RS422/485偏置和端接电阻取值方法

一路上

前言

平时会在TRS422/485电路偏置电阻取值错误而导致的通信异常，然后通过增大端接电阻来解决问题，不是正确方法。正确的方法是先固定RS422/485电路端接电阻等于传输线阻抗（通常为120Ω），然后通过公式计算偏置电阻取值。

1. 典型应用电路

图1 典型应用电路

R1和R2为上拉电阻，防止误触发，产生误动作；是因为“UART以一个前导“0”触发一次接收动作”。

R3-6是故障安全偏置电阻，取值大小与所用电源大小呈正比。

R7是差分信号接收端端接电阻，取值等于传输线的特征阻抗。因RS422常用接口是RJ45，常用传输线是网线，其阻抗约为120 ?，故而此处端接电阻取值为120 ?。

2. 故障安全偏置电阻的计算

图2 故障安全偏置电阻的计算

假设端接电阻RT = 120Ω，偏置电阻R1和R2的阻值计算如下：

R5 = R6 = R

VIA-VIB= ( VCC / ( R5 + R6 + RT) )*RT ≥ 200 mV  (公式 1)

由以上得出 R ≤ ( ( VCC – 0.2 V) / 0.4 ) * RT (公式2)

可见偏置电阻大小与电源VCC呈正比。

当VCC = 5V时，电阻R ≤ 1440 ?，即偏置电阻最大值是1440 ?；

当VCC = 3.3V时，电阻R ≤ 930 ?，即偏置电阻最大值是930 ?。

所以，当电源使用3.3V时，故障安全偏置电阻的理论最大值是930 ?；

当R5=R6=825 ?时，VIA – VIB = (3.3 / (825*2 + 120)) *120 = 224mV > 200mV，不会落在NOISE MARGIN范围内。

3. 偏置电阻与端接电阻取值波形对比

图3 上下偏置电阻10kΩ，端接电阻1kΩ

图4 上下偏置电阻825Ω，端接电阻120Ω

图5 上下偏置电阻10kΩ，端接电阻1kΩ

图6 上下偏置电阻825Ω，端接电阻120Ω

图7 上下偏置电阻10kΩ，端接电阻1kΩ

图8 上下偏置电阻825Ω，端接电阻120Ω

① 图3,5,7是上下 R5 = R6 = 10kΩ 偏置电阻和 R7 = 1kΩ 端接电阻的波形（此组合不规范，是因为将该处更偏向于模拟电路中的偏置电阻的概念，错误当成了数字电路中的上下拉电阻，且认为4.7k和10k几乎没区别；偏置电阻取值10kΩ、端接电阻取值120Ω，将导致VIA – VIB 小于200 mV，落在Noise Margin范围内，通信异常；后期调试时，不得不增大端接电阻R7，方可通信正常）。

② 图4,6,8是上下 R5 = R6 = 825 Ω 偏置电阻和 R7 = 120 Ω 端接电阻的波形。

③ 图3与图4比较，图5与图6比较，图7与图8比较，结果可见：端接电阻 120 Ω 波形比端接电阻 1k Ω 波形上冲下冲更小，因为其端接电阻的阻值更接近传输线的阻抗。

④ 无论是RS422/485差分信号的端接电阻取值 120 Ω，接近传输线的特征阻抗；还是普通差分信号线的阻抗控制为 100 Ω时，其端接电阻取值 100 Ω；都符合高速电路设计中“避免阻抗突变”的原则，因为信号遇到阻抗变化时会有反射，阻抗变化越大，反射量越大，通常用反射系数大小来评价，即S11参数。另外，信号反射越大，高频分量越多，对外辐射也越大。

⑤ 保持传输线上阻抗均匀，类似于车辆在平坦的路面行驶时，颠簸很小；路面坑坑洼洼，起伏越大，车辆颠簸越厉害。