RS-485基础知识：何时需要终止，以及如何正确进行终止

通信

RS-485网络的许多信号完整性和通信问题都源于终端的终止，无论是缺乏终端还是终端使用不当。在本系列的RS-485基础知识系列中，我将讨论何时可以不用终止RS-485网络就可以脱身，以及如果需要终止，如何使用标准（并行）终止和交流（AC）终止网络。
正如我在本系列的最后一部分中所讨论的那样，RS-485收发器的驱动器必须能够在32个单元负载和两个120Ω终端上驱动1.5V。我没有在文章中提到它，但是端接电阻的120Ω值源于双绞线总线的差模特性阻抗。简而言之，线规，绝缘类型和厚度以及每单位长度的扭曲数都构成了高速数据信号“看到”的阻抗。该阻抗以欧姆表示，对于双绞线电缆，通常范围为100Ω至150Ω。RS-485标准的编写者选择120Ω作为标称特性阻抗；因此，为了匹配该阻抗，终端电阻也具有默认值120Ω。
为什么存在终止网络
将电缆的特性阻抗与终端网络相匹配，可使总线末端的接收器看到最大信号功率。通过使传输线不端接或端接不等于电缆阻抗的值，将导致不匹配，从而在网络末端产生反射。反射是信号的某些能量从字面上返回沿线路返回的位置，然后可以相长或相消地干扰沿总线传播的下一位。一个具有破坏性的示例是，反弹回来的反射信号与输入信号异相，导致接收器看到较小的输入信号。如果不匹配足够大，
公式1显示，为使反射系数接近零，输入阻抗Z L需要与源阻抗Z S相匹配。如果负载和源阻抗存在很大差异，则几乎整个信号都可以反射。

如您所见，为获得最佳信号完整性，始终最好将AC线阻抗与相等值的终端匹配。为什么不是所有的设计师都想这样做？由于添加终端网络会增加整个系统的成本，并且这些终端网络还会给驱动器增加并行负载，从而导致更大的稳态负载电流。在降低功耗至关重要的对功耗敏感的应用中（例如在电池供电的应用中），一种节省功耗的方法是保持总线不被端接。让我们讨论一下何时删除终止是可行的选择。
不需要终止的网络
不需要终端网络的一种情况是网络的双向环路时间远大于单个位时间（〜<0.1×双向环路延迟）。在这种情况下，每次反射到达网络末端时，它们都会损失能量。
从图1中可以看到，每次信号在电缆末端反射时，反射的幅度将继续衰减。图1显示了信号的三个往返行程和总共六个反射。

图1 ：每次发生反射时反射衰减的幅度

估计总线的未端接输入阻抗为96kΩ（单位负载的八分之一），驱动器的源阻抗为60Ω，根据表1中列出的计算，信号反射将衰减。

表1 ：信号衰减计算示例

如表1所示，到信号第六次反射时，它已经衰减到其原始幅度的4％以下。在此之后，可以肯定地说，反射不再能够引起信号完整性问题。由于一个位的采样点通常出现在整个位的50-75％之间，因此您需要确保这三个往返延迟发生在采样点之前。
需要终止的网络
对于应用，其中所述位时间不大于电缆的循环时间显着更长，终止是用于最小化反射的关键。最基本的端接网络，称为标准端接或并行端接网络，由单个电阻器组成（图2）。

图2 ：标准终端网络

对于标准端接，请将端接电阻器的值与网络两端电缆的差模特性阻抗相匹配。这样可以确保在总线上双向传输的信号正确终止。如前所述，这种端接方案的主要缺点是，只要驱动器处于活动状态，电阻就会在驱动器上施加直流（DC）负载。
使用AC端接有助于减轻这种功耗，而对总线长度的比特时间要求不那么长。图3显示了AC端接方案。

图3 ：交流终端网络

由于电流通常从RS-485驱动器的一侧流过终端网络，然后再通过驱动器的另一侧，通过放置串联电容器，稳态电流变为零。这种端接的两个注意事项是，每个端接网络都需要一个额外的组件，并且串联电阻和电容会引入一个电阻-电容（RC）延迟。RC时间常数将减慢差分信号的上升和下降沿，并限制网络的最大数据速率。
表2总结了三种终止方案。

表2 ：终止技术摘要

为了获得最佳信号完整性，始终最好将电缆的差模特性阻抗与相等阻抗的终端匹配。但是，如果采取适当的步骤，也可以成功实现AC端接或完全避免端接。