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RS-485 数据速率独立型半双工中继器设计

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  3、 正确计算时间常量 RD × CD,以使该单触发电路输出在整个数据包时间期间都保持高态。

  4、 在单触发时间常量期间,DR2 始终驱动总线。XCVROUT 代表总线 上远程收发器的接收机输出状态。请注意,DR2 被激活时,上拉电阻器 RPU 拉高未激活接收机 (RX2) 的输出,以使 RX1 保持激活状态。

  这种解决方案的缺点是,R-C 时间常量取决于数据包长度和发送信号的数据速率。另外,单触发电路易受噪声瞬态的影响,容易引起伪触发和中继器故障。

  不过,单触发电路常用于接口桥接,例如:RS-232 到RS-485转换器等。这些转换器直接把 RS-485 网络连接至老式 PC 或者 RS-232 控制机器的 RS-232 端口。

  有一种更加稳健和不依赖于数据速率的方法可以替代单触发电路,即通过一种具有不同充电和放电时间的反相施米特 (Schmitt) 触发缓冲器,实现时序控制。优先原则是在逻辑低状态期间主动驱动总线,并在逻辑高状态期间关闭驱动器。然后,根据逐位原则开启和关闭序列,从而使中继器功能独立于数据速率和数据包长度。

  完整执行一遍反相器控制中继器的功能运行顺序(此处以数字编号,请参见图4),可以清楚地说明其运行过程:

  1、 在总线闲置期间,由于 VFS,两个中继器端口的接收机输出均为高。延迟电容 CD 获得完全充电,驱动反相器输出为低态,以使收发器维持在接收模式下。

  2、 之后,总线 出现一个低位,驱动RX1输出为低电平,快速对 CD 放电,并激活驱动器 DR2。

  3、 当总线电压变为正(VBus>

  200 mV)时,RX1 输出变为高,其驱动 DR2 输出为高,并通过 RD 对 CD 缓慢充电。必须正确计算最小时间常量(RD × CD),以使最大电源电压 VCC(max) 和最小正反相器输入阈值VTH+(min) 时,延迟时间tD 超过驱动器最大低到高传播延迟 tPLH(max),即超出 30%。例如,电容为 CD = 100 Pf 时,RD 的要求电阻值为:

  4、 根据延迟时间 (tD) 与实际数据位间隔时间的对比情况,延长驱动器激活时间,以在总线建立有效的高态信号。需在从发射模式切换至接收模式以前完成这项工作,目的是让接收机输出始终保持高态。由于接收机传播延迟短于驱动器,因此接收机不可能变为低态,即使是一瞬间的低态都不可能。驱动器一旦关闭,外部故障保护电阻器便将总线 mV 以上,其被活跃接收机看作是一个定义高电平。

  5、 某个总线 V,高位之初时延 (tD) 的 VOD

  1.5 V,此时,总线 的差动输出电压为 VOD = VFS

  +200 mV。之后,其余高位 VOD = VFS

  此外,XCVROUT代表总线 上远程收发器的接收机输出状态。传统中继器设计的数据速率通常被限制为 10 kbps,更短传播延迟的一些现代收发器拥有高达 100 kbps 以上的数据速率。

  为了简便起见,到目前为止,中继器讨论始终都没有涉及电隔离这一重要内容。但是,在一些远距传输网络(中继器的主要应用领域)中,网络节点之间的大接地电位差 (GPD) 很是常见。这些 GPD 以收发器输入强共模电压的形式存在,如果不实施电隔离,它们会对器件产生破坏力。当收发器总线电路隔离于其控制电路时,总线系统独立于本地节点的接地电位。

  图 2 显示了隔离于节点控制电路的总线节点驱动器和接收机部分。但是,就中继器而言,必须使用双隔离,因为内部控制逻辑必须隔离于总线 和总线。另外,两个总线 显示了实施这种隔离的一个中继器电路,表1列出了其材料清单 (BOM)。电路使用两个经过隔离的RS-485收发器,每个收发器都要求一个单独的隔离电源 VISO,其源自于控制部分的中央 3.3V 电源(请参见图 6)。

  中继器可用作总线扩展器或者分接头延长器。用作总线扩展器时,中继器构建一个总线的末端和另一个总线的开端。这样可以在两个端口固定安置故障保护电阻器和端接电阻器。但是,当中继器用作分接头延长器时,它可以放置在网络的任何位置。这时,应去除连接总线的端口的电阻器,但是仍然保留分接头端口的电阻器。

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