RS485总线加终端电阻可能存在的问题
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2024-12-02 08:00
尽管终端电阻能有效减少信号反射、提高信号质量，但它也引入了一系列问题，需要在设计中谨慎考虑。
以下是几个常见问题的详细分析：
1
降低驱动信号幅值
当终端电阻接入RS-485总线时，会显著降低驱动信号的差分幅值。总线上负载的增大导致RS-485收发器的输出差分电压幅值下降。
例如，在5米、500kbps的通信距离下，未加终端电阻与加终端电阻的波形对比如图1和图2所示。
通过波形图可以看出，添加终端电阻后，驱动信号幅值大约减少了2V，对信号强度产生明显影响。
图1 - 5m 500kbps 无终端电阻波形
图2 - 5m 500kbps 加终端电阻波形
2
增大通信线压降
增加终端电阻会使通信线路中的电流增大，进而导致线路上的压降增加。通信距离越长，压降影响越显著。
例如，在1200米、115.2kbps的测试条件下（使用0.75mm²通信线），首端与末端的信号波形对比如图3和图4所示。
可以看到，由于压降的影响，末端信号相较于首端信号下降了大约0.7V，这种差异会影响接收端的信号完整性。
图3 - 1200m 115.2kbps 首端波形（加终端电阻）
图4 - 1200m 115.2kbps 末端波形（加终端电阻）
3
增大收发器功耗
终端电阻的引入对RS-485收发器的功耗有明显影响，特别是在驱动状态时。
以RSM485ECHT为例：
接收状态：工作电流约为20mA。
驱动状态（无终端电阻）：工作电流为27mA左右。
驱动状态（加终端电阻）：工作电流上升至83mA。
从数据中可以明显看出，终端电阻在驱动状态下显著增加了功耗。
因此，在对功耗敏感的应用场景中，应谨慎使用终端电阻。
4
降低总线空闲时的差分电压
在RS-485总线空闲时，终端电阻会导致差分电压的降低，尤其是在两个模块都处于接收状态时。
图5展示了两个RSM485ECHT模块的通信等效示意图。
图5 - RSM485ECHT通信等效示意图
通过基尔霍夫电流定律，可以对节点A和节点B的电流进行分析，得到以下公式：
其中：
RPUD：RSM485ECHT内部上/下拉电阻，120kΩ；
RIN：RSM485ECHT输入阻抗，96kΩ。
根据公式计算得出的AB间差分电压仍然保证在-200mV到-40mV的范围内，符合RSM485ECHT的门限电平要求，确保总线空闲时不会误接收数据。
然而，对于门限电平在-200mV到+200mV范围的RS-485收发器，空闲时的差分电压可能进入不确定状态，增加误接收的风险。
通过对终端电阻的详细分析，可以看出其对信号幅值、功耗、以及总线空闲状态的电压水平都具有重要影响。
在具体应用中，需要根据通信距离、功耗要求、设备特性等综合因素来决定是否使用终端电阻。