作者：Thomas Kugelstadt，德州儀器 (TI) 高級應用工程師

越來越多的人在問關于 EIA/TIA-485（俗稱 RS-485 數據傳輸標準）基本概念的一些問題，這一事實表明未來數年 RS-485 仍會在各種工業接口中起到舉足輕重的作用。

本文中，我們將為您解答許多常見和較新的問題，例如：

1）RS-485 收發器可以驅動多大的總線電流？

2）可以驅動 32 以上單位負載嗎？

要回答第一個問題，我們需要研究圖 1 所示典型 RS-485 數據鏈路。我們看到，除驅動通過端接電阻器的差分電流以外，驅動器還必須驅動通過許多接收機輸入阻抗的電流，以及通過位于總線上的故障保護網絡的電流。這些阻抗在差分信號線路和接地之間形成電流通路，同時影響了 A 和 B 信號線的電流，且影響程度相同。因此，可以將它們表示為共模阻抗 R_CM。

圖 1 典型 RS-485 數據鏈路

為了對較大共模負載進行定義，RS-485 使用了一個單位負載的理論概念，其定義了一個 12kΩ 共模負載電阻。這樣一來，一個單位負載 (1UL) 收發器便代表在每個接地相關總線端有一個R_INEQ = 12 kΩ 的等效輸入電阻。

RS-485 規定一個收發器必須能夠驅動高達 32 單位負載的總共模負載，同時能夠給 R_D = 60Ω 差分電阻提供 V_OD = 1.5 V 的差分輸出電壓。另外，該標準還要求在 V_CM = –7 V 到 +12 V 共模電壓范圍保持這種驅動能力，以便允許驅動器和接收機接地之間的大接地電位差，其一般會出現在遠距離數據鏈路中。

60 Ω 差分電阻代表兩個并聯 120 Ω 端接電阻器的電阻值，而 32 單位負載得到的總共模負載電阻為 R_CM = 12 kΩ / 32 = 375 Ω。共模負載條件下收發器驅動能力測試的相應測試電路也指定為 RS-485 標準，其如圖 2 所示。

圖 2 共模負載的驅動器測試電路

假設非反相驅動器輸出 A 具有更高的正總線電壓，則其電流計算方法為：

，其中 ，而 ,

而反相輸出 B 的電流計算方法如下：

，其中 ，而 .

由于數據傳輸期間 A 和 B 輸出不斷改變極性，因此較好是使用一些通用術語來表示輸出電流方程式。所以，更多正輸出（或者高輸出）必須拉出電流：

,

而更少正輸出（或者低輸出）必須注入電流：

.

圖 3 顯示了在規定共模電壓范圍，驅動 R_CM = 375 Ω 較大共模負載 (32 UL) 的一個 5V 收發器的較小輸出電流要求。用于繪制該圖的參數假設為 V_OS = 2.5 V、V_OD = 1.5 V、R_D = 60 Ω 和 R_CM = 375 Ω。

圖 3 5V 收發器的總線電流要求

該圖表明，一個符合標準的 5V 收發器必須能夠拉出和注入高達 53 mA 的輸出電流。實際上，市場上銷售的大多數 RS-485 收發器，都具有 60 mA 及以上的較小注入和拉出能力。

就此而言，需要對 32 單位負載的較大共模負載進行一些重要的澄清，以消除許多普遍存在的誤解。

·          RS-485 中規定的 32 單位負載的較大共模負載，指的是存在于差分信號對和信號地線之間的任何共模負載，不僅僅只是接收機輸入。例如，一個外部故障保護電阻器網絡已經使用了 22 UL 的總負載，從而使得僅有 10 UL 可用于接收機輸入。剩余的 10 UL，可以通過使用 10 x 1 UL 收發器或者至多 80 x 1/8 UL  收發器，來讓其得到利用。

·          32 UL 較大負載的規定，針對 –7 V 到 +12V 的整個 V_CM 范圍。如圖 3 所示，讓 VCM 范圍變窄會降低輸出電流，并讓驅動器儲存一些電流。之后，可以利用這些儲存電流來驅動更多的單位負載。驅動器和接收機接地之間地電位差 (GPD) 較小的數據鏈路中，可以應用這一原則，其解答了我們在一開始提出的第二個問題。

圖 4 顯示了單位負載數，其為 GPD 振幅的函數。請注意，GPD 并非為 DC 電壓，而是 AC 電壓，其在系統電源電源頻率的第三諧波變換。

圖 4 單位負載數為 GPD 振幅的函數

小結

本文介紹了 RS-495 標準收發器的較小總線電流要求約為 60 mA，并表明在更低共模電壓下工作時可以增加 32 UL 規定共模負載。

接下來，《信號鏈基礎知識》將討論如何滿足檢驗可編程儀表放大器增益級中參考引腳的動態要求。

參考文獻

·          《RS-422 和 RS485 標準概述與系統配置》，2010 年 5 月修訂，2002 年 6 月刊 TI《應用手冊 SLLA070D》。