高速RS-485設(shè)計之信號衰減和關(guān)鍵收發(fā)器的可靠高速傳輸

高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的趨勢繼續(xù)推動在更長的傳輸距離上以及在不斷變化的條件下，包括電噪聲環(huán)境，大的地電位差和較高的工作溫度下，要求更高的數(shù)據(jù)速率。將可靠的高速傳輸推向臨界點的主要應(yīng)用包括：
本文為高速RS-485設(shè)計的系統(tǒng)設(shè)計人員提供了標(biāo)準(zhǔn)和高速RS-485網(wǎng)絡(luò)的概述。我們首先檢查總線上的信號衰減和關(guān)鍵收發(fā)器對可靠高速傳輸?shù)囊?，然后總結(jié)系統(tǒng)和總線節(jié)點設(shè)計的設(shè)計技巧以及一組通用的高速設(shè)計指南。
RS-485標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)
EIA / TIA-485通常稱為RS-485標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了用于平衡（對稱）數(shù)字多點系統(tǒng)的驅(qū)動器和接收器的電氣特性（見圖1）。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通常覆蓋很長的距離，并使用單根雙絞線電纜來降低布線成本。這些網(wǎng)絡(luò)以半雙工模式運行，這意味著總線節(jié)點通過同一根電纜發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。半雙工網(wǎng)絡(luò)的一個局限性在于，主節(jié)點只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，而不能同時發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。全雙工配置中的主機可以同時通過發(fā)送總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到節(jié)點，并通過接收總線從節(jié)點接收數(shù)據(jù)。

圖1多點系統(tǒng)允許在同一總線上直接連接多個收發(fā)器
時間緊迫的網(wǎng)絡(luò)使用全雙工配置，其中主節(jié)點可以同時在不同的電纜上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于減少了等待時間，該方法提高了數(shù)據(jù)吞吐量，但也使電纜連接需求增加了一倍。多點系統(tǒng)通常以低于2Mbps的數(shù)據(jù)速率使用。
RS-485高速網(wǎng)絡(luò)
高速和超高速數(shù)據(jù)鏈路通常使用更簡單的網(wǎng)絡(luò)配置（請參見圖2）。
當(dāng)需要高數(shù)據(jù)吞吐量時，將應(yīng)用單點對點鏈接。
并行數(shù)據(jù)鏈路通常在已建立的小型計算機串行接口（SCSI）應(yīng)用程序中找到，該應(yīng)用程序具有多個高速通道，同步數(shù)據(jù)系統(tǒng)傳輸時鐘和數(shù)據(jù)以及解串器到串行器接口。
多點鏈接用于惡劣環(huán)境下的舊式RS-422應(yīng)用程序和時鐘分配網(wǎng)絡(luò)。
在要求低延遲和高數(shù)據(jù)吞吐量的應(yīng)用中需要全雙工點對點鏈接。
半雙工點對點鏈路降低了布線成本，同時確保了對應(yīng)用程序的高數(shù)據(jù)速率而沒有嚴(yán)格的延遲要求。

圖2高速應(yīng)用程序的通用數(shù)據(jù)鏈路配置
抖動引起的信號衰減
高速RS-485數(shù)據(jù)鏈路的電纜長度受到限制，這是因為信號會以抖動的形式降級。驅(qū)動器和接收器脈沖偏斜以及與模式相關(guān)的電纜偏斜都是導(dǎo)致信號抖動的原因。

圖3由于驅(qū)動器和接收器偏斜導(dǎo)致的總脈沖失真
驅(qū)動器和接收器脈沖偏斜是驅(qū)動器和接收器的上升沿和下降沿的傳播延遲之差（tSKEW = | tPLH – tPHL |）。圖3顯示，這種偏斜決定了驅(qū)動器的單端輸入和差分輸出之間以及接收器的差分輸入和單端輸出之間發(fā)生的脈沖失真?？偯}沖失真是信號路徑中通過Tx和Rx的偏斜之和。圖3中的值顯示所有Intersil 40Mbps收發(fā)器的總最大脈沖失真為±12％。