导言
PROFIBUS-DP (分布式外设) 现场总线标准现已存在了 20 多年，可是，物理层的要求或许依然不明朗，这常常导致在收发器界说中呈现稠浊紊乱的状况。 不过，任何含糊不清明显并未阻挠 PROFIBUS 成为一种成功 (或许是最成功) 的现场总线解决计划，在世界各地设备的设备数量已超越了 5,000 万部。
当布置新的体系时，需求知道所运用的收发器是依照 PROFIBUS-DP 标准最新和精确的解说规划的，这一点是很重要。凌力尔特的 LTC2877 PROFIBUS-DP 接纳器可应对此类需求，其采取了真实坚持履行最新 IEC 61158-2 PROFIBUS-DP 标准，并增添了极致的坚持机制，然后提升了新的主控设备和受控设备的兼容性和可靠性。
PROFIBUS-DP 基础知识
较快、较简略的 PROFIBU-DP 标准是在 1993 年从较慢、较杂乱的 PROFIBUS FMS (现场总线报文标准) 父代标准的基础上诞生的。PROFIBU-DP 也有一个“更年青的兄弟”或衍生的标准 PROFIBUS-PA (进程自动化)，该标准选用曼彻斯特编码总线供电 (MBP) 传输，添加了总线供电功用，使其十分合适风险环境中的实质安全运用。除此以外，PROFIBUS-DP 也是现在运用最广泛的 PROFIBUS 版别，这很或许是因为其即插即用基本特征、灵活性和本钱效益性在大多数现场总线运用中具有吸引力。从工业工厂中传感器和履行器的办理，到与铁路站场上流量计的通讯，PROFIBUS-DP 使 I/O 卡 (主控器) 与控制器涣散并让它们更接近传感器和履行器 (受控器)，然后给设备和操作带来了许多优点。
PROFIBUS-DP 能经过多种媒体进行通讯，包含铜线、光纤、乃至空气 (在红外线通讯设备中)。到现在为止，PROFIBUS-DP 主控器和受控器最常用的位元传输 (ISO/OSI 模型的第一层) 媒体是双绞线，它衔接着选用 TIA/EIA-485-A (RS485) 收发器进行通讯的设备。考虑到 RS485 的高速差分信号传输才能以及可在工厂运用等噪声环境中经过长距离完结多部设备之间的巩固型通讯，这并不令人惊奇。在线性拓扑中，运用 RS485 收发器的多个主控器，例如 PLC (可编程逻辑控制器)，每个段可衔接 30 个受控器，在这种拓扑中，运用集线器 (并行段) 或中继器 (串行段) 可将网络扩展为衔接 124 个受控器。每个段有必要选用有源终端在两头进行终接。一切的受控器均可热交换到总线，并且它们的方位无关紧要，因为每个受控器都被分配了仅有的网络地址。
95% RS485，5% 稠浊
PROFIBUS-DP 选用了大部分的 TIA/EIA-485-A (RS485) 标准，但确实做了少数的改动，这些改动会因为较大的体系问题而被意外疏忽。因而，与人们遍及信任的状况相反，并非一切的 RS485 收发器和电缆都合适 PROFIBUS-DP 网络，反之亦然。电缆布线、终接、信号称号和驱动器要求方面的差异确实存在;过于匆促地回绝考虑这些差异有或许简单地让您在主控设备或受控设备的功用 (或更糟，包含认证) 方面付出代价。
尽管 RS485 标准并未规则任何特别的电缆布线要求，可是 120 屏蔽双绞线现已成为了一般的引荐计划。可是，PROFIBUS-DP 则引荐运用 150 屏蔽双绞线。不幸的是，120 不能近似为 150，而这纤细的电缆阻抗差异实际上导致必需选用不同的 (并且在大多数场合中仍是新的) 电缆。别的，PROFIBUS-DP 还规则了一个最大电缆长度，该长度取决于所运用的是 10 种波特率 “步幅” 中的哪一种 (从 9.6kbps 时的 1200m 到 12Mbps 时的 100m)。
当然，电缆阻抗要求不同，终端要求便随之不同。为最大极限削减信号反射，RS485 设备一般在总线的两头都选用单个 120 终端电阻器，而 PROFIBUS-DP 则主张在总线的两头选用一个 171 终端网络。等一下，这是不是打字错误了?…… PROFIBUS-DP 引荐运用一个 171 终端网络，因而与相同由它引荐的 150 电缆特征阻抗就不匹配了? 正是如此!图 1 示出了 PROFIBUS-DP 所用的电缆和终端网络与 RS485 存在怎样的不同。由图可见，PROFIBUS-DP 选用了两个 390 总线偏置电阻器连同 220 终端电阻器;该终端网络的有用差分电阻为 171，这明显与 150 电缆并不是彻底匹配，因而形成了一个纤细欠阻尼的网络。可是不要忧虑，因为在电缆的接纳端这把其本身呈现为仅仅是信号电压的一个小幅凸起 (即添加)，而持续的时刻是电缆传达推迟的两倍。
图 1：RS485 和 PROFIBUS-DP 网络中的电缆、终端和引脚差异
假设电缆 / 终端失配还不行，那么 PROFIBUS 收发器上总线引脚的命名应该进一步打碎您的希望。您或许现已注意到图 1 中运用相反的引脚称号。在大多数通用型 RS485 收发器中，引脚 A 是同相接纳器输入 (和同相驱动器输出)，而引脚 B 则是反相接纳器输入 (和反相驱动器输出)，这相对于接纳器输出和驱动器输入。可是，PROFIBUS 标准描绘总线极性的办法使引脚 B 和 A 与上面的 RS485 恰好相反。为什么不一致呢? 原始的 TIA/EIA-485-A 标准在其相对于逻辑信号功用的总线极性界说中有不明确的当地，所以 RS485 IC 规划师简直总是以一种办法解说标准，而其别人则以不同的办法解说。这对您来说意味着什么呢? 特别当您一同具有 RS485 和 PROFIBUS-DP 项目时，那就是在把收发器总线引脚映射到衔接器时必需特别注意。
依据现成有售界说不明确收发器的数量来看，差分驱动器输出电压 (VOD) 或许是 PROFIBUS-DP 的物理层中误解最大 (或许最有意疏忽的) 标准目标。RS485 规则 A 和 B 线之间的 VOD 应为 1.5V 至 5V (峰值差分，运用一个介于 A 和 B 之间的 54 电阻器在驱动器端子上丈量)。可是，PROFIBUS-DP 则规则 VOD 应为 4V 至 7V (峰至峰差分，在电缆的远端上丈量，并且在电缆的每一端上具有终端)。明显，这些要求是截然不同的。
一种常见的误解是：假如一个 RS485 驱动器简略地在一个 54 负载两头产生高于 2.1V 的电压，那么当与 PROFIBUS-DP 终端网络一同运用时，它将满意 PROFIBUS-DP 的要求。可是，状况并非总是如此。RS485 驱动器的强度或许过高并超越 7VPP PROFIBUS-DP 限值。换言之，要注意再一般不过的 “PROFIBUS” 兼容型 RS485 收发器只规则了一个 VOD 最小值 (即：2.1V)，而没有规则最大值。保证 PROFIBUS-DP VOD 相符性的最佳办法是运用一个 PROFIBUS 负载来测验收发器。图 2 示出了怎样运用一个 PROFIBUS-DP 负载和一些串联电阻 (以模仿电缆损耗) 来测验 LTC2877 巩固型 PROFIBUS RS485 收发器，图中的 VOD (蓝色曲线) 是运用在 “电缆的结尾” (A’ 和 B’) 收集的丈量数据生成的，以保证真实地满意了 PROFIBUS-DP 标准要求;别的，LTC2877 也运用 RS485 负载进行了全面测验，以保证 VOD 与这两种标准的兼容性。
图 2：选用一个 PROFIBUS-DP 负载来测验 LTC2877 差分输出电压 (VOD)
维护 PROFIBUS-DP
当谈到减轻噪声、毛病、静电放电 (ESD)、电性快速瞬变 (EFT) 或浪涌时，TIA/EIA-485-A 标准所做的规则十分之少，这就为收发器制造商和体系规划师施行他们自己的维护办法留出了空间。尽管这样具有灵活性，可是人们都对严格环境所形成的损害太了解了 (电缆有必要常常弯曲络绎其间)，并且期待在 PROFIBUS-DP 收发器中具有某种最低极限的内置维护功用。尽管维护要求因运用而异，可是 LTC2877 (示于图 3) 凭仗反常高的电气维护等级孤军独战地全面满意了商场要求。
图 3：LTC2877 供给多种维护等级
TIA/EIA-485-A 标准规则：一个网络上两部设备之间的接地漂移在操作进程中可大至 –7V 至 +12V。不过，许多 PROFIBUS-DP 设备会简单地遇到远大于此的电压，假使这些总线电压被超越了哪怕几伏，一般的 PROFIBUS-DP 收发器也会因而遭到严峻的损坏。PROFIBUS 常用于 24V 体系，在此类体系中把 “标准的” RS485 设备短接至 24V 或许是丧命的。LTC2877 中的接纳器具有一个 –25V 至 +25V 的扩展共模规模，然后使 LTC2877 能够安全饱尝大的共模电压，并且不受搅扰地持续传输和接纳数据。过压容差有限的收发器使得难以在不搅扰恰当数据网络功用的状况下完成有用的外部维护网络。用具有 ±60V 过压维护功用的 LTC2877 代替常见的 PROFIBUS-DP 收发器能够简单地消除因为过压毛病引起的现场失效，并不需求选用贵重的外部维护器材。
显而易见，PROFIBUS-DP 收发器确实是体系的第一道防地，并且必需能够维护他们本身免受各种不同等级电过应力的损坏，特别是最常遇到的方式，即 ESD 冲击。尽管某些 PROFIBUS 收发器在未通电时在其总线引脚上供给了至 15kV 的 ESD 维护，可是 LTC2877 上的总线引脚则在未通电或通电以及任何操作方式中供给了 ±26kV HBM 维护等级 (相对于地或任一个电源)，并不会产生锁断或损坏状况。此外，当未通电时，还为总线引脚供给了针对 ±52kV 巨大对地电压的维护效果。这种令人形象深化的 ESD 维护等级仅仅是 LTC2877 巩固性的一个证明。
电过应力的另一种方式是 EFT，依据 IEC 61000-4-4 EFT 标准，EFT 是持续时刻为 60s 的高电压尖峰脉冲串。此类过应力一般是开关和继电器中的电弧接触点引起的，在运用机电开关衔接和断接电感负载的工业环境中这是常见的。LTC2877 可满意 IEC 61000-4-4 的最高严峻程度要求 (其为 level 4)，这相当于总线引脚上的 2kV 开路电压。
或许最严峻的电过应力方式是大自然以闪电方式传送的电涌，单个闪电能够带着高达 50 亿焦耳的能量。那么，像 LTC2877 这样的纤巧型收发器 IC 不具备针对这种量级之电涌的固有维护才能也就家常便饭了。取而代之的是，在露出于各种恶劣环境的 PROFIBUS-DP 体系中一般运用外部浪涌维护组件，包含 MOV (金属氧化物变阻器)、TVS (瞬态电压按捺) 二极管、TSPD (晶闸管浪涌维护器材) 和 GDT (气体放电管)。并且，尽管 LTC2877 靠单击独奏将无法成功地防护闪电冲击，可是其很高的 ±60V 引脚额外电压使之可简单地找到能够供给这种维护等级的外部维护组件。
定论
能够毫不讳言地说，PROFIBUS-DP 因其许多拔尖的质量将在一段时刻里身居现场总线通讯的王者位置。选用凌力尔特的 LTC2877 进行规划供给了一种安静的心态，那就是您将坚持与当今最新标准的相符和同步。一旦对 PROFIBUS 标准有了更深化的了解，就会发现其他宣称符合该标准的收发器常常有差强人意之处。LTC2877 正确地解说了 RS485 和 PROFIBUS-DP 之间一切纤细、可是重要的差异，包含驱动器的强度。此外，LTC2877 还完成了多种维护机制 (包含极端巩固的 ESD 防护单元)，以供给针对各式各样要挟的维护效果。证明一款 PROFIBUS-DP 原型从未如此简单。
