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RS-485串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議及其應(yīng)用( 二 )

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哪些因素限制了RS-485的數(shù)據(jù)速率？
在指定的傳輸距離下，下列因素限制了傳輸速率：
電纜長度：在特定頻率下，信號強(qiáng)度會隨著電纜長度而衰減 。
電纜架構(gòu)：5類24AWG雙絞線是RS-485系統(tǒng)最常用的電纜，屏蔽電纜可大大增強(qiáng)噪聲抑制能力，提高了一定距離下的數(shù)據(jù)傳輸速率 。
電纜特性阻抗：分布電容和分布電感會降低信號的邊沿速度，從而降低噪聲裕量、補(bǔ)償“眼圖模板”特性 。分布電阻直接導(dǎo)致信號電平的衰減 。
驅(qū)動器輸出阻抗：阻抗過高會限制驅(qū)動能力 。
接收器輸入阻抗：阻抗過低會限制與驅(qū)動器通信的接收器數(shù)量 。
終端匹配：長電纜可看作傳輸線 。電纜上應(yīng)接阻值等于電纜特性阻抗的終端匹配電阻，可以降低信號反射，并提高數(shù)據(jù)速率 。
噪聲裕量：越大越好 。
【RS-485串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議及其應(yīng)用】 驅(qū)動器擺率：降低邊沿速率(降低信號擺率)答應(yīng)采用較長的電纜進(jìn)行通信 。

;經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
了解了以上相關(guān)的背景知識，接下來我們研究一個實(shí)際系統(tǒng)，如圖1所示 。圖中所示電纜是RS-485系統(tǒng)最為常用的一種：EIA/TIA/ANSI5685類雙絞線 。在長度為300英尺至900英尺的電纜上可以獲得的數(shù)據(jù)速率為1Mbps至35Mbps 。
圖1.測試裝置
系統(tǒng)設(shè)計人員經(jīng)常從兩個不同廠商選擇驅(qū)動器和接收器，多數(shù)設(shè)計人員最關(guān)注的是RS-485驅(qū)動器的傳輸距離和速度 。Maxim驅(qū)動器(這里指MAX3469)與其它制造商的驅(qū)動器性能比較如圖2、圖3所示 。
圖2.在特定比特率、電纜長度下的抖動特性，抖動是在±100mV差分信號下測量的
圖3.在特定比特率、電纜長度下的抖動指標(biāo)，抖動是在0V差分信號下測量的
通過觀察驅(qū)動器的差分輸出信號的完整性，利用示波器確定80mV與-400mV之間的翻轉(zhuǎn)門限(由于接收器具有200mV至-200mV的輸入范圍和噪聲裕量，因此選取這一門限范圍) 。然后，當(dāng)脈沖(比特)開始“傳送”時，用眼圖確定失真度、噪聲以及碼間干擾(ISI) 。
ISI指標(biāo)限制了比特率，以保證系統(tǒng)能夠在脈沖之間識別出傳輸數(shù)據(jù) 。對圖1電路的測試結(jié)果表明翻轉(zhuǎn)門限與眼圖模板之間具有相關(guān)性 。該眼圖模板存在50%的抖動，按照NationalSEMIcondUCtor的應(yīng)用筆記#977[3]所介紹的方法進(jìn)行測量 。測量0V差分信號和±100mV差分信號下的抖動，得到圖4和圖5所示數(shù)據(jù) 。
圖4.Maxim的MAX3469與其它RS-485驅(qū)動器件的眼圖對比[4]
圖5.MAX3469的眼圖
對于一個點(diǎn)到點(diǎn)通信系統(tǒng)，從±100mV差分信號(圖4)或0V差分信號(圖5)下的測試結(jié)果可以看出比特率與電纜長度的關(guān)系 。100mV和-100mV門限能夠正確切換差分信號大于200mV的信號，因此，該門限值可確保接收器正確接收數(shù)據(jù)(圖5數(shù)據(jù)僅適用于可在0V差分輸入下切換的理想接收器) 。
眼圖和故障模式
采用340英尺的5類電纜，圖2給出了39Mbps傳輸速率下的驅(qū)動器輸出眼圖，圖中，信號從“眼”的中間穿過-這種情況表明可能出現(xiàn)誤碼 。然而，在相同數(shù)據(jù)速率下，Maxim公司的器件不會出現(xiàn)這種情況(圖3) 。Maxim的收發(fā)器具有對稱的輸出邊沿和較低的輸入電容，性能良好 。
采用上述測試對兩款驅(qū)動器進(jìn)行比較 。當(dāng)數(shù)據(jù)速率較高、電纜較長時，Maxim驅(qū)動器的性能更出色 。圖5給出點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中Maxim器件的傳輸速率和距離的估計值 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，所產(chǎn)生的誤碼大致符合50%抖動極限的要求 。
各方研究數(shù)據(jù)
在工業(yè)領(lǐng)域，通常可接受的傳輸距離和數(shù)據(jù)速率的最大值分別為4000英尺和10Mbps，當(dāng)然這兩個值不能同時滿足 。然而，利用最新器件和精細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計，可在較長的電纜下實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)吞吐率 。

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