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RS485通讯原理.doc

RS485通讯原理

qiu利新
2017-10-24 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《RS485通讯原理doc》,可适用于外语资料领域

RS通讯原理RS串行数据通信协议及其应用串行数据通信的协议从RS到千兆位以太网虽然每种协议都有特定的应用领域但任何情况下我们都必须考虑成本和物理层PHY性能。本文主要介绍RS协议及该协议所适合的应用。同时给出了根据电缆长度、系统设计以及元件选择来优化数据速率的方法。传输协议什么是RS,Profibus又是什么,与其它串行协议相比它们的性能如何,适用于哪些应用,为了回答这些问题我们对RS物理层PHY、RS和RS的特性、功能进行了总体比较本文中的RS表示ANSIEIATIA标准。RS是一个最初用于调制解调器、打印机及其它PC外设的通讯标准提供单端kbps的波特率后来速率提高至Mbps。RS的其它技术指标包括:标称V发送电平、V接收电平间隔符号、V共模抑制、pF最大电缆负载电容、最大驱动器输出电阻、k最小接收器负载阻抗、英尺典型值最大电缆长度。RS只用于点对点通信系统不能用于多点通信系统所有RS系统都必须遵从这些限制。RS是单向、全双工通信协议适合嘈杂的工业环境。RS规范允许单个驱动器与多个接收器通信数据信号采用差分传输方式速率最高可达Mbps。接收器共模范围为V驱动器输出电阻最大值为接收器输入阻抗可低至k。RS标准RS是双向、半双工通信协议允许多个驱动器和接收器挂接在总线上其中每个驱动器都能够脱离总线。该规范满足所有RS的要求而且比RS稳定性更强。具有更高的接收器输入阻抗和更宽的共模范围V至V。接收器输入灵敏度为mV这就意味着若要识别符号或间隔状态接收端电压必须高于mV或低于mV。最小接收器输入阻抗为k驱动器输出电压为V最小值、V最大值。驱动器能够驱动个单位负载即允许总线上并联个k的接收器。对于输入阻抗更高的接收器一条总线上允许连接的单位负载数也较高。RS接收器可随意组合连接至同一总线但要保证这些电路的实际并联阻抗不高于个单位负载。采用典型的AWG双绞线时驱动器负载阻抗的最大值为即个单位负载并联个终端匹配电阻。RS已经成为POS、工业以及电信应用中的最佳选择。较宽的共模范围可实现长电缆、嘈杂环境如工厂车间下的数据传输。更高的接收器输入阻抗还允许总线上挂接更多器件。Profibus和Fieldbus总线主要用于工业设备是RS总线的扩展。用于工业环境的传感器测量、激励控制、数据采集显示以及过程控制系统与传感器、激励源网络之间的数据通信。注意:老式或现有的工业设备布线架构比较复杂不可替换。Profibus和Fieldbus是对系统的整体描述。RS支持Profibus和Fieldbus协议的物理层接口标准。Profibus与Fieldbus存在细微的差异Profibus要求V的最小差分输出电压的负载电阻Fieldbus则要求V的最小差分输出电压的负载电阻。Profibus传输速率为MbpsFieldbus的传输速率为kbps。Profibus应用对摆率和电容容限要求比较严格。最适合的应用领域,RS:用于与调制解调器、打印机及其它PC外设之间的通信。最大电缆长度为英尺典型值。RS:适用于单主机驱动器工业环境。典型应用包括:过程自动化化工、酿造、造纸、工厂自动化汽车制造、金属加工、HVAC、安防、电机控制、运动控制等。RS:适用于多主机驱动器工业环境。其典型应用与RS相似包括:过程自动化化工、酿造、造纸、工厂自动化汽车制造、金属加工、HVAC、安防、电机控制、运动控制。哪些因素限制了RS的数据速率,在指定的传输距离下下列因素限制了传输速率:电缆长度:在特定频率下信号强度会随着电缆长度而衰减。电缆架构:类AWG双绞线是RS系统最常用的电缆屏蔽电缆可大大增强噪声抑制能力提高了一定距离下的数据传输速率。电缆特性阻抗:分布电容和分布电感会降低信号的边沿速度从而降低噪声裕量、补偿“眼图模板”特性。分布电阻直接导致信号电平的衰减。驱动器输出阻抗:阻抗过高会限制驱动能力。接收器输入阻抗:阻抗过低会限制与驱动器通信的接收器数量。终端匹配:长电缆可看作传输线。电缆上应接阻值等于电缆特性阻抗的终端匹配电阻可以降低信号反射并提高数据速率。噪声裕量:越大越好。驱动器摆率:降低边沿速率降低信号摆率允许采用较长的电缆进行通信。经验数据了解了以上相关的背景知识接下来我们研究一个实际系统如图所示。图中所示电缆是RS系统最为常用的一种:EIATIAANSI类双绞线。在长度为英尺至英尺的电缆上可以获得的数据速率为Mbps至Mbps。图测试装置系统设计人员经常从两个不同厂商选择驱动器和接收器多数设计人员最关注的是RS驱动器的传输距离和速度。Maxim驱动器这里指MAX与其它制造商的驱动器性能比较如图、所示。图图在特定比特率、电缆长度下的抖动特性抖动是在mV差分信号下测量的图在特定比特率、电缆长度下的抖动指标抖动是在V差分信号下测量的通过观察驱动器的差分输出信号的完整性利用示波器确定mV与mV之间的翻转门限由于接收器具有mV至mV的输入范围和噪声裕量因此选取这一门限范围。然后当脉冲比特开始“传送”时用眼图确定失真度、噪声以及码间干扰ISI。ISI指标限制了比特率以保证系统能够在脉冲之间识别出传输数据。对图电路的测试结果表明翻转门限与眼图模板之间具有相关性。该眼图模板存在的抖动按照NationalSEMIconductor的应用笔记所介绍的方法进行测量。测量V差分信号和mV差分信号下的抖动得到图和图所示数据。图Maxim的MAX与其它RS驱动器件的眼图对比图MAX的眼图对于一个点到点通信系统从mV差分信号图或V差分信号图下的测试结果可以看出比特率与电缆长度的关系。mV和mV门限能够正确切换差分信号大于mV的信号因此该门限值可确保接收器正确接收数据图数据仅适用于可在V差分输入下切换的理想接收器。眼图和故障模式采用英尺的类电缆给出了Mbps传输速率下的驱动图器输出眼图图中信号从“眼”的中间穿过这种情况表明可能出现误码。然而在相同数据速率下Maxim公司的器件不会出现这种情况图。Maxim的收发器具有对称的输出边沿和较低的输入电容性能良好。采用上述测试对两款驱动器进行比较。当数据速率较高、电缆较长时Maxim驱动器的性能更出色。图给出点对点网络中Maxim器件的传输速率和距离的估计值。根据经验所产生的误码大致符合抖动极限的要求。各方研究数据在工业领域通常可接受的传输距离和数据速率的最大值分别为英尺和Mbps当然这两个值不能同时满足。然而利用最新器件和精细的系统设计可在较长的电缆下实现较高的数据吞吐率。预加重是一种改善数据速率与距离间关系的技术可用于RS通信图。采用英尺电缆工作在Mbps固定数据速率没有预加重驱动器或均衡接收器的RS收发器通常具有的抖动。在相同速率下增加驱动器预加重可使距离加倍达到英尺而且不会提高抖动。同样距离一定时采用预加重能提高数据速率。速率为kbps电缆长度为英尺时无预加重的驱动器通常具有的抖动。而采用预加重可使该距离下的传输速率提升至kbps。图数据速率与电缆长度的关系图另一种估算可靠传输的最大电缆长度的方法是:利用类电缆制造商提供的幅度衰减与频率的关系表。根据通用规则电缆工作时最大允许的信号衰减是dBV。该数值结合厂家提供的衰减数据计算出给定频率下的最大电缆长度。应用技巧RS收发器具有多种改善系统性能的特性:预加重上文所述:降低码间干扰降低接收器单位负载:低负载器件可低至单位负载允许总线上挂接最多个器件。这种器件还可降低总线负载从而允许较长的电缆和较高的传输速率。高速器件:目前可提供数据速率高达Mbps的驱动器这种高速器件须特别注意保持低传输延迟和低偏差。ESD保护:ESD保护不会提高数据速率但会改善系统工作或数据速率为开路时的可靠性。目前能够提供kV的内置ESD保护。正确的接线:RS用于差分传输除地线外还需要两条信号线来传输数据通常为AWG双绞线。这两条信号线传送极性相反的信号大大减少了EMI辐射和EMI干扰问题。电缆的特性阻抗一般为这也是电缆末端终端匹配电阻的阻值―目的在于降低反射和其它线路的影响。图、图给出了正确的系统连接。图单发单收网络图多机收发网络结论综上所述RS网络可在噪声环境下实现可靠的数据传输。设计系统时需要对数据速率、电缆长度进行折衷考虑能够在几百米长的电缆上实现高于Mbps的数据速率而不需使用任何中继器

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