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CAN及485总线中终端电阻的作用

2019-05-15 17:11 来源:ZLG立功科技·致远电子 编辑:电源网

简单的来说,终端电阻的存在就是为了消除在通信电缆中的信号反射而存在的,因此总线都需要增加终端电阻?但实际并非如此!在某些情况下终端电阻可能会影响信号质量,本篇文章为大家深度解析CAN/RS-485总线的终端电阻设置。

如果我们查询百度百科,终端电阻的档案似乎十分清白:

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仿佛在通讯链路的首末两端加上这样一个法宝,即可避免信号的反射,使信号的传播更为顺畅。这样说虽然没有错误,但仍有些细枝末节没能捋出头绪。下面让我们来看看CAN总线和485总线中终端电阻的情况如何?

一、CAN总线:

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CAN总线中,终端电阻是必不可少的。它存在的意义主要包括两点:

 可以确保电平快速进入隐性状态;

 提升信号质量。

1、确保电平快速进入隐性状态

在显性状态期间,总线的寄生电容会被充电,而在恢复到隐性状态时,这些电容需要放电。如果CANH、CANL之间没有放置任何阻性负载,电容只能通过收发器内部的差分电阻放电。我们在收发器的CANH、CANL之间加入一个220PF的电容进行模拟试验,位速率为500kbit/s,波形如下图所示。

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CAN总线 220pf无终端电阻

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CAN总线 220pf增加终端电阻

2、提高信号质量

信号在较高的转换速率情况下,信号边沿能量遇到阻抗不匹配时,会产生信号反射;传输线缆横截面的几何结构发生变化,线缆的特征阻抗会随之变化,也会造成反射。

在总线线缆的末端,阻抗急剧变化导致信号边沿能量反射,总线信号上会产生振铃,若振铃幅度过大,就会影响通信质量。在线缆末端增加一个与线缆特征阻抗一致的终端电阻,可以将这部分能量吸收,避免振铃的产生,如下图所示。

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CAN总线无终端电阻

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CAN总线增加终端电阻


二、485总线

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1、RS-485总线增加终端电阻好处

485总线设置终端电阻主要是为了用来抑制信号的反射。

提高信号质量组建RS-485总线网络时,通常使用特性阻抗为120Ω的屏蔽双绞线,由于RS-485收发器输入阻抗一般较高(例如RSM485ECHT输入阻抗为96kΩ,最多可连接256个节点),在信号传输到总线末端时会由于受到的瞬时阻抗发生突变(以RSM485ECHT为例,阻抗由120Ω变为96kΩ),导致信号发生反射,影响信号的质量。RSM485ECHT在1200m,500kbps通信速率的情况下不加终端电阻和加终端电阻的波形如下图所示,终端电阻明显改善了信号的质量。

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RSM485ECHT 1200m 500kbps不加终端电阻

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RSM485ECHT 1200m 500kbps 加终端电阻

2、RS-485增加终端电阻的问题

终端电阻虽然可以提高信号质量,但还具有以下几个问题:

1) 降低了驱动信号的幅值

RS-485总线上的负载越大,RS-485收发器输出差分电压幅值越低,RSM485ECHT在5m,500kbps的情况下不加终端电阻和加终端电阻的波形如下图所示。

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RSM485ECHT 5m 500kbps 不加终端

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RSM485ECHT 5m 500kbps 加终端

2) 增大了通信线上的压降

增加终端电阻使通信线缆上的电流增大,产生了较大的压差,降低了接收端的信号幅值。RSM485ECHT在1200m,115.2kbps首端和末端的信号波形如下图所示(0.75mm2通信线),末端信号与首端信号相比下降了0.7V左右。

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RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加终端电阻 首端波形

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RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加终端电阻 末端波形

3) 增大了收发器的功耗

增加终端电阻对于接收状态时的工作电流影响不大,但会大大增加驱动状态时的工作电流。以RSM485ECHT为例,RSM485ECHT处于接收状态时工作电流为20mA左右,在驱动状态不加终端电阻时工作电流为27mA左右,在驱动状态加终端电阻时工作电流为83mA左右,可以看出终端电阻大大增加了RS-485收发器的功耗,对于有功耗要求的应用场合,应谨慎使用终端电阻。

3、RS-485终端电阻设置

1)通信速度低或者通信距离近的情况下建议不加终端电阻

通信速度低或者通信距离近的情况下,信号反射对通信信号的影响不大,而且不加终端电阻可以大大降低功耗,并且通过加较大上下拉电阻值即可保证RS-485总线空闲时具有较高的差分电压幅值,提高了通信的可靠性。

2)通信距离较长且通信速度较快,对信号质量要求较高的情况

此时可以增加终端电阻,防止阻抗突变引起的信号反射问题,提高信号质量,但应确保在总线空闲时总线的差分电压不处于门限电平范围内。

3)对功耗有要求且通信距离较长的情况

反射信号在总线上来回反弹,反射信号会逐渐消耗掉。

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RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加终端 首端波形

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RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加终端 末端波形

三、总结

对于CAN总线而言,为保证通讯的稳定性,必须增设终端电阻;RS-485总线不一样。终端电阻的设置需要根据情况而设置,在设计建议预留终端电阻位置或者使用致远电子隔离收发器系列产品,能有效解决总线干扰、通信异常等问题。与传统的设计相比,其内置完整的隔离DC-DC电路、信号隔离电路、总线收发电路以及防护电路,具备更高的集成度与可靠性,适用于需要高稳定性通讯的场合,能够有效帮助您提升总线通信防护等级。

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