RS-485 基础知识：何时需要终止，以及如何正确进行

RS-485 网络的许多信号完整性和通信问题都源于端接，无论是缺少端接还是端接不当。在 RS-485 基础系列的这一部分中，我将讨论我们何时可以在不终止RS-485网络的情况下摆脱困境，以及如果我们需要终止，如何使用标准(并联)终端和交流 (AC) 终端网络。

RS-485 收发器的驱动器必须能够在 32 个单位负载和两个 120Ω 终端上驱动 1.5V。我在帖子中没有提到它，但端接电阻器的 120Ω 值源于所谓的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捻数都会影响高速数据信号“看到”的阻抗。该阻抗以欧姆表示，双绞线电缆的典型范围为 100Ω 至 150Ω。RS-485标准的编写者选择120Ω作为标称特性阻抗;因此，为了匹配这个阻抗，终端电阻的默认值也为 120Ω。

为什么存在终端网络

将电缆的特性阻抗与终端网络相匹配，使总线末端的接收器能够看到最大的信号功率。通过使传输线未端接，或以不等于电缆阻抗的某个值端接，我们将引入不匹配，从而在网络末端产生反射。反射是信号的一些能量从字面上返回线路的地方，然后可以建设性或破坏性地干扰沿总线传播的下一个比特。一个破坏性的例子是，如果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。如果失配足够大，

等式 1 表明，对于反射系数，要接近零，输入阻抗 Z L需要与源阻抗 Z S匹配。如果负载和源阻抗存在较大差异，则几乎整个信号都可以反射。

如我们所见，为了获得最佳信号完整性，最好始终将 AC 线路阻抗与相等值的终端匹配。为什么不是所有的设计师都想做这个?因为添加终端网络会增加整个系统的成本，而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功率敏感型应用中(例如在电池供电的应用中)，节省功率的一种选择是使总线保持未端接。让我们讨论何时删除终止是一个可行的选择。

不需要终止的网络

不需要终止网络的一种情况是网络的双向循环时间远大于单个位时间(~0.1×双向循环延迟)。在这种情况下，反射在每次到达网络末端时都会损失能量。

从图 1 中可以看出，每次信号在电缆末端反射时，反射幅度都会继续衰减。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

估计总线未端接端的输入阻抗为 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，信号反射会衰减。

表1 ：信号衰减计算示例

如表 1 所示，当信号第六次反射时，它已衰减到其原始幅度的 4% 以下。在这一点之后，可以肯定地说反射不再能够导致信号完整性问题。由于位的采样点通常发生在位的 50-75% 之间，因此我们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

对于位时间不长于电缆环路时间的应用，端接对于最小化反射至关重要。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，我们可以将端接电阻值与网络两端电缆的差模特性阻抗相匹配。这可确保正确终止总线上双向传输的信号。正如我之前提到的，这种类型的端接方案的主要缺点是，只要驱动器处于活动状态，电阻器就会在驱动器上施加直流 (DC) 负载。

使用交流终端有助于减轻这种功耗，而对总线长度没有那么长的位时间要求。图 3 显示了一个 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，然后通过驱动器的另一侧，通过放置一个串联电容器，稳态电流变为零。这种类型的端接需要注意的两个问题是，它需要在每个端接网络上增加一个组件，并且串联电阻和电容会引入电阻-电容 (RC) 延迟。RC 时间常数将减慢差分信号的上升沿和下降沿，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 ：终止技术总结

为获得最佳信号完整性，始终最好将电缆的差模特性阻抗与等阻抗的终端相匹配。但是，如果我们采取适当的步骤，也可以成功实施交流终止或完全避免终止。