為RS-485應用設計獨立型半雙工中繼器

工程師們經(jīng)常面臨的一個(gè)問(wèn)題是，如何為RS-485應用設計一款非數據速率依賴(lài)型半雙工中繼器。例如，通過(guò)給現有網(wǎng)絡(luò )添加分接頭，設計一款超出建議最大線(xiàn)纜長(cháng)度 (1200m) 的遠距離網(wǎng)絡(luò )，或者設計一款星型拓撲網(wǎng)絡(luò )。各種系統所使用的數據速率并不相同，從10 kbps到200 kbps，不一而足。

遠程節點(diǎn)之間的接地電位差(GPD)所產(chǎn)生的電壓，超出了大多數總線(xiàn)收發(fā)器的最大共模電壓范圍，因此必須在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)電子組件和總線(xiàn)之間實(shí)施電隔離。

《參考文獻1》中，線(xiàn)纜長(cháng)度與數據速率的對比特性表明，應使用1200m（4000英尺）的最大線(xiàn)纜長(cháng)度（圖1）。使用該長(cháng)度時(shí)，常用120-Ω、AWG24無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP)的電阻接近端電阻器值，并使總線(xiàn)信號擺幅減小一半（6 dB）。

圖1：線(xiàn)纜長(cháng)度與數據速率的關(guān)系

在RS-485技術(shù)文獻中，為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，收發(fā)器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)通常會(huì )介紹一種全雙工中繼器設計。但是，在遠距離傳輸網(wǎng)絡(luò )中，數千個(gè)儀表都使用全雙工線(xiàn)纜并不可取，因為線(xiàn)纜和配線(xiàn)都非常的昂貴。

為了實(shí)施一款更遠距離的半雙工模式遠距傳輸網(wǎng)絡(luò )，我們必須安裝一個(gè)半雙工中繼器。圖2顯示了一個(gè)系統結構圖。由于半雙工中繼器連接至兩個(gè)總線(xiàn)段，該中繼器必須包含兩個(gè)獨立的收發(fā)器，每個(gè)收發(fā)器都經(jīng)由信號隔離器連接至其各自總線(xiàn)，并連接至一個(gè)隔離于兩個(gè)收發(fā)器部分的控制邏輯。該控制邏輯及時(shí)關(guān)閉和開(kāi)啟中繼器的驅動(dòng)器和接收機部分。任意方向的發(fā)來(lái)數據信號都可對其初始化。

圖2：雙隔離半雙工中繼器總線(xiàn)擴展

兩種最為常用的時(shí)序控制方法是圖3所示單觸發(fā)電路和圖4所示時(shí)延反相緩沖器電路。為了確保正確的開(kāi)關(guān)行為，兩種方法都要求對上電和總線(xiàn)閑置以后的啟動(dòng)條件進(jìn)行定義。通過(guò)故障保護偏壓電阻器RFS可以完成這項工作，其在沒(méi)有收發(fā)器有效驅動(dòng)總線(xiàn)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)大于接收機輸入敏感度VFS> +200 mV的故障保護電壓VFS。

圖3:利用一個(gè)單觸發(fā)電路實(shí)施的收發(fā)器時(shí)序控制

圖4:利用一個(gè)反相緩沖器電路實(shí)施的收發(fā)器時(shí)序控制