</a>PROFIBUS" title="PROFIBUS">PROFIBUS" title="PROFIBUS">PROFIBUS國際會(huì)議上，荷蘭一位專家指出PROFIBUS系統(tǒng)中最常出現(xiàn)的問題是終端電阻設(shè)置錯(cuò)誤、電源線布置不當(dāng)、電纜走線不當(dāng)、使用錯(cuò)誤的電纜，他的總結(jié)得到了大家的普遍認(rèn)可。在這幾條中都與安裝和布線有關(guān)，對(duì)最終用戶來說，系統(tǒng)的安裝接線是非常重要的環(huán)節(jié)。PROFIBUS-DP傳輸技術(shù)有RS-485和光纖兩大類，這里，只講解基于RS-485傳輸技術(shù)的安裝和布線。
    RS-485采用兩線差分平衡傳輸技術(shù)，其最大的優(yōu)勢(shì)是可以抑制噪聲。盡管如此，總線信號(hào)總會(huì)受到兩方面的干擾，一是反射，二是EMC。本期本章針對(duì)反射的產(chǎn)生和消除做一些講解，以減少產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問題的幾率。同時(shí)，對(duì)總線接口方面的設(shè)計(jì)提出一些建議。
1 正確使用終端電阻消除反射
    PROFIBUS電纜的兩端應(yīng)該連接終端電阻。終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號(hào)反射。在通信過程中，有兩種原因?qū)е滦盘?hào)反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。阻抗不連續(xù)：信號(hào)在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有（例如：短路）或者阻抗很大（例如：斷線），信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的，反射是來自總線自身的問題，反射就像回聲一樣，會(huì)在線路上引起許多信號(hào)的疊加，產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)干擾，尤其是在高速率傳輸時(shí)，這種情況更嚴(yán)重。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。由于信號(hào)在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通信電纜的另一端可跨接一個(gè)同樣大小的終端電阻。一般，終端電阻集成在PROFIBUS-DP總線連接器中，連接器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    從總線連接器內(nèi)部結(jié)構(gòu)可看到，DB9頭必須接線第5、6、3、8四個(gè)引腳。其中，5腳接地，6腳接總線電源，這兩引腳將提供總線終端器的電源。這是因?yàn)橐鹦盘?hào)反射的另一個(gè)原因是數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現(xiàn)在通信線路處在空閑方式時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)混亂。在EIA RS-485中規(guī)定的端接電阻 Rt是以下拉電阻 Rd(與數(shù)據(jù)地DGND連接)和上拉電阻Ru（與正電壓VP連接）做補(bǔ)充。當(dāng)沒有站進(jìn)行傳輸（即空閑時(shí)間）時(shí)，這個(gè)補(bǔ)充迫使不同的狀態(tài)電壓（即導(dǎo)體間的電壓）趨于一個(gè)確定值。
    DB9頭的第3腳接B線(紅色)，第8腳接A線(綠色)，這兩條線是差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸線。
    在PROFIBUS插頭上，有一個(gè)進(jìn)線孔（In）和一個(gè)出線孔（Out），分別連接至前一個(gè)站和后一個(gè)站。當(dāng)各站點(diǎn)通過插頭以及網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，根據(jù)RS-485串口通信的規(guī)范，每個(gè)物理網(wǎng)段支持32個(gè)物理設(shè)備，且在物理網(wǎng)段終端的站點(diǎn)應(yīng)該設(shè)置終端電阻保證通信質(zhì)量。而每個(gè)PROFIBUS插頭上，都內(nèi)置了終端電阻，需要時(shí)可以接入（On）和切除（Off）。當(dāng)終端電阻設(shè)置為“On”時(shí)，表示一個(gè)物理網(wǎng)段的終結(jié)，因此連接在出線端口“Out”后面的網(wǎng)段信號(hào)也將被中斷。因此，在每個(gè)物理網(wǎng)段兩個(gè)終端站點(diǎn)上的插頭，需要將網(wǎng)線連接在進(jìn)線口“In”，同時(shí)將終端電阻設(shè)置為“On”，而位于網(wǎng)段中間的站點(diǎn)需要依次將網(wǎng)線連接在進(jìn)線口“In”和出線口“Out”，同時(shí)將終端電阻設(shè)置為“Off”，如圖2所示。

    在每個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng)段的兩端都必須有終端電阻，但其他地方卻絕不能設(shè)置終端電阻。
    需要注意的是，現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)可能比較復(fù)雜，一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)可能由多個(gè)網(wǎng)段組成，網(wǎng)段之間可以使用中繼器或光纖連接模塊連接，但每個(gè)網(wǎng)段仍然是總線型結(jié)構(gòu)，在每個(gè)網(wǎng)段的兩端都需要加終端電阻。
2 規(guī)范線纜和布線減少反射
    正確使用終端電阻可以消除大部分反射故障。但是，引起反射的另一大誘因是線纜的選擇和使用不當(dāng)，造成阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。PROFIBUS-DP規(guī)定的電纜有A型和B型兩種，如表1所示。
    使用其他線纜常常造成阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配的問題，一個(gè)最典型的例子就是接頭線的使用。接頭線是從主干電纜(總線線性網(wǎng)絡(luò))上引出來的小分支(分叉)，這樣的電路就是接頭線路。在PROFIBUS-DP的網(wǎng)絡(luò)接線中，對(duì)接頭線路的長度有著嚴(yán)格的限制，因?yàn)榻宇^線與主干的總線阻抗不連續(xù)，容易引起總線反射。規(guī)范規(guī)定當(dāng)總線傳輸速率超過1.5 Mb/s時(shí)，不允許使用任何接頭線路。為避免使用接頭電路的出現(xiàn)，要盡量使用中繼器來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。在低速率網(wǎng)絡(luò)中，最大允許的接頭電路總長度如表2所示。

    因此，在設(shè)計(jì)PROFIBUS-DP接口時(shí)，必須遵循RS-485總線輸出端到總線接線器間的距離盡可能短的原則，更不要在設(shè)備中使用“飛線”方式來連接總線。對(duì)于總線速率超過1.5 Mb/s的應(yīng)用場(chǎng)合，網(wǎng)段最大長度不能超過100 m。同時(shí)，建議每?jī)蓚€(gè)站點(diǎn)之間的距離最好不要小于1 m，因?yàn)榫嚯x太近也會(huì)引起信號(hào)的反射。
3 總線接口設(shè)計(jì)的建議
    規(guī)范的總線接口電路設(shè)計(jì)和連接是避免反射產(chǎn)生的有效措施。
    (1)使用規(guī)范的總線收發(fā)器，建議使用RSM485P一類的一體化隔離收發(fā)器，使用RSM485P的典型電路如圖3所示。

    (2)使用規(guī)范的PROFIBUS-DP線纜，非規(guī)范線纜一般與總線連接器中的終端電阻不匹配。
    (3)注意總線的短路、斷路問題，接線不規(guī)范容易引起總線短路，而錯(cuò)誤的設(shè)置總線連接器的終端開關(guān)會(huì)造成總線斷路；
    (4)分支接頭電路盡量避免，在產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循RS-485總線輸出端到總線接線器間的距離盡可能短的原則；
    (5)正確劃分網(wǎng)段，保證各網(wǎng)段中都正確設(shè)置終端電阻；
    (6)兩個(gè)站點(diǎn)間距離不可太近，建議不要小于1 m；
    (7)保證總線電源的穩(wěn)定性，總線電源要求(+5 V±500 mV，≥10 mA)。
    PROFIBUS-DP基于RS-485的傳輸技術(shù)應(yīng)當(dāng)注意總線信號(hào)的反射和外界EMC干擾。反射主要是使用總線類型不規(guī)范、過長的接頭線、終端設(shè)置不當(dāng)?shù)纫鸬淖杩共贿B續(xù)和不匹配造成。合理的設(shè)計(jì)總線接口、使用規(guī)范的線纜、正確的設(shè)置終端是消除反射的有效手段。
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