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RS-485网络设计降低功耗问题

时间:01-26 来源:电子产品世界 点击:

 终端电阻可以消除因阻抗不匹配而产生的反射干扰,不过其代价是消耗功率,为降低功耗,在匹配技巧方面可采取以下措施:

1)、无终端电阻

  减小功耗的第一种办法就是取消终端匹配电阻。不过这种方案只适合短距离、低速率传输,保证在数据信号达到接收器之前反射信号消失。根据经验,如果信号的上升时间至少比信号在电缆通道单方向传输延迟时间长3倍,则可以采用不加终端电阻的方法。利用该准则,按照下列步骤,可以计算出不加终端匹配电阻时,电缆的最大长度。

第一步:首先查找到信号在电缆中传输速率(通常由电缆厂商提供),该参数以光速(真空中,c=3×108)的百分比表示。对于标准的绝缘型PVC电缆(内部为24号AWG双绞线)其典型速率为8英寸/ns。

第二步:对于RS-485收发器,从其产品资料查找出最小的上升时间(tr min)。例如,MAX3471的上升时间为750ns。

第三步:将最小上升时间除以4。对于MAX3471,有:tr min/4=750/4=187.5ns。

第四步:计算不需要采用匹配电阻时,能可靠传输信号的电缆最大长度:187.5ns/8英寸/ns=125英尺

 因此,MAX3471在125英尺无电阻匹配的电缆中以64kbps速率收发数据时,可以保持良好的传输性能。图4说明了当用100英尺长无电阻匹配电缆替换1000英尺长具有两个120Ω终端匹配电阻的电缆后,MAX3471的功耗大大减小。

2)、肖特基二极管"匹配"

 当受到功耗限制时,肖特基二极管提供了另外一种终端连接方法。与前面介绍的方法不同的是,它并不打算与电缆线匹配,而是简单地把反射信号引起的过压或欠压信号进行钳位。其结果是,总线或接收器输入端电压信号被限制在VCC+VFD(二极管正向导通电压)或GND-VFD范围内。由于肖特基二极管仅在电压过冲时起作用,因此它们消耗很少一点能量。相反,采用电阻匹配时(无论加不加失效保护电阻)都一直在消耗电流。图5为利用肖特基二极管消除反射的连接方式。虽然该终端连接法不具有失效保护功能,但如果选用了如MAX3080、MAX3471这类收发器可以实现上述功能。

 在众多类型的二极管中,肖特基二极管特性最接近理想二极管,但是,肖特基二基管"匹配"法并不能消除RS-485/422系统中所有的反射信号。因为一旦反射信号减弱到低于二极管正向导通电压,其能量就不再受终端二极管的影响,且会一直在电缆中存在,直到其能量被电缆消耗尽为止。采用肖特基二极管终端连接法的另一个缺陷是成本问题。由于每根终端线需要两个二极管,而RS-485/422总线采用差动方式,因此需要的二极管数目还要再加倍,使系统成本提高。

结语

 在高速、长距离通讯的RS-485系统中,由于需要终端匹配电阻,因此很难实现低功耗。如果采用具有"失效保护"功能的收发器,可节省功耗;另外依靠软件对数据通讯结构优化,让发送器在数据发送完毕之后进入关闭模式或关闭驱动器能进一步减小功率消耗。

作者MAXIM公司 Uwe Brockelmann, Ted Salazar

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