利用现场总线提升速度,扩大覆盖范围( 二 )


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图3.RS-485通信网络中造成抖动的主要因素
图3显示通信网络中造成抖动的各种来源 。在基于RS-485的通信系统中 , 影响时序性能的两大因素是收发器脉冲偏斜和码间干扰 。脉冲偏斜也称为脉冲宽度失真或占空比失真 , 是收发器在发射和接收节点产生的一种确定性抖动 。脉冲偏斜定义为信号上升沿和下降沿之间的传输延迟差值 。在差分通信中 , 这种偏斜会产生不对称交越点 , 并且发送0s和1s的持续时间不匹配 。在时钟分配系统中 , 过度的脉冲偏斜表现为发射时钟的占空比失真 。在数据分配系统中 , 这种不对称会增加眼图中显示的峰峰抖动 。在这两种情况下 , 过度的脉冲偏斜会对通过RS-485传输的信号产生不利影响 , 且会降低可用的采样窗口和整个系统的性能 。
当信号沿的到达时间受到处理该信号沿的数据模式影响时 , 会发生码间干扰(ISI) 。对于采用长电缆互联的应用 , 码间干扰效应变得越来越明显 , 使其成为影响RS-485网络的关键因素 。更长的互联会产生RC时间常数 , 其中电缆电容在单个位周期结束时没有充满电 。在发射数据只由时钟组成的应用中 , 不存在这种码间干扰 。码间干扰也可能由电缆传输线上的阻抗不匹配(因为短截线或终端电阻使用不当)引起 。具备高输出驱动能力的RS-485收发器一般可以帮助最大限度降低码间干扰效应 , 因为它们对RS-485电缆负载电容充电时所需的时间更短 。
峰峰抖动容差的百分比与应用高度相关 , 一般使用10%抖动作为衡量RS-485收发器和电缆性能的基准 。过度抖动和偏斜会影响接收端RS-485收发器的采样性能 , 增大发生通信错误的风险 。在正确端接的传输网络中 , 选择经过优化的收发器 , 以最大限度降低收发器脉冲偏斜和码间干扰效应 , 才能实现更可靠、无错的通信链路 。
RS-485收发器设计和电缆影响
TIA-485-A/EIA-485-A RS-485标准3提供了RS-485发射器和接收器的设计和操作范围相关规范 , 包括电压输出差分(VOD)、短路特性、共模负载、输入电源阈值和范围 。TIA-485-A/EIA-485-A标准未规定RS-485的时序性能(包括偏斜和抖动) , 由IC供应商根据产品数据手册规格进行优化 。
其他标准 , 例如TIA-568-B.2/EIA-568-B.2双绞线电信标准4提供了电缆交流和直流影响RS-485信号质量的背景 。此标准提供了抖动、偏斜和其他时序测量的相关考量和测试程序 , 并设置了性能限值;例如 , 5e电缆允许的最大偏斜为45 ns/100 m 。ADI应用笔记AN-1399详细探讨了TIA-568-B.2/EIA-568-B.2标准 , 以及使用非理想电缆对系统性能的影响 。
虽然可用标准和产品数据手册提供了很多有用信息 , 但任何有意义的系统定时性能表征都需要在长电缆上测量RS-485收发器的性能 。
利用现场总线提升速度,扩大覆盖范围
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图4.ADM3065E的典型时钟抖动性能
使用RS-485实现更快速、更广泛地通信
ADM3065E RS-485收发器具备超低的发射器和接收器偏斜性能 , 所以非常适合用于传输精密时钟 , 通常采用电机编码标准 , 例如EnDat 2.2 。5事实证明 , ADM3065E在电机控制应用中采用典型电缆长度的确定性抖动小于5%(图4和图5) 。ADM3065E具有较宽的电源电压范围 , 因此这种时序性能水平也可用于需要3.3 V或5 V收发器电源的应用 。
利用现场总线提升速度,扩大覆盖范围
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图5.ADM3065E接收眼图:分布在100 m电缆上的25 MHz时钟
除了出色的时钟分配 , ADM3065E时序性能还支持实现可靠的数据分配 , 以及高速输出和最少的附加抖动 。图6显示 , 通过使用ADM3065E , RS-485数据通信的时序限制会大大放宽 。标准RS-485收发器的抖动通常为10%或更低 。ADM3065E可以在长达100米的电缆上以20 Mbps以上的速度运行 , 并且仍然可以在接收节点保持10%的抖动 。这种低水平抖动降低了接收数据节点错误采样的风险 , 可实现使用典型的RS-485收发器无法实现的传输可靠性 。对于接收节点可以容忍高达20%抖动的应用 , 可以在100米电缆内实现高达35 Mbps的数据速率 。