RS-485之信号反射与终端电阻_资讯频道

RS-485之信号反射与终端电阻

时间：2018-01-03 15:59来源：ZLG致远电子

摘要：RS-485总线具有结构简单、成本低等优点，但各位工程师在组建RS-485总线网络时，为提升整个网络通信的可靠性，想必会经常会遇到一个问题：需不需要加终端电阻呢？本文将为你解答。

RS-485 总线具有结构简单、成本低等优点，但各位工程师在组建 RS-485 总线网络时，为提升整个网络通信的可靠性，想必会经常会遇到一个问题：需不需要加终端电阻呢？本文将为你解答。

1、终端电阻的作用
对于 RS-485 总线，终端电阻主要是为了匹配通信线的特性阻抗，防止信号反射，提高信号质量。

在组建 RS-485 总线网络时，通常使用特性阻抗为 120Ω 的屏蔽双绞线，由于 RS-485 收发器输入阻抗一般较高（例如 RSM485ECHT 输入阻抗为 96kΩ，最多可连接256个节点），在信号传输到总线末端时会由于受到的瞬时阻抗发生突变（以 RSM485ECHT 为例，阻抗由 120Ω 变为 96kΩ），导致信号发生反射，影响信号的质量。RSM485ECHT 在 1200m，500kbps 通信速率的情况下不加终端电阻和加终端电阻的波形如图 1和图 2所示，终端电阻明显改善了信号的质量。

图1 RSM485ECHT 1200m 500kbps 不加终端电阻

图2 RSM485ECHT 1200m 500kbps 加终端电阻

2、终端电阻带来的问题
终端电阻虽然可以提高信号质量，但还具有以下几个问题：

1）降低了驱动信号的幅值
RS-485 总线上的负载越大，RS-485 收发器输出差分电压幅值越低，RSM485ECHT 在 5m，500kbps 的情况下不加终端电阻和加终端电阻的波形如图 3和图 4所示，可以看出驱动信号在增加终端电阻后降低了 2V 左右。

图3 RSM485ECHT 5m 500kbps 不加终端

图4 RSM485ECHT 5m 500kbps 加终端

2）增大了通信线上的压降
增加终端电阻使通信线缆上的电流增大，产生了较大的压差，降低了接收端的信号幅值。RSM485ECHT 在 1200m,115.2kbps 首端和末端的信号波形如图 5和图 6所示（0.75mm2 通信线），末端信号与首端信号相比下降了 0.7V 左右。

图5 RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加终端电阻首端波形

图6 RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加终端电阻末端波形

3）增大了收发器的功耗
增加终端电阻对于接收状态时的工作电流影响不大，但会大大增加驱动状态时的工作电流。以 RSM485ECHT 为例，RSM485ECHT 处于接收状态时工作电流为 20m A左右，在驱动状态不加终端电阻时工作电流为 27mA 左右，在驱动状态加终端电阻时工作电流为 83mA 左右，可以看出终端电阻大大增加了 RS-485 收发器的功耗，对于有功耗要求的应用场合，应谨慎使用终端电阻。

4）降低总线空闲时的差分电压
如图 7所示为两个 RSM485ECHT 通信示意图。

图7 RSM485ECHT 通信等效示意图

当两个模块都处于接收状态时，可以根据基尔霍夫电流定律对节点A和节点B列出下列公式：

其中：RPUD 为 RSM485ECHT 内置上下拉电阻，120kΩ；RIN 为 RSM485ECHT 输入阻抗，96kΩ；根据上述公式可以计算 AB 之间的差分电压为：

由于 RSM485ECHT 的门限电平为-200mV～-40mV,所以在上述情况下，模块仍然输出高电平，保证总线空闲时不会误接收数据。但对于门限电平为 -200mV～+200mV 的 RS-485 收发器，输出电平为不确定状态，此时有可能误接收数据。

3、如何解决增加终端电阻后空闲状态的问题？
对于空闲状态的问题有两个解决方法：

1）使用类似 RSM485ECHT 的模块（门限电平为-200mV～-40mV），当 RS-485 总线的差分电压大于-40mV 时 RS-485 收发器的输出即为高电平。

2）使用 RSM485PCHT 或 RSM485PHT 等带有输出隔离电源的模块，可以通过在外部增加较小的上下拉电阻将 RS-485 总线的空闲状态时的电压拉到 +200mV 以上（一般要留有 100mV 或 200mV 以上的裕量），保证空闲时 RS-485 总线差分电压不处于门限电平范围内，但上下拉电阻值不能太小，一般总线上拉（或下拉）并联值要大于 375Ω。

4、什么时候需要加终端电阻？
1）通信速度低或者通信距离近的情况下建议不加终端电阻
通信速度低或者通信距离近的情况下，信号反射对通信信号的影响不大，而且不加终端电阻可以大大降低功耗，并且通过加较大上下拉电阻值即可保证 RS-485 总线空闲时具有较高的差分电压幅值，提高了通信的可靠性。

2）通信距离较长且通信速度较快，对信号质量要求较高的情况
此时可以增加终端电阻，防止阻抗突变引起的信号反射问题，提高信号质量，但应确保在总线空闲时总线的差分电压不处于门限电平范围内。

3）对功耗有要求且通信距离较长的情况
反射信号在总线上来回反弹，反射信号会逐渐消耗掉。对于串口通信，MCU 一般在一个位的中间时间对信号进行采样，由于低通信速度的情况下，每一个位的时间较长，所以在到达采样点时反射信号已被消耗掉，对通信已无影响。RSM485ECHT 在 1200m 9600bps 不加终端电阻首端和末端的波形如图8和图9所示，可以看出反射信号在到达每一个位中间前就已经被消耗掉了。

所以对 RS-485 的收发器的功耗有较高要求且通信距离较长的应用，应适当降低通信的速度。