次信号遇到阻抗失配时，例如中间节点（A 点和 B 点处）或接收器输入端子（节点 n 处）的残桩，都会反射回一定量的信号，这会干扰总线上的信号，从而降低信号质量。反射因数(r)由方程式 1 求出。r=Zt Zo/Zt+Zo(1)其中 Zt 是端接阻抗，Zo 是电缆特性阻抗