RS-485数据速率独立型半双工中继器规划

工程师们常常面对的一个问题是，如何为 RS-485 运用规划一款非数据速率依靠型半双工中继器。例如，通过给现有网络添加分接头，规划一款超出主张最大线缆长度 (1200m) 的远间隔网络，或许规划一款星型拓扑网络。各种体系所运用的数据速率并不相同，从 10 kbps 到 200 kbps，不胜枚举。

长途节点之间的接地电位差 (GPD) 所发生的电压，超出了大多数总线收发器的最大共模电压规模，因而有必要在网络节点电子组件和总线之间施行电阻隔。

《参考文献 1》中，线缆长度与数据速率的比照特性标明，应运用 1200m（4000英尺）的最大线缆长度（图 1）。运用该长度时，常用 120-Ω、AWG24 无屏蔽双绞线 (UTP) 的电阻挨近端电阻器值，并使总线信号摆幅减小一半（6 dB）。

在 RS-485 技能文献中，为了简洁起见，收发器产品阐明书通常会介绍一种全双工中继器规划。可是，在远间隔传输网络中，数千个外表都运用全双工线缆并不可取，由于线缆和配线都十分的贵重。

为了施行一款更远间隔的半双工方式远距传输网络，咱们有必要装置一个半双工中继器。图 2 显现了一个体系结构图。由于半双工中继器衔接至两个总线段，该中继器有必要包括两个独立的收发器，每个收发器都经由信号阻隔器衔接至其各自总线，并衔接至一个阻隔于两个收发器部分的操控逻辑。该操控逻辑及时封闭和敞开中继器的驱动器和接纳机部分。恣意方向的发来数据信号都可对其初始化。

两种最为常用的时序操控办法是图 3 所示单触发电路和图 4 所示时延反相缓冲器电路。为了保证正确的开关行为，两种办法都要求对上电和总线搁置今后的发动条件进行界说。通过毛病维护偏压电阻器 R_FS 能够完结这项作业，其在没有收发器有用驱动总线时，发生一个大于接纳机输入敏感度 V_FS > +200 mV 的毛病维护电压 V_FS。

完好履行一遍单触发电路的功用运转次序（此处以数字编号，请参见图 3），清楚地阐明晰该中继器的作业进程：

1、在总线搁置期间，由于V_FS，两个中继器端口的接纳机输出均为高电平。因而，两个收发器在接纳方式下彼此操控。

2、接下来，端口 1 上发来数据包开始位的抵达，驱动 RX₁ 输出为低。这种改变触发单触发电路，然后驱动其输出为高，并激活驱动器 DR₂。

3、正确核算时刻常量 R_D × C_D，以使该单触发电路输出在整个数据包时刻期间都坚持高态。

4、在单触发时刻常量期间，DR₂ 一直驱动总线 2。XCVR_OUT 代表总线 2 上长途收发器的接纳机输出状况。请注意，DR₂ 被激活时，上拉电阻器 R_PU 拉高未激活接纳机 (RX₂) 的输出，以使 RX₁ 坚持激活状况。

这种解决方案的缺陷是，R-C 时刻常量取决于数据包长度和发送信号的数据速率。别的，单触发电路易受噪声瞬态的影响，简单引起伪触发和中继器毛病。

不过，单触发电路常用于接口桥接，例如：RS-232 到 RS-485 转换器等。这些转换器直接把 RS-485 网络衔接至旧式 PC 或许 RS-232 操控机器的 RS-232 端口。

有一种愈加稳健和不依靠于数据速率的办法能够代替单触发电路，即通过一种具有不同充电和放电时刻的反相施米特 (Schmitt) 触发缓冲器，完结时序操控。优先准则是在逻辑低状况期间自动驱动总线，并在逻辑高状况期间封闭驱动器。然后，依据逐位准则敞开和封闭序列，然后使中继器功用独立于数据速率和数据包长度。

完好履行一遍反相器操控中继器的功用运转次序（此处以数字编号，请参见图4），能够清楚地阐明其运转进程：

1、在总线搁置期间，由于 V_FS，两个中继器端口的接纳机输出均为高。推迟电容 C_D 取得彻底充电，驱动反相器输出为低态，以使收发器维持在接纳方式下。

2、之后，总线 1 呈现一个低位，驱动RX₁输出为低电平，快速对 C_D 放电，并激活驱动器 DR₂。

3、当总线电压变为正（V_Bus > 200 mV）时，RX₁ 输出变为高，其驱动 DR₂ 输出为高，并通过 R_D 对 C_D 缓慢充电。有必要正确核算最小时刻常量（R_D × C_D），以使最大电源电压 V_CC(max) 和最小正反相器输入阈值V_TH+(min) 时，推迟时刻t_D 超越驱动器最大低到高传达推迟 t_PLH(max)，即超出 30%。例如，%&&&&&%为 C_D = 100 Pf 时，R_D 的要求电阻值为：

4、依据推迟时刻 (t_D) 与实践数据位间隔时刻的比照状况，延伸驱动器激活时刻，以在总线树立有用的高态信号。需在从发射方式切换至接纳方式曾经完结这项作业，意图是让接纳机输出一直坚持高态。由于接纳机传达推迟短于驱动器，因而接纳机不或许变为低态，即使是一会儿的低态都不或许。驱动器一旦封闭，外部毛病维护电阻器便将总线 2 偏压至 200 mV 以上，其被活泼接纳机看作是一个界说高电平。

5、某个总线搁置，低位 V_OD 1.5 V，高位之初时延 (t_D) 的 V_OD > 1.5 V，此刻，总线 2 的差动输出电压为 V_OD = V_FS > +200 mV。之后，其他高位 V_OD = V_FS > +200 mV。

此外，XCVR_OUT代表总线 2 上长途收发器的接纳机输出状况。传统中继器规划的数据速率通常被限制为 10 kbps，更短传达推迟的一些现代收发器具有高达 100 kbps 以上的数据速率。

为了简洁起见，到目前为止，中继器评论一直都没有触及电阻隔这一重要内容。可是，在一些远距传输网络（中继器的首要运用领域）中，网络节点之间的大接地电位差 (GPD) 很是常见。这些 GPD 以收发器输入强共模电压的方式存在，假如不施行电阻隔，它们会对器材发生破坏力。当收发器总线电路阻隔于其操控电路时，总线体系独立于本地节点的接地电位。

图 2 显现了阻隔于节点操控电路的总线节点驱动器和接纳机部分。可是，就中继器而言，有必要运用双阻隔，由于内部操控逻辑有必要阻隔于总线 1 和总线 2。别的，两个总线还有必要彼此阻隔。图 5 显现了施行这种阻隔的一个中继器电路，表1列出了其资料清单 (BOM)。电路运用两个通过阻隔的 RS-485 收发器，每个收发器都要求一个独自的阻隔电源 V_ISO，其源自于操控部分的中心 3.3V 电源（请参见图 6）。

中继器可用作总线扩展器或许分接头延伸器。用作总线扩展器时，中继器构建一个总线的结尾和另一个总线的初步。这样能够在两个端口固定安顿毛病维护电阻器和端接电阻器。可是，当中继器用作分接头延伸器时，它能够放置在网络的任何方位。这时，应去除衔接总线的端口的电阻器，可是依然保存分接头端口的电阻器。

1、2006 年 1 月 1 日刊发的 TIA TSB-89“TIA/EIA-485-A运用攻略”。