信號鏈基礎知識之設計用RS-485的2-4線(xiàn)轉換器

作者：時(shí)間：2013-02-19 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/259873.htm

多點(diǎn)數據通信網(wǎng)絡(luò )，例如：Profibus、Modbus和BACnet等通常均要求具備RS-485雙線(xiàn)、半雙工總線(xiàn)系統與四線(xiàn)、全雙工總線(xiàn)系統通用性。這些系統可以擴展至數百米長(cháng)，并承受較大的接地電位差(GPD)。這些電位差會(huì )超出收發(fā)器的共模電壓范圍，對器件造成損壞。為了消除GPD，我們利用電隔離型收發(fā)器，將總線(xiàn)節點(diǎn)的控制電子組件隔離于連接總線(xiàn)的實(shí)際收發(fā)器級。圖1顯示了使用2-4線(xiàn)轉換器的混合網(wǎng)絡(luò )的結構圖。

圖1：2-4線(xiàn)轉換器可確保半雙工系統和全雙工系統之間的通用性

為了使轉換器運行不依賴(lài)于數據速率，我們通過(guò)總線(xiàn)的邏輯狀態(tài)來(lái)控制轉換器驅動(dòng)器和接收器的開(kāi)啟和關(guān)閉?？偩€(xiàn)驅動(dòng)是以每比特間隔，從而讓轉換器運行獨立于信號數據速率。

簡(jiǎn)單的控制邏輯可確保驅動(dòng)器D1和D2僅由相反接收器（也即R1或者R2）輸出的邏輯低激活啟用。因為接收器輸入端存在VFS>200 mV的總線(xiàn)故障保護電壓，所以在總線(xiàn)閑置期間，兩個(gè)接收器輸出均為邏輯高。逆變器柵極將該邏輯高電平反向為低態(tài)，并在關(guān)閉驅動(dòng)器的同時(shí)啟用接收器。

在半到全雙工方向（圖2：自左向右），R1輸入端的負總線(xiàn)電壓激活驅動(dòng)器D2，并對驅動(dòng)器輸入使用低態(tài)。D2通過(guò)以一個(gè)負輸出電壓驅動(dòng)傳輸總線(xiàn)來(lái)做出相應的響應。當R1輸入的總線(xiàn)電壓變?yōu)檎龝r(shí)，D2立即失效。但是，它的輸出卻為高電平，原因是故障保護偏置電阻器RFS形成總線(xiàn)電壓VFS。

（請注意，在整個(gè)運行期間，R2的輸出始終保持高電平，確保R1保持有效而D1保持無(wú)效。）

圖2：半雙工到全雙工方向的轉換器時(shí)序

在全到半雙工方向（圖3：自右向左），R2輸入端的負總線(xiàn)電壓激活驅動(dòng)器D1，并給驅動(dòng)器輸入施加低態(tài)。D1通過(guò)以一個(gè)負輸出電壓驅動(dòng)雙線(xiàn)總線(xiàn)做出相應的響應。當R2輸入的總線(xiàn)電壓變?yōu)檎龝r(shí)，D1經(jīng)一段延遲時(shí)間后失效。在該延遲時(shí)間內，D1在出現高阻抗前使用一個(gè)負電壓驅動(dòng)總線(xiàn)，以防止R1輸出端出現開(kāi)關(guān)瞬態(tài)。

我們建議，RD●CD時(shí)間常量產(chǎn)生的最小延遲時(shí)間應為驅動(dòng)器最大傳播延遲的1.3倍，以補償組件值、逆變器閾值和電源電壓的容差。在給定的電容條件下，可通過(guò)方程式1確定要求的RD值：

其中，tPLH-max為驅動(dòng)器D2的最大低到高傳播延遲，VIT+ min為施密特觸發(fā)逆變器的最小正輸入閾值，而VCC-max為最大供電電壓。

在D1失效以后，因為有故障保護偏置電阻器RFS形成的總線(xiàn)電壓VFS其輸出仍為高電平。當R2輸入端的總線(xiàn)電壓恢復負時(shí)，由于CD通過(guò)放電二極管DD快速放電D1立即被激活。圖3所示時(shí)序圖顯示，半雙工總線(xiàn)上一個(gè)遠程接收器（此處以R表示），將負總線(xiàn)電壓轉換為一個(gè)低比特。一個(gè)高比特由一個(gè)低主驅動(dòng)正總線(xiàn)電壓和剩余故障保護電壓VFS組成。