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高速低功耗RS485收发器集成可切换终端

来源:analog 发布时间:2024-03-25

摘要: LTC2859和LTC2861结合了逻辑可选的集成终端电阻和坚固的20Mbps RS485/RS422收发器,在很小的封装中提供单芯片阻抗匹配的网络解决方案。

LTC2859和LTC2861结合了逻辑可选的集成终端电阻和坚固的20Mbps RS485/RS422收发器,在很小的封装中提供单芯片阻抗匹配的网络解决方案。低功耗驱动器具有逻辑可选的降低转换率模式,工作速度低于250kbps,具有低EMI发射。1/8单元负载接收器在完整的RS485共模式范围内为多达256个节点提供故障安全输出。接收器输入和驱动器输出都具有超过±15kV的强大ESD保护。半双工LTC2859采用3mm × 3mm DFN封装,而全双工LTC2861采用4mm × 3mm DFN封装和16引脚SSOP封装(见图1中的照片)。LTC2859和LTC2861的框图如图2所示。


图1所示 LTC2861 SSOP、LTC2861 4mm × 3mm DFN和LTC2959 3mm × 3mm DFN封装的照片


图2 LTC2859和LTC2861的框图

可切换的终止

RS485收发器通常通过双绞线电缆通信,特征阻抗范围为100欧姆至120欧姆。正确的电缆终端对于最小化可能破坏数据的反射是很重要的。终端通常由离散电阻组成,这些电阻的电阻与电缆的特性阻抗相同,在电缆两端以差分方式连接。然而,当使用LTC2859/LTC2861收发器时,不需要外部电阻。这些设备在接收器输入端有一个集成的120欧姆电阻,可以在需要的地方逻辑地终止电缆。图3显示了一个使用LTC2859收发器的正确连接网络的示例,该收发器在两端设备上启用了集成的终端电阻。应保持与电缆中间级的短连接,因为这些存根会产生不必要的反射。


图3 一个正确连接的RS485网络使用LTC2859收发器与可选择的终止器

为了说明在RS485系统中正确放置终端的重要性,请考虑图3中的网络,其中四个LTC2859收发器沿着300英尺的cat5e电缆等距间隔。信号从节点1驱动,在节点4接收。LTC2859器件中的集成终端电阻沿电缆在不同位置开关入或开关出,以说明终端放置对接收波形的影响。不使用外部电阻。

在线路的两端(节点1和4)应用适当的电阻端接,接收到的波形具有清晰的过渡,如图4a所示。如果将端阻性终端从节点4移动到节点2或3,则分别得到图4b和图4c的波形。很明显,终端电阻的放置对信号的完整性有很大的影响。


(一)


(b)


(c)

图4 图3中节点4从网络接收的差分信号。正确终止于节点1和节点4 (a)。不正确终止于节点1和节点2 (b)和节点1和节点3 (c)

LTC2859和LTC2861中的终端电阻通过拉高终端使能(TE)引脚使能。当终端使能被拉到逻辑低或设备断电时,电阻断开。图5 (a)、(b)和(c)显示电阻在温度、共模电压和频率范围内保持良好。


(一)


(b)


(c)

图5 LTC2859终端电阻与温度(a)、共模电压(b)和频率(c)的关系

与其他RS485收发器相比,LTC2859和LTC2861上包含可选120欧姆电阻终端是一个显着优势。当对RS485网络进行修改或添加时,可以通过对所需收发器上的终端使能引脚的逻辑控制来进行所需的终端更改。这可以通过使用简单的跳线或通过人工干预禁止的高级系统控制来实现。一个有价值的好处是,网络中的每个节点都能够在不使用外部电阻的情况下提供终止,使网络重新配置更易于管理。

在可切换终端的帮助下,基于控制器的网络配置可以从简单的网络增加和减少扩展到包括故障保护。支持总线长度达4000英尺的RS485网络有可能中断或断开电缆,从而中断服务。图6显示了一个双主控制的环形网络,它利用LTC2859逻辑控制终端来防止这种开路电缆故障。


图6 断线RS485拓扑

当检测到网络中断时,由于一个或多个节点的响应丢失,主控制器进入低数据速率模式。即使中断造成了严重的阻抗失配,低数据速率通信仍然是可能的,直到中断点(作为经验法则,如果双向电缆传播延迟小于比特时间的10%,则可以进行无终止通信)。网络上的每个顺序寻址收发器由主机轮询,以确定中断发生的位置。如果网络由具有可选终止的LTC2859和LTC2861收发器构成,主控可以指示断线两侧的两个节点使能终止电阻。两个主控制器现在可以以高数据速率访问总线的每个节点,直到物理修复完成。主控制器上每个收发器的RO引脚的异或可以选择性地减少微控制器的I/O引脚数。

司机

LTC2859/LTC2861驱动可以传输高达20Mbps的RS485/RS422信号。图7显示了在最大数据速率下工作的部分的波形。LTC2859/LTC2861还具有降低转换率模式(SLO模式),通过设置SLO引脚到逻辑低电平。


图7 驱动输出以20Mbps的最大数据速率切换

SLO模式增加了驱动器的过渡时间,以减少设备和电缆的高频EMI发射。在这种模式下,驱动数据速率被限制在250kbps左右。回转限制也减轻了不当的线终止和长桩的不利影响。

图8显示了单端和差分驱动器输出在正常和SLO模式对应的频谱工作在250kbps。SLO模式显著降低高频谐波。


图8 LTC2859驱动器在正常和降低emi时输出的时域和频域波形SLO模式

LTC2859和LTC2861驱动器具有限流功能,可保护它们免受诸如电源或地输出短路等故障的影响。短路电流限制在±250mA RS485标准以下,典型钳位电流为±150mA。当故障电压大于±10V时,进一步减小电流以限制功耗。LTC2859和LTC2861还具有热关闭保护功能,如果故障条件导致零件过热,则使其失效。图9显示了由曲线跟踪的器材驱动时的驱动器输出I-V特性。过流保护作用于限制驱动器输出电流的正扫和负扫。


(一)


(b)

图9 曲线跟踪的I-V特性的LTC2861驱动器输出显示限流。(a)引脚由LTC2861驱动器驱动低电平。(b)引脚由LTC2861驱动器驱动高电平

接收机

LTC2859具有低功耗接收器,仅使用540 μ a电流(典型)。LTC2859/LTC2861故障安全功能保证当输入短路、打开或终止时,接收器输出为逻辑HIGH状态,但不超过约3µs。延迟防止信号过零被解释为输入短路,导致RO无意中走高。这种故障安全功能保证在-7V至+12V的整个共模范围内的输入有效。

接收器输出是内部驱动高电平(到V(CC))或低电平(到地),不需要外部上拉。失能接收器的RO引脚变得高阻抗,在电源范围内的电压泄漏小于±1µA。

结论

RS485接线端接不当,会造成信号严重失真,造成数据完整性损失。纠正没有逻辑选择终端的网络终端通常需要对扩展网络进行物理检查。在坚固耐用的LTC2859和LTC2861上包含可选择的终端电阻,为具有下一代远程网络调谐功能的RS485网络提供完整的解决方案。

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