1.2 TI 高精度实验室 - RS-485：RS-485 通信的距离和速度如何？

欢迎观看高精度实验室视频。

在本系列中， 我们将在距离

和通信速度方面 对 RS-485 进行讨论。

当使用长距离传输 电缆时，设计人员

通常会寻找具有 更高驱动强度的

发送器。

不过，这可能 很难找到，

因为许多 RS-485 收发器仅规定

54 欧姆负载上的 驱动强度为 1.5 伏。

这是因为制造商 将其发送器

设计为处于 RS-485 规格之内，

可能未针对更高的 驱动强度设计其

发送器。

不过，市场上有一些 发送器制造商，

它们确实规定了 更高的驱动强度

能力。

具有更高驱动 强度的发送器

能够以低数据 速率支持更远的

通信距离，因为 高驱动强度

使发送器能够 克服传输电缆的

寄生直流电阻。

当在长传输电缆上 使用较高的数据速率时，

由于电缆产生的 寄生 RC 滤波器，

发送器的 输出信号

最终将在 接收器端被衰减。

这意味着对于 较高的数据速率，

通信距离限制 受电缆质量的

影响较大， 而受发送器

驱动强度的 影响较小。

简而言之，在高 数据速率下需要

更远的通信 距离，应首先

评估传输 电缆，因为

它对通信 距离的影响较大。

讨论 RS-485 时的 常见问题是

收发器可以 通信的最大

电缆距离。

该问题的答案 取决于多种因素，

包括但不限于 数据速率、

允许的抖动、 电缆质量、

电缆特性 阻抗不匹配

以及端接 电阻容差。

该幻灯片 保守地讨论了

与数据速率 相关的通信长度。

请注意，在深黑色 线下方标记了

三个点。

在区域 1 中， 最大距离

由电缆的直流 电阻决定。

在此处，电缆的 直流电阻接近

端接电阻器的 值，将接收器上

出现的直流 差分电压降低

一半。

对于具有 120 欧姆 特性阻抗和

非屏蔽双绞线的 22 AWG 电缆，

这种情况发生在 大约 1,200 米处。

区域 2 显示了总线 长度与数据速率

之间的反比关系。

由于传输线损耗 会随着电缆长度的

增加而增加， 因此必须降低

数据速率，以保持 等效的抖动水平。

此处的传输线 损耗是由电缆中的

寄生电容和电阻 生成的低通滤波器

引起的。

在上面的区域 3 中， 任何距离的最大

数据速率由驱动器的 最大上升或下降时间

决定。

为了实现可靠的通信， 在给定的数据速率下，

驱动器的最大上升 时间或下降时间

应不超过总位 时间的三分之一。

尽管 RS-485 标准 建议的最大速率

为 10 兆位/秒， 但当今的收发器

能够以高达 50 兆位/秒的

速度运行。

该幻灯片 提供了

电缆传输端输出和 输入的眼图示例。

该示例中包含了 收发器之前的

输入引脚 D 和收发器 之后的输出引脚 R。

此处的电缆 长度为 1.2 千米，

数据速率为 100 千位/秒。

在左侧可以 观察到输出，

该输出似乎 显示了一个

几乎瞬时的 上升和下降沿，

而接收器看到的 上升和下降沿

由于电缆对 设置而看起来

像 RC 振荡。

可以看到以 R 表示的输出几乎

同时发生跳变。

电缆接收器上 出现的每个位

翻转和抖动看起来以 最小方式与位宽度配对。

该幻灯片提供的 外观与前一张

幻灯片相同，但数据 速率从 100 千位/秒

更改为 1 兆位/秒。

与前一张 幻灯片中的

位宽相比，电缆 接收器端出现的

抖动要宽得多。

可以观察到 输出 R 在各个

相差较大的时间 触发，这是由在

电缆末端接收器上可以 看到的额外噪声所致。

这将产生变化的 位宽，这可能会

导致错误，具体 取决于所使用的

数据协议。

在评估特定的 链路时，最关键的

因素通常 是传输线的

插入损耗。

需要在所发送的 数据的频率范围内

知道这一点。

但多大的插入损耗 可以称为太大呢？

这取决于接收 系统可以容忍的

抖动大小。

一条良好的经验法则是， 其插入损耗在奈奎斯特

频率下应小于 六至八分贝，

这等于数据 速率除以 2。

例如，对于 1 兆位/秒的 信号，该值为 500 千赫兹。

此外，系统设计 人员应选择具有

接近于 0 且 对称的正负

输入阈值的 接收器，

以最大程度地 减小占空比失真。

欢迎观看高精度实验室视频。

在本系列中， 我们将在距离

和通信速度方面 对 RS-485 进行讨论。

当使用长距离传输 电缆时，设计人员

通常会寻找具有 更高驱动强度的

发送器。

不过，这可能 很难找到，

因为许多 RS-485 收发器仅规定

54 欧姆负载上的 驱动强度为 1.5 伏。

这是因为制造商 将其发送器

设计为处于 RS-485 规格之内，

可能未针对更高的 驱动强度设计其

发送器。

不过，市场上有一些 发送器制造商，

它们确实规定了 更高的驱动强度

能力。

具有更高驱动 强度的发送器

能够以低数据 速率支持更远的

通信距离，因为 高驱动强度

使发送器能够 克服传输电缆的

寄生直流电阻。

当在长传输电缆上 使用较高的数据速率时，

由于电缆产生的 寄生 RC 滤波器，

发送器的 输出信号

最终将在 接收器端被衰减。

这意味着对于 较高的数据速率，

通信距离限制 受电缆质量的

影响较大， 而受发送器

驱动强度的 影响较小。

简而言之，在高 数据速率下需要

更远的通信 距离，应首先

评估传输 电缆，因为

它对通信 距离的影响较大。

讨论 RS-485 时的 常见问题是

收发器可以 通信的最大

电缆距离。

该问题的答案 取决于多种因素，

包括但不限于 数据速率、

允许的抖动、 电缆质量、

电缆特性 阻抗不匹配

以及端接 电阻容差。

该幻灯片 保守地讨论了

与数据速率 相关的通信长度。

请注意，在深黑色 线下方标记了

三个点。

在区域 1 中， 最大距离

由电缆的直流 电阻决定。

在此处，电缆的 直流电阻接近

端接电阻器的 值，将接收器上

出现的直流 差分电压降低

一半。

对于具有 120 欧姆 特性阻抗和

非屏蔽双绞线的 22 AWG 电缆，

这种情况发生在 大约 1,200 米处。

区域 2 显示了总线 长度与数据速率

之间的反比关系。

由于传输线损耗 会随着电缆长度的

增加而增加， 因此必须降低

数据速率，以保持 等效的抖动水平。

此处的传输线 损耗是由电缆中的

寄生电容和电阻 生成的低通滤波器

引起的。

在上面的区域 3 中， 任何距离的最大

数据速率由驱动器的 最大上升或下降时间

决定。

为了实现可靠的通信， 在给定的数据速率下，

驱动器的最大上升 时间或下降时间

应不超过总位 时间的三分之一。

尽管 RS-485 标准 建议的最大速率

为 10 兆位/秒， 但当今的收发器

能够以高达 50 兆位/秒的

速度运行。

该幻灯片 提供了

电缆传输端输出和 输入的眼图示例。

该示例中包含了 收发器之前的

输入引脚 D 和收发器 之后的输出引脚 R。

此处的电缆 长度为 1.2 千米，

数据速率为 100 千位/秒。

在左侧可以 观察到输出，

该输出似乎 显示了一个

几乎瞬时的 上升和下降沿，

而接收器看到的 上升和下降沿

由于电缆对 设置而看起来

像 RC 振荡。

可以看到以 R 表示的输出几乎

同时发生跳变。

电缆接收器上 出现的每个位

翻转和抖动看起来以 最小方式与位宽度配对。

该幻灯片提供的 外观与前一张

幻灯片相同，但数据 速率从 100 千位/秒

更改为 1 兆位/秒。

与前一张 幻灯片中的

位宽相比，电缆 接收器端出现的

抖动要宽得多。

可以观察到 输出 R 在各个

相差较大的时间 触发，这是由在

电缆末端接收器上可以 看到的额外噪声所致。

这将产生变化的 位宽，这可能会

导致错误，具体 取决于所使用的

数据协议。

在评估特定的 链路时，最关键的

因素通常 是传输线的

插入损耗。

需要在所发送的 数据的频率范围内

知道这一点。

但多大的插入损耗 可以称为太大呢？

这取决于接收 系统可以容忍的

抖动大小。

一条良好的经验法则是， 其插入损耗在奈奎斯特

频率下应小于 六至八分贝，

这等于数据 速率除以 2。

例如，对于 1 兆位/秒的 信号，该值为 500 千赫兹。

此外，系统设计 人员应选择具有

接近于 0 且 对称的正负

输入阈值的 接收器，

以最大程度地 减小占空比失真。