揭开 PROFIBUS-DP 物理层的面纱

的命名应该进一步打碎您的期望。您可能已经注意到图 1 中使用相反的引脚名称。在大多数通用型 RS485 收发器中，引脚 A 是同相接收器输入 （和同相驱动器输出），而引脚 B 则是反相接收器输入 （和反相驱动器输出），这相对于接收器输出和驱动器输入。然而，PROFIBUS 标准描述总线极性的方式使引脚 B 和 A 与上面的 RS485 恰好相反。为什么不一致呢？ 原始的 TIA/EIA-485-A 标准在其相对于逻辑信号功能的总线极性定义中有不明确的地方，所以 RS485 IC 设计师几乎总是以一种方式解释规范，而其他人则以不同的方式解释。这对您来说意味着什么呢？ 尤其当您同时拥有 RS485 和 PROFIBUS-DP 项目时，那就是在把收发器总线引脚映射到连接器时必需特别注意。

根据现成有售定义不明确收发器的数量来看，差分驱动器输出电压 （VOD） 也许是 PROFIBUS-DP 的物理层中误解最大 （或者最有意忽略的） 规格指标。RS485 规定 A 和 B 线之间的 VOD 应为 1.5V 至 5V （峰值差分，利用一个介于 A 和 B 之间的 54? 电阻器在驱动器端子上测量）。然而，PROFIBUS-DP 则规定 VOD 应为 4V 至 7V （峰至峰差分，在电缆的远端上测量，而且在电缆的每一端上具有终端）。显然，这些要求是大相径庭的。

一种常见的误解是：如果一个 RS485 驱动器简单地在一个 54? 负载两端产生高于 2.1V 的电压，那么当与 PROFIBUS-DP 终端网络一起使用时，它将满足 PROFIBUS-DP 的要求。然而，情况并非总是如此。RS485 驱动器的强度可能过高并超过 7VPP PROFIBUS-DP 限值。换言之，要注意再普通不过的 "PROFIBUS" 兼容型 RS485 收发器只规定了一个 VOD 最小值 （即：2.1V），而没有规定最大值。确保 PROFIBUS-DP VOD 相符性的最佳方法是利用一个 PROFIBUS 负载来测试收发器。图 2 示出了怎样利用一个 PROFIBUS-DP 负载和一些串联电阻 （以模拟电缆损耗） 来测试 LTC2877 坚固型 PROFIBUS RS485 收发器，图中的 VOD （蓝色曲线） 是利用在 "电缆的末端" （A’ 和 B’） 采集的测量数据生成的，以确保真正地满足了 PROFIBUS-DP 规范要求；另外，LTC2877 也利用 RS485 负载进行了全面测试，以确保 VOD 与这两种标准的兼容性。

图 2：采用一个 PROFIBUS-DP 负载来测试 LTC2877 差分输出电压 （VOD）

保护 PROFIBUS-DP

当谈到减轻噪声、故障、静电放电 （ESD）、电性快速瞬变 （EFT） 或浪涌时，TIA/EIA-485-A 标准所做的规定非常之少，这就为收发器制造商和系统设计师实施他们自己的保护方法留出了空间。尽管这样具有灵活性，但是人们都对严酷环境所造成的危害太熟悉了 （电缆必须经常蜿蜒穿梭其中），并且期待在 PROFIBUS-DP 收发器中拥有某种最低限度的内置保护功能。虽然保护要求因应用而异，可是 LTC2877 （示于图 3） 凭借异常高的电气保护等级单枪匹马地全面满足了市场要求。

图 3：LTC2877 提供多种保护等级

TIA/EIA-485-A 标准规定：一个网络上两部设备之间的接地漂移在操作过程中可大至 –7V 至 +12V。不过，许多 PROFIBUS-DP 装置会容易地遇到远大于此的电压，倘若这些总线电压被超过了哪怕几伏，普通的 PROFIBUS-DP 收发器也会因此受到严重的损坏。PROFIBUS 常用于 24V 系统，在此类系统中把 "标准的" RS485 设备短接至 24V 可能是致命的。LTC2877 中的接收器具有一个 –25V 至 +25V 的扩展共模范围，从而使 LTC2877 能够安全经受大的共模电压，并且不受干扰地继续传输和接收数据。过压容差有限的收发器使得难以在不干扰适当数据网络性能的情况下实现有效的外部保护网络。用具有 ±60V 过压保护功能的 LTC2877 替代常见的 PROFIBUS-DP 收发器能够容易地消除由于过压故障引起的现场失效，并不需要采用昂贵的外部保护器件。

不言而喻，PROFIBUS-DP 收发器确实是系统的第一道防线，而且必需能够保护他们自身免受各种不同级别电过应力的损坏，特别是最常遇到的形式，即 ESD 冲击。虽然某些 PROFIBUS 收发器在未通电时在其总线引脚上提供了至 15kV 的 ESD 保护，但是 LTC2877 上的总线引脚则在未通电或通电以及任何操作模式中提供了 ±26kV HBM 保护等级 （相对于地或任一个电源），并不会发生锁断或损坏情况。此外，当未通电时，还为总线引脚提供了针对 ±52kV 巨大对地电压的保护作用。这种令人印象深刻的 ESD 保护等级仅仅是 LTC2877 坚固性的一个证明。

电过应力的另一种形式是 EFT，根据 IEC 6100