为RS-485应用设计独立型半双工中继器
完整执行一遍单触发电路的功能运行顺序(此处以数字编号,请参见图 3),清楚地说明了该中继器的工作过程:
1、 在总线闲置期间,由于VFS,两个中继器端口的接收机输出均为高电平。因此,两个收发器在接收模式下相互牵制。
2、 接下来,端口1上发来数据包起始位的到达,驱动RX1输出为低。这种转变触发单触发电路,从而驱动其输出为高,并激活驱动器DR2。
3、 正确计算时间常量RD× CD,以使该单触发电路输出在整个数据包时间期间都保持高态。
4、 在单触发时间常量期间,DR2始终驱动总线2。XCVROUT代表总线2上远程收发器的接收机输出状态。请注意,DR2被激活时,上拉电阻器RPU拉高未激活接收机 (RX2) 的输出,以使RX1保持激活状态。
这种解决方案的缺点是,R-C时间常量取决于数据包长度和发送信号的数据速率。另外,单触发电路易受噪声瞬态的影响,容易引起伪触发和中继器故障。
不过,单触发电路常用于接口桥接,例如:RS-232到RS-485转换器等。这些转换器直接把RS-485网络连接至老式PC或者RS-232控制机器的RS-232端口。
有一种更加稳健和不依赖于数据速率的方法可以替代单触发电路,即通过一种具有不同充电和放电时间的反相施米特(Schmitt)触发缓冲器,实现时序控制。优先原则是在逻辑低状态期间主动驱动总线,并在逻辑高状态期间关闭驱动器。然后,根据逐位原则开启和关闭序列,从而使中继器功能独立于数据速率和数据包长度。
完整执行一遍反相器控制中继器的功能运行顺序(此处以数字编号,请参见图4),可以清楚地说明其运行过程:
1、 在总线闲置期间,由于VFS,两个中继器端口的接收机输出均为高。延迟电容CD获得完全充电,驱动反相器输出为低态,以使收发器维持在接收模式下。
2、 之后,总线1出现一个低位,驱动RX1输出为低电平,快速对CD放电,并激活驱动器DR2。
3、 当总线电压变为正(VBus> 200 mV)时,RX1输出变为高,其驱动DR2输出为高,并通过RD对CD缓慢充电。必须正确计算最小时间常量(RD× CD),以使最大电源电压VCC(max)和最小正反相器输入阈值VTH+(min)时,延迟时间tD超过驱动器最大低到高传播延迟tPLH(max),即超出30%。例如,电容为CD= 100 Pf 时,RD的要求电阻值为:
4、 根据延迟时间(tD)与实际数据位间隔时间的对比情况,延长驱动器激活时间,以在总线建立有效的高态信号。需在从发射模式切换至接收模式以前完成这项工作,目的是让接收机输出始终保持高态。由于接收机传播延迟短于驱动器,因此接收机不可能变为低态,即使是一瞬间的低态都不可能。驱动器一旦关闭,外部故障保护电阻器便将总线2偏压至200 mV以上,其被活跃接收机看作是一个定义高电平。
5、 某个总线闲置,低位VOD 1.5 V,高位之初时延 (tD)的VOD>1.5 V,此时,总线2的差动输出电压为VOD=VFS> +200 mV。之后,其余高位VOD= VFS> +200 mV
此外,XCVROUT代表总线2上远程收发器的接收机输出状态。传统中继器设计的数据速率通常被限制为10 kbps,更短传播延迟的一些现代收发器拥有高达100 kbps以上的数据速率。
为了简便起见,到目前为止,中继器讨论始终都没有涉及电隔离这一重要内容。但是,在一些远距传输网络(中继器的主要应用领域)中,网络节点之间的大接地电位差(GPD)很是常见。这些GPD以收发器输入强共模电压的形式存在,如果不实施电隔离,它们会对器件产生破坏力。当收发器总线电路隔离于其控制电路时,总线系统独立于本地节点的接地电位。
评论