RS-485网络为何需要加匹配电阻

转自：http://m.elecfans.com/article/612777.html

最近项目跟别家设备对接，485通信出现了各种问题，几个关注的点在这篇文章中都有解释，质量高，赞一波周立功。

一、终端电阻的作用

对于RS-485总线，终端电阻主要是为了匹配通信线的特性阻抗，防止信号反射，提高信号质量。

在组建RS-485总线网络时，通常使用特性阻抗为120Ω的屏蔽双绞线，由于RS-485收发器输入阻抗一般较高（例如RSM485ECHT输入阻抗为96kΩ，最多可连接256个节点），在信号传输到总线末端时会由于受到的瞬时阻抗发生突变（以RSM485ECHT为例，阻抗由120Ω变为96kΩ），导致信号发生反射，影响信号的质量。RSM485ECHT在1200m，500kbps通信速率的情况下不加终端电阻和加终端电阻的波形如图1和图2所示，终端电阻明显改善了信号的质量。

图1 RSM485ECHT 1200m 500kbps不加终端电阻

图2 RSM485ECHT 1200m 500kbps 加终端电阻

二、终端电阻带来的问题

终端电阻虽然可以提高信号质量，但还具有以下几个问题：

1、降低了驱动信号的幅值

RS-485总线上的负载越大，RS-485收发器输出差分电压幅值越低，RSM485ECHT在5m，500kbps的情况下不加终端电阻和加终端电阻的波形如图3和图4所示，可以看出驱动信号在增加终端电阻后降低了2V左右。

图3 RSM485ECHT 5m 500kbps 不加终端

图4 RSM485ECHT 5m 500kbps 加终端

2、增大了通信线上的压降

增加终端电阻使通信线缆上的电流增大，产生了较大的压差，降低了接收端的信号幅值。RSM485ECHT在1200m,115.2kbps首端和末端的信号波形如图5和图6所示（0.75mm2通信线），末端信号与首端信号相比下降了0.7V左右。

图5 RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加终端电阻首端波形

图6 RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加终端电阻末端波形

3、增大了收发器的功耗

增加终端电阻对于接收状态时的工作电流影响不大，但会大大增加驱动状态时的工作电流。以RSM485ECHT为例，RSM485ECHT处于接收状态时工作电流为20mA左右，在驱动状态不加终端电阻时工作电流为27mA左右，在驱动状态加终端电阻时工作电流为83mA左右，可以看出终端电阻大大增加了RS-485收发器的功耗，对于有功耗要求的应用场合，应谨慎使用终端电阻。

4、降低总线空闲时的差分电压

如图7所示为两个RSM485ECHT通信示意图。

图7 RSM485ECHT通信等效示意图

当两个模块都处于接收状态时，可以根据基尔霍夫电流定律对节点A和节点B列出下列公式：

其中：RPUD为RSM485ECHT内置上下拉电阻，120kΩ；

R¬IN为RSM485ECHT输入阻抗，96kΩ；

根据上述公式可以计算AB之间的差分电压为：

由于RSM485ECHT的门限电平为-200mV～-40mV,所以在上述情况下，模块仍然输出高电平，保证总线空闲时不会误接收数据。但对于门限电平为-200mV～+200mV的RS-485收发器，输出电平为不确定状态，此时有可能误接收数据。

三、如何解决增加终端电阻后空闲状态的问题？

对于空闲状态的问题有两个解决方法：

1、使用类似RSM485ECHT的模块（门限电平为-200mV～-40mV），当RS-485总线的差分电压大于-40mV时RS-485收发器的输出即为高电平。

2、使用RSM485PCHT或RSM485PHT等带有输出隔离电源的模块，可以通过在外部增加较小的上下拉电阻将RS-485总线的空闲状态时的电压拉到+200mV以上（一般要留有100mV或200mV以上的裕量），保证空闲时RS-485总线差分电压不处于门限电平范围内，但上下拉电阻值不能太小，一般总线上拉（或下拉）并联值要大于375Ω。

四、什么时候需要加终端电阻？

1、通信速度低或者通信距离近的情况下建议不加终端电阻

通信速度低或者通信距离近的情况下，信号反射对通信信号的影响不大，而且不加终端电阻可以大大降低功耗，并且通过加较大上下拉电阻值即可保证RS-485总线空闲时具有较高的差分电压幅值，提高了通信的可靠性。

2、通信距离较长且通信速度较快，对信号质量要求较高的情况

此时可以增加终端电阻，防止阻抗突变引起的信号反射问题，提高信号质量，但应确保在总线空闲时总线的差分电压不处于门限电平范围内。

3、对功耗有要求且通信距离较长的情况

一般在一个位的中间时间对信号进行采样，由于低通信速度的情况下，每一个位的时间较长，所以在到达采样点时反射信号已被消耗掉，对通信已无影响。RSM485ECHT在1200m 9600bps不加终端电阻首端和末端的波形如图8和图9所示，可以看出反射信号在到达每一个位中间前就已经被消耗掉了。

所以对RS-485的收发器的功耗有较高要求且通信距离较长的应用，应适当降低通信的速度。

图8 RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加终端首端波形

图9 RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加终端末端波形

https://www.cnblogs.com/lifan3a/articles/5786482.html

串联端接电阻的阻值大小会影响到接收端波形上升沿的的陡峭程度，当使用较大电阻的时候，上升沿会变缓。

解释：

产生这个现象的原因是多方面的，其中最主要的是由于接收器存在输入电容。

信号边沿陡峭程度和信号的带宽有关，边沿越陡峭，带宽越大。但是现在对于同一个信号，不同的电容确产生不同的信号边沿，说明电容影响了信号的带宽，问题是电容怎样影响信号带宽的呢？看看整个互连中有什么？端接电阻、输入电容，很自然的联想到RC滤波电路。事实上，影响最大的就是它。一阶RC滤波网络是典型的低通滤波，这是这个滤波器限制了信号的带宽。或者从另一个角度来看，端接电阻、传输线阻抗、输入电容共同构成了一个RC充电电路，电容上的电压呈指数变化规律，关键的参数为时间常数（τ=RC）。电容越大，时间常数越大，电容电压变化越缓慢，信号边沿也就越缓。

现在回到端接电阻来，对于RC网络，R同样影响滤波器带宽，或者影响RC充电电路的时间常数。R增加对信号边沿的影响和电容增加类似，同样会导致信号边沿变缓。

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