RS485中继器

提供三种常见的RS485中继器电路并进行了一些性能测试.对比测试了市面常见的中继器方案

MosControl

最为常见的RS485自动收发电路,本质是通过半驱动模式实现的.默认上下行驱动器都处于接收模式,若下行数据流输入则驱动器A接收并输出TTL电平,经过NMOS反向后使能驱动器B发送低电平.实际压摆率/转发速率受上拉电阻限制,减小阻值可提升速率.
单对于基于mos的自动收发电路来说,一般要求其使用速率低于115200bps

Inverter

低端中继器常用方案,通过反相器来翻转接收信号与DIR电平.设计采用TI的方案,按照说明最大速率为115200bps.

反相器的方案还有通过多级反转来实现的,未作测试.感兴趣的可以找来试试

其中RC提供了基础延迟防止同时收发的情况

ANDGate

复杂一些的方案,保证了数据时序.与非门实现信号的翻转与保持发送

测试验证

测试转发性能,输入为50%占空比方波,查看经过中继器前后波形变化.
注意: 测试数据与RS485驱动芯片强相关

MosControl

下降沿延迟3250ns.上升沿延迟700ns(SN75176)
属于完全不可用的情况,后续测试均排除此方案

Inverter

下降沿延迟80ns,上升沿延迟35ns(SP485)
下降沿延迟190ns,上升沿延迟160ns(TB成品板)
对于一般的应用来说足够使用.如115200bps码片8.68us,经过一级中继偏移45ns并不影响信号识别,多级中继时应计算此参数.按照脉宽损失25%则无法识别粗略计算可中继40次,若需更多级数可逐步降低速率.

AND

下降沿延迟50ns,上升沿延迟50ns(SP485),修改RS485芯片后可做到几乎对称(实际还有±5ns左右误差).

TB成品板可作为50:50ns.CV的电路测试了很久一直做不到,只能做到80:45ns的样子.最后发现是TB板子选用SMB 6.8V的TVS结电容有1000pF左右,测试板子选用SM712只有几十pF.
测试板后增加1nF电容在输入/输出端,可做到50:50.一般的,实际现场双绞线缆可按照36pF/m计算,来补偿此部分

通信测试可通过921600bps传输MB级文件稳定运行

总结

一般的中继器可按照Inverter进行设计,足够满足大多数现场应用条件.特殊场景,应按照实际速率与中继级数来计算应用.
选择中继器用RS485驱动器时应关注其驱动与接收斜率一致性,这是一项容易忽略的参数,多数芯片是不对称的,因此会进一步增大偏差.

需要隔离时,均只需2channel隔离器来隔离485芯片间TTL端的两根数据线即可

后续

根据测试结果,基于AND方案制作了批量测试板进行测试,级间通过阻容模拟导线,另外板间串联了100M屏蔽网线,两箱300M网线来模拟实际线路情况.实测串联456pcs后下降沿延迟42us,上升沿延迟65us,此情况下最高波特率可达14400bps,测试传输MB级数据无误.
But! 可能由于RC电路匹配问题,当上电不稳定时会产生自激现象

这是另一种尝试多级中继通信的测试板,由于rs232芯片默认存在两路输入输出,因此可以一片就可实现中继.然后实测数据超级无敌的差,完全不可用.

最后标记一句,BOM中器件型号与参数可能与实际不一致