強大的高速串行通信:Maxim新推出的RS-422/485收發器

2020-12-20 EEToday電子頭條

Robert Keim

MAX14775E具有高性能,特別適用於惡劣環境下的數據傳輸。

RS-422/485是眾所周知且廣泛使用的串行通信接口。你可以在這裡閱讀它。雖然理論上可以將任何類型的單端數位訊號轉換為差分 RS-422/485信號,但系統通常設計為UART作為通信協議,RS-422/485作為物理層。我很欣賞UART的簡單性和多功能性,總的來說,我認為UART與RS-422/485相結合,是許多應用的出色通信接口。

實現RS-422/485時的基本組件是轉換器IC。該晶片可確保將典型的單端數位訊號轉換為滿足官方TIA / EIA標準要求的差分信號。這些翻譯不是什麼新鮮事,但與生活中的大多數其他翻譯一樣,總有改進的餘地。

MAX14775E是Maxim新推出的RS-422/485收發器。它提供了您期望從任何RS-422/485轉換器獲得的典型功能,但它還具有幫助您的系統在嘈雜,高壓環境中保持可靠通信的功能。

MAX14775E的典型RS-485網絡,是半雙工

注意:高壓

在3.3 V或5 V電壓下運行的嵌入式系統不會對RS-422/485接口造成太大風險。TIA / EIA-485標準規定了-7 V至12 V的可接受共模電壓範圍,因此即使發送信號的共模電壓比接收器的地電位高5 V,這兩個設備仍然可以成功通信。然而,並非所有系統都限於這種良性電壓。我想到了工業環境,但在機器人,航空航天和醫療應用中也會出現相對較高的電壓。

在高壓容差方面,MAX14775E遠遠超出了TIA / EIA標準。驅動器輸出和接收器輸入可承受±65 V的故障電壓; 此外,設備檢測故障狀況並在故障事件之後的指定時間段內禁用驅動器輸出。除了這種容錯功能外,MAX14775E的共模電壓範圍為-25 V至25 V,而TIA / EIA-485和-7 V至7 V所需的-7 V至12 V範圍則相反。 TIA / EIA-422的範圍。

應對噪聲

噪聲無處不在,但在高壓環境中往往更容易出問題。隨著周圍的電壓和電流越來越高,輻射場越強,低壓信號受到幹擾的影響越嚴重。

普通數字輸入本質上對噪聲敏感:如果單個輸入閾值確定輸出是邏輯低還是邏輯高,則以該閾值為中心的小變化將導致虛假輸出轉換。

沒有滯後,噪聲輸入=不可預測的輸出。

這裡的標準解決方案是「 滯後 」,它指的是上升沿輸入閾值和下降沿輸入閾值之間的差異。我很難確定TIA / EIA-422或-485標準是否需要任何滯後量(我認為不是) - 但是,無論如何,似乎許多轉換器IC提供至少20到50 mV。相比之下,MAX14775E的典型輸入遲滯為250 mV,這意味著輸入上升沿或下降沿可能包含一些嚴重的高幅度噪聲,但不會導致雜散輸出轉換。

高(和低)速度

儘管RS-422/485的組件和布線要求相對簡單,但考慮到UART接口,我們不會想到20世紀80年代風格的波特率。當發射器和接收器非常接近時尤其如此,因為隨著電纜長度的增加,最大數據速率會降低。

儘管專注於可靠性和穩健性,但MAX14775E的最小最大數據速率 (PDF)為20 Mbps。(不,「最小最大值」不是一個錯字。這裡的想法是最壞情況下的最大數據速率是20 Mbps。)你可以找到更快的部分; 快速的Digi-Key搜索顯示RS-485收發器的廣告速度高達100 Mbps。但考慮到MAX14775E提供的其他功能,我認為20 Mbps是相當不錯的,此外,20 Mbps非常適合許多應用。

單端輸入和差分輸出之間的時序關係。

一個小的複雜因素是我們並不總是想要高速。有時我們更擔心EMI。高數據速率需要快速轉換,快速轉換需要陡峭的邊緣,陡峭的邊緣會產生更多的EMI。

因此,在某些情況下,我們寧願使用有意限制輸出信號轉換速率的驅動器; 這會降低最大數據速率,但也會降低輻射EMI。Maxim的人們理解這個問題(無疑比我做得好得多),因此它們也提供MAX1477 6E.這是相同的部分,除了輸出是壓擺率限制的,因此,最小的最大數據速率是500 kbps。

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    標準僅規定了電氣層,其它的像協議、時序、串行或並行數據以及連結器全部由設計者或更高層協議定義。       最初,485標準被定義為是對TIA/EIA-422標準(以下簡稱422)的靈活性方面升級。鑑於422僅是單工通訊(註:422使用兩對差分通訊線,發送使用一對,接收使用一對,所以數據在一條線上是單向傳輸的),485允許在一對信號線上有多個驅動器和接收器,有利於半雙工通訊(見圖1)。和422一樣,485沒有規定最大電纜長度,但是在使用24-AWG電纜、100kbps條件下,可以傳輸1.2km;485同樣沒有限制最大信號速率,而是由上升沿時間和位時間的比率限制,這和232相似。
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