RS485總線是一種常用的差分信號(hào)傳輸方式，RS485總線具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、節(jié)點(diǎn)數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，我們可能會(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題，就是RS485總線是否需要在A和B兩條線上加上下拉電阻，以及加多大的電阻合適。前文介紹了RS485總線信號(hào)常見(jiàn)故障排查， 本文將對(duì)RS485總線為什么要加上下拉電阻及下拉電阻阻值的計(jì)算選型這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析和解釋。
首先，我們需要了解RS485總線的工作原理和信號(hào)特性。根據(jù)RS-RS485標(biāo)準(zhǔn)，RS485總線是通過(guò)兩條線（A和B）來(lái)傳輸差分信號(hào)的，根據(jù)兩條線之間的電壓差來(lái)判斷的當(dāng)前數(shù)據(jù)位是0還是1。
RS485傳輸時(shí)的的數(shù)據(jù)有三種狀態(tài)：
1．當(dāng)A和B之間的電壓差 VAB=UA-UB 大于+200mV時(shí)，RS485收發(fā)器輸出的邏輯為1；
2．當(dāng)A和B之間的電壓差 VAB=UA-UB 小于-200mV時(shí)，RS485收發(fā)器輸出邏輯為0；
3．當(dāng)A和B之間的電壓差 VAB=UA-UB 在-200mV～+200mV之間時(shí)，RS485收發(fā)器可能輸出高電平也可能輸出低電平，是一個(gè)不確定的狀態(tài)。
在正常情況下，我們希望接收器收到的數(shù)據(jù)只能是0或1，對(duì)于不確定的狀態(tài)是不能出現(xiàn)在RS485總線上的。那么，什么情況下會(huì)出現(xiàn)不確定的狀態(tài)呢？主要有以下幾種情況：
1．當(dāng)RS485總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，也就是說(shuō)，所有的RS485收發(fā)器都處于接收狀態(tài)，沒(méi)有任何一個(gè)收發(fā)器在驅(qū)動(dòng)總線時(shí)。此時(shí)，由于沒(méi)有任何信號(hào)源在總線上產(chǎn)生差分電壓，A和B兩條線上的電壓基本相等，也就是說(shuō)，差分電壓基本為0。
2．當(dāng)RS485總線處于開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，也就是說(shuō)，某個(gè)RS485收發(fā)器與總線斷開(kāi)連接時(shí)。此時(shí)，由于斷開(kāi)連接的收發(fā)器不再對(duì)總線產(chǎn)生影響，其余收發(fā)器之間的差分電壓也基本為0。
3．當(dāng)RS485驅(qū)動(dòng)器輸出不足以使A、B產(chǎn)生絕對(duì)值大于200mV壓差時(shí)，也就是說(shuō)此時(shí)RS485總線信號(hào)狀態(tài)已經(jīng)不能反映驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)，接收器也無(wú)法識(shí)別正確信號(hào)。
當(dāng)RS485總線出現(xiàn)不確定的狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致通信錯(cuò)誤或失效。例如，如果某個(gè)RS485收發(fā)器在不確定狀態(tài)下認(rèn)為收到數(shù)據(jù)0信號(hào)，向串口輸出低電平，那么對(duì)于UART通信來(lái)說(shuō)，這就相當(dāng)于一個(gè)起始位（Start Bit），會(huì)引起誤判或誤碼；如果某個(gè)RS485收發(fā)器在不確定狀態(tài)下輸出高低電平交替變化，那么對(duì)于UART通信來(lái)說(shuō)，就會(huì)干擾正常數(shù)據(jù)，導(dǎo)致UART接收器收到異常數(shù)據(jù)。
為了防止RS485總線出現(xiàn)不確定的狀態(tài)，我們根據(jù)這兩種異常分析，導(dǎo)致這兩種異常的原因都是當(dāng)收發(fā)器處于接收狀態(tài)時(shí)，AB線上無(wú)法保持正常電壓差導(dǎo)致的。要保持空閑或斷線的狀態(tài)下也能有正確的壓差，我們需要在A和B兩條線上加上下拉電阻（通常A接上拉電阻，B接下拉電阻），以保證總線在空閑或開(kāi)路狀態(tài)下有一個(gè)固定的差分電壓。如下圖所示：
那么，在選擇下拉電阻的大小時(shí)，我們需要考慮哪些因素呢？主要有以下幾個(gè)方面：
1．上下拉電阻應(yīng)該足夠小，以保證空閑或開(kāi)路狀態(tài)下的差分電壓大于+200mV或小于-200mV（根據(jù)具體情況選擇），從而避免不確定狀態(tài)。
2．上下拉電阻應(yīng)該足夠大，以減少功耗和熱量，同時(shí)不影響RS485收發(fā)器的驅(qū)動(dòng)能力和輸出電壓。
3．上下拉電阻應(yīng)該與RS485收發(fā)器的輸入阻抗、終端電阻、總線長(zhǎng)度、節(jié)點(diǎn)數(shù)等因素相匹配，以保證總線的阻抗匹配和信號(hào)完整性。
首先，我們針對(duì)收發(fā)器處于斷線的狀態(tài)時(shí)，此時(shí)收發(fā)器A、B電壓由RU、RT、RD和RIN共同決定，既：
通常我們將RU和RD使用相同的值，則公式可簡(jiǎn)化為：
此時(shí)，我們?cè)O(shè)芯片內(nèi)部差分輸入電阻RIN=15KΩ、VCC=3.3V且RT=120R，可以算出此時(shí)0Ω≤R≤239Ω，當(dāng)然只要R≤232.5KΩ都能滿足斷線情況下A、B線處于數(shù)據(jù)1狀態(tài)。
針對(duì)于空閑狀態(tài)，考慮到大部分節(jié)點(diǎn)設(shè)備都會(huì)在在A、B線上添加RU和和RD電阻，且會(huì)在終端上增加 RT 電阻。如下圖所示：
我們根據(jù)前面的推導(dǎo)過(guò)程可知，不同的只是因?yàn)樵黾庸?jié)點(diǎn)而增加的輸入電阻和上下拉電阻，所以我們根據(jù)上述電路可以推導(dǎo)出如下的公式：
在這個(gè)公式中，m為帶上下拉電阻的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，n為節(jié)點(diǎn)數(shù)量?？偩€A端和B端的差值我們定義為最小的200mA，這樣我們就可以將這個(gè)公式簡(jiǎn)化為：
有了這個(gè)公式就可以根據(jù)實(shí)際的節(jié)點(diǎn)數(shù)量來(lái)確定上下拉電阻的值。
然而根據(jù)這個(gè)公式計(jì)算出來(lái)的結(jié)果僅僅只是一個(gè)理想值，在實(shí)際使用中上下拉電阻一般都是在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部確定了的。不同的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，其內(nèi)部的上下拉電阻可能不同，我們需要考量節(jié)點(diǎn)的數(shù)量來(lái)考量這個(gè)電阻的值。要確定上下拉電阻的值還需要考慮驅(qū)動(dòng)芯片的帶載能力。不能將上下拉電阻設(shè)置的很小。
總之，RS485總線要在AB線上加上下拉電阻，主要是為了保證總線在空閑或開(kāi)路狀態(tài)下有一個(gè)固定的差分電壓，從而避免不確定狀態(tài)導(dǎo)致的通信錯(cuò)誤或失效。在選擇下拉電阻的大小時(shí)，需要綜合考慮功耗、驅(qū)動(dòng)能力、阻抗匹配等因素，以保證通信的穩(wěn)定性和可靠性。
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