The RS-485 unit load and maximum number of bus connections-Texas Instruments Incorporated-By Kevin Gingerich
機(jī)翻：
RS-485單元負(fù)載和最大總線連接數(shù)-凱文·金格里奇
介紹
TIA/EIA-485（RS-485）是一種在多點(diǎn)差分總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通用電氣標(biāo)準(zhǔn)荐绝。多點(diǎn)總線是連接到公共傳輸介質(zhì)的三個(gè)或更多站點(diǎn)，允許在任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信低滩。圖1示意性地顯示了一個(gè)多點(diǎn)總線的示例。
保持對(duì)RS-485驅(qū)動(dòng)器輸出驅(qū)動(dòng)能力的實(shí)際限制要求對(duì)總線提供的穩(wěn)態(tài)負(fù)載施加限制监憎。這反過(guò)來(lái)又限制了站點(diǎn)的輸入電阻昏兆，并最終限制了最大連接數(shù)妇穴。
RS-485沒(méi)有指定總線連接的最大數(shù)量隶债。相反腾它，該標(biāo)準(zhǔn)定義了由單元負(fù)載中的總線連接表示的穩(wěn)態(tài)電氣負(fù)載。以下段落解釋了單元負(fù)載以及如何使用它來(lái)確定連接到RS-485總線段的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)死讹。
單元負(fù)載
TIA/EIA-485-A將單元負(fù)載定義為一個(gè)15-kΩ電阻器連接到–3或5V電源（見(jiàn)圖2）赞警。-3V適用于正輸入電流，5V適用于負(fù)總線電流愧旦。該定義和模型適用于-7至12V的輸入電壓，以考慮0至5V之間的驅(qū)動(dòng)器輸出旁瘫，以及驅(qū)動(dòng)器和接收器之間高達(dá)±7V的共模噪聲電壓琼蚯。
任何連接到RS-485總線的建議連接所呈現(xiàn)的單位負(fù)載（nUL）的數(shù)量隨后被確定為其測(cè)量輸入電流與1個(gè)單位負(fù)載電流的比率。由于1個(gè)單位負(fù)荷的電流是電壓的函數(shù)宁仔，必須測(cè)量輸入電流峦睡，并在整個(gè)-7-12V輸入電壓范圍內(nèi)確定比率，最高比率確定單位負(fù)荷額定值拉队。
圖3顯示了一個(gè)假設(shè)的例子阻逮，其中一個(gè)電路的測(cè)量輸入電流是非線性的∈宥螅可以顯示（見(jiàn)下頁(yè)側(cè)欄）在其最大值時(shí)，測(cè)量電流和單位負(fù)載電流的比率等于兩個(gè)函數(shù)的斜率的比率鳍咱，并且位于一條截距為-3V（正電流）和5V（負(fù)電流）的線上与柑。從概念上講蓄坏，這相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)一條以I=0mA和V=-3V為軸的線丑念，直到它與測(cè)量的正電流與電壓。對(duì)于負(fù)電流脯倚，線路以I=0mA和V=5V為支點(diǎn)。在我們的例子中恍涂，最大比率出現(xiàn)在測(cè)量的輸入電流為0.65mA和-0.72mA時(shí)植榕。比率和nUL可以通過(guò)將截距處的測(cè)量值除以求解單位負(fù)載電路得出的值來(lái)計(jì)算；或者产园，為了方便起見(jiàn)夜郁，這些線通常延伸到12-V或-7-V截距處粘勒。由于單位負(fù)荷和切線的斜率是常數(shù)，因此它們的比值是常數(shù)庙睡，可以在任何電壓下確定。根據(jù)定義统台，12 V時(shí)輸入1個(gè)單位負(fù)載的電流為1毫安啡邑，–7 V時(shí)為–0.8mA。這些值分別分為12 V和-7 V時(shí)切線的當(dāng)前截距值谤逼，最大值決定電路的nUL流部。在本例中，假設(shè)電路的輸入電流與電壓特性產(chǎn)生1.22個(gè)單位負(fù)載枝冀。
最大單位負(fù)載
標(biāo)準(zhǔn)RS-485驅(qū)動(dòng)器的最小輸出驅(qū)動(dòng)能力見(jiàn)TIA/EIA-485-a第4.2.3條耘子，該條規(guī)定了共模負(fù)載下至少1.5 V的差分輸出電壓拴还。圖4顯示了該測(cè)試電路的示意圖欧聘。
375歐姆電阻當(dāng)然是共模負(fù)載的一部分。不明顯的是怀骤，-7到12V的測(cè)試電壓實(shí)際上代表一個(gè)±7V的共模噪聲源和一個(gè)0到5V的負(fù)載本地電源電壓蒋伦。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)楸镜仉娫窗诖藴y(cè)試電路的單位負(fù)載確定中痕届。圖5顯示了插入“本地”接地作為單位負(fù)荷計(jì)算參考的共模測(cè)試電路。為了確定該測(cè)試電路的單位負(fù)載锤窑，我們繪制了A點(diǎn)或B點(diǎn)與圖5的“本地”接地之間的輸入電流與電壓的函數(shù)圖嚷炉，然后應(yīng)用前面描述的單位負(fù)載定義。如圖6所示申屹，我們發(fā)現(xiàn)切線截距處的電流在V=12V時(shí)為32mA，在V=-7V時(shí)為-32mA嚷那。根據(jù)定義杆煞，這分別表示32個(gè)單位荷載和40個(gè)單位荷載。
讀取器可能已經(jīng)注意到單元負(fù)載模型和驅(qū)動(dòng)器測(cè)試電路之間的差異湖员。我們只能假設(shè)這是TIA/EIA-485作者的疏忽或妥協(xié)瑞驱。經(jīng)測(cè)試，單位負(fù)荷模型應(yīng)包括一個(gè)12 kΩ電阻到0-5-V電源凳寺，而不是15 kΩ到a-3-5-V電源。如果我們使用這個(gè)修改后的定義肠缨，那么TIA/EIA-485-A的差分輸出電壓和共模負(fù)載測(cè)試可以確保一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器能夠在32個(gè)單元負(fù)載下工作。
nUL是斜率的證明
用f1（V）定義單位負(fù)載的輸入電流闻书，用f2（V）定義被測(cè)電路脑慧。單位載荷（nUL）的數(shù)量是
這些線方程意味著宫屠，nUL最大的輸入電流位于與點(diǎn)I=0 mA和V=-3 V（正電流）和I=0 mA和V=5 V（負(fù)電流）相交的線上焦除。
使用單位負(fù)載
除了復(fù)習(xí)解析幾何外，單位負(fù)荷的概念對(duì)數(shù)據(jù)交換電路的設(shè)計(jì)者有什么用？它主要提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)竭讳，用于計(jì)算最大連接數(shù)和指定可能線路電路的輸入特性。因?yàn)槲覀冎酪粋€(gè)驅(qū)動(dòng)程序在標(biāo)準(zhǔn)總線配置中支持32個(gè)單元負(fù)載灿渴，所以我們只需要將32除以節(jié)點(diǎn)總數(shù)（N）就可以得到最大值每個(gè)線路電路的單位額定負(fù)載胰舆。例如，如果要連接48個(gè)節(jié)點(diǎn)缚窿，則每個(gè)線路接收器或收發(fā)器的單位負(fù)載不得超過(guò)0.67（32/48）。
當(dāng)實(shí)現(xiàn)非標(biāo)準(zhǔn)總線配置時(shí)误续，單元負(fù)載也很有用。除了差分信號(hào)對(duì)的差分終端外蹋嵌，上拉和下拉電阻器通常連接到線路上，以在所有連接的驅(qū)動(dòng)器空閑時(shí)提供已知的總線狀態(tài)躏仇。用于此故障安全終端的電阻值通常約為1 kΩ腺办。如果是這樣，該終端將消耗32個(gè)單元負(fù)載的預(yù)算中的12個(gè)單元負(fù)載（12 V時(shí)為12毫安）册倒。這將為線路電路留下20個(gè)單位負(fù)載磺送；并且驻子，如果仍要連接48個(gè)節(jié)點(diǎn)估灿，則每個(gè)線路電路現(xiàn)在必須不超過(guò)0.42個(gè)單位負(fù)載（20/48）馅袁。德州儀器（TI）提供了許多選項(xiàng)，其中一些選項(xiàng)如表1所示汗销，用于支持大量RS-485總線連接。
結(jié)論
單位負(fù)載是一個(gè)相對(duì)參數(shù)叠骑，它為確定RS-485總線段的最大連接數(shù)或指定線路電路的輸入特性提供了依據(jù)削茁。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS-485驅(qū)動(dòng)程序?qū)⑻幚?2個(gè)單元負(fù)載，其中可能包括256個(gè)額定1/8單元負(fù)載的設(shè)備慰丛。
