计算RS-485总线上的最大节点数

在低数据速率下，RS-485总线上收发器和接收器的最大数量有一个实际限制，即接收器相对于其输入阈值电压的电压。RS-485接收器的输入阻抗在标准中不是固定的，并且可能因器件而异。本应用笔记解释了如何根据数据手册中的数据计算低数据和标准数据速率的最大接收器数量。

介绍

TIA/EIA-485-A 标准（通常称为 RS-485）多年来一直是工业通信的主要内容。RS-485是一种标准的双向半双工或全双工数据传输，允许在共享总线上连接多个接收器和驱动器。 图1显示了简单RS-485总线的简化框图。

图1.简化的 RS-485 网络图。

RS-485标准没有明确规定总线上的最大节点数，但提供了确定和计算最大总线尺寸的指南。在低数据速率下，RS-485总线上收发器和接收器的最大数量有一个实际限制，即接收器相对于其输入阈值电压的电压。增加总线上的接收器数量会导致有源驱动器看到的差分负载阻抗降低，由于每个接收器除了电缆阻抗外还具有输入阻抗，导致接收器上的差分电压降低。RS-485接收器的输入阻抗在RS-485标准中不是固定的，并且在部件号之间变化很大。本应用笔记解释了如何根据数据手册中的数据计算低数据和标准数据速率的最大接收器数量。

从单位负载开始

RS-485标准首先定义了一个称为“单位负载”（UL）的假设术语。RS-485收发器的直流或静态负载由1UL的小数倍定义。图2显示了标准中规定的定义1UL的接收器单端输入电流-电压模板。

图2.RS-485标准中定义的单单位负载电流-电压特性。

RS-485接收器的测量值预计在整个-7V至+12V范围内落在模板范围内。各种Maxim RS-485收发器的典型接收器输入电流测量如图3所示。模板已叠加在图中，以突出显示输入电流特性在RS-485标准要求的整个-7V至+12V输入电压范围内。

图3.各种Maxim RS-485收发器的单单位负载电流-电压特性。

每个RS-485收发器或接收器都可以根据其在总线上表示的单位负载（nUL）数量进行指定。

RS-485标准没有明确声明RS-485总线的最大节点数，而是概述了计算最大值的方法。解释一下，计算如下：接收器表示的等效单位负载数nUL是接收器输入电流与标准1UL电流之比。预计接收器输入电流通常在-7V和+12V输入电压下最高，因此，大多数制造商在这些极端输入下指定它们。输入电流比是在这两个输入端计算的，nUL是两个比值中较大的一个。

计算总线上的最大 UL （nMAX）

RS-485标准限制了最大驱动器电流，使得标准总线可以可靠地支持不超过32UL。要计算总线上的最大节点数，请将此值除以小数 UL 的总和： nMAX = 32UL / （nUL1+ 无UL2+ ...nULn)

示例1：有多少个MAX22506E收发器？

以下是使用Maxim的MAX22506E 50Mbps半双工收发器的计算示例。MAX22506E数据资料规定了接收器输入，如表1所示。

表 1.MAX22506E接收器输入特性
 

 

输入电流（A 和 B）	我B，a	DE = 接地， VCC = 接地， +3.6V 或 +5.5V	V在= +12V	+390 （最大）	微安
V在= -7V	-360（分钟）

 

利用这些信息以及图2所示的-7V和+12V电流电平（分别为-0.8mA和+1mA），-7V和+12V交调点处的小数UL值可以计算如下：

在 -7V 交调点：nULMAX22506E= -0.36毫安/-0.8毫安 = 0.45UL

在+12V交调点：nULMAX22506E= +0.39mA/+1mA = 0.39UL

这两个值中较大的一个（0.45UL）是MAX22506E的小数单位负载。

假设总线仅由MAX22506E组成，则简化.MAX计算结果：

n.MAX= 32UL/0.45UL

n.MAX= 71 MAX22506E收发器可组成一条RS-485总线。

示例 2：混合总线上有多少个收发器？

以下是在单个RS-485总线上使用三个不同收发器的计算示例。本示例使用Maxim的MAX22506E、MAX14783E和故障保护MAX14776E。所有这些收发器的工作电压为3.3V至5V，最大数据速率至少为20Mbps，并且均为半双工。每个接收器的接收器输入特性如图3所示。

表2显示了3个器件的接收器输入特性，取自各自的数据手册。

表 2.接收器输入电流规格
 

 

输入电压 （A 和 B）	最大输入电流 （μA）
MAX22506E	MAX14783E	MAX14776E
输入电压 = -7V	-360	-800	-200
输入电压 = +12V	+390	+1000	+280

 

使用该表中的信息，可以计算出-7V和+12V交调点处的小数UL值，如表3所示。

表 3.分数单位负载计算
 

 

输入电压 （A 和 B）	收发器的 nUL 计算
MAX22506E	MAX14783E	MAX14776E
输入电压 = -7V	-0.36毫安/-0.8毫安 = 0.45UL	-0.8毫安/-0.8毫安 = 1UL	-0.20mA/-0.8mA = 0.25UL
输入电压 = +12V	0.39mA/1mA = 0.39UL	+1.0mA/1mA = 1UL	+0.28mA/1mA = 0.28UL

 

对于每个器件，两个比率中较大的一个是分数UL。如表所示，MAX22506E为0.45UL，MAX14783E为1UL，MAX14776E为0.28UL。

总线上的最大收发器数计算如下：

n.MAX= 32UL / （nUL1+ 无UL2+ ...nULn)

使用计算值，表4显示了这些收发器的一些有效组合（32 UL，最大值），这些组合可在单个RS-485总线上使用。

表 4.混合 RS-485 总线节点
 

 

MAX22506E	MAX14783E	MAX14776E	总 UL
收发 器	UL	收发 器	UL	收发 器	UL
1	0.45	30	30	5	1.4	31.9
10	4.5	25	25	8	2.2	31.7
12	5.4	20	20	23	6.4	31.8
16	7.2	12	12	45	12.6	31.8
20	9	18	18	17	4.8	31.8
25	11.3	15	15	20	5.6	31.9
45	20.3	9	9	9	2.5	31.8

 

审核编辑：郭婷