Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.2. Chuẩn truyền thông công nghiệp TIA/EIA-485
1.2.2. Chuẩn truyền dẫn TIA/EIA–485
1.2.2.5. Vai trò của trở đầu cuối
Do tốc độ truyền thông và chiều dài dây dẫn là khác nhau trong các ứng dụng nên hầu nhƣ tất cả các bus RS485 đều yêu cầu sử dụng trở đầu cuối tại hai đầu dây. Sử dụng trở đầu cuối có tác dụng chống lại các hiệu ứng phụ trong truyền dẫn tín hiệu (ví dụ nhƣ sự phản xạ tín hiệu). Trở đầu cuối có thể dùng từ 100 ÷ 120 .
Một sai lầm gây tác hại nghiêm trọng thường gặp trong thực tế đó là dùng trở đầu cuối tại mỗi thiết bị. Vì tải đầu cuối chiếm tải phần lớn trong toàn mạch cho nên trong trường hợp này dòng qua tải đầu cuối lớn dẫn tới tín hiệu mang thông tin bị suy giảm mạnh làm sai lệch hoàn toàn tín hiệu.
Trong trường hợp truyền với khoảng cách ngắn và tốc độ truyền thấp ta có thể không cần tải đầu cuối. Tín hiệu suy giảm sẽ đƣợc triệt tiêu sau vài lần qua lại. Tốc độ truyền dẫn thấp đồng nghĩa với chu kỳ nhịp bus dài. Nếu tín hiệu phản xạ triệt tiêu hoàn toàn trước thời điểm trích mẫu ở nhịp tiếp theo (thường vào giữa chu kỳ) thì tín hiệu mang thông tin sẽ không bị ảnh hưởng.
Với mạng có khoảng cách truyền nhận xa thì người ta có thể sử dụng một trong hai phương pháp sau để cải thiện khả năng truyền của mạng:
Phương pháp 1: Đƣợc dùng phổ biến nhất là chỉ dùng một điện trở nối giữa hai đầu dây A, B tại mỗi điểm truyền nhận. Phương pháp này còn được gọi là chặn song song. Điện trở được chọn có giá trị tương đương với trở kháng đặc trưng của dây dẫn.
Nhƣ vậy sẽ không có tín hiệu phản xạ và chất lƣợng tín hiệu mang thông tin sẽ đƣợc bảo đảm. Nhược điểm của phương pháp này là tổn hao tại điện trở đầu cuối.
A
B
RT RO
RE RO
Bộ phát
DI
Bộ truyền
Hình 1.15. Chặn đầu cuối sử dụng thuần trở
Phương pháp 2: Sử dụng tụ C mắc nối tiếp với điện trở R. Mạch RC này cho phép khắc phục nhƣợc điểm của cách sử dụng điện trở thuần nhƣ trên. Trong lúc tín hiệu ở giai đoạn quá độ, tụ C có tác dụng ngắn mạch và trở R có tác dụng chặn đầu cuối. Khi tụ C đảo chiều sẽ cản trở dòng một chiều vì thế có tác dụng giảm tải. Tuy nhiên hiệu ứng lọc thông thấp không cho phép hệ thống hoạt động với tốc độ cao.
A
B
RO RE RO
Bộ phát
DI
Bộ truyền
R C
T T
Hình 1.16. Chặn đầu cuối sử dụng R và C
Trong quá trình hoạt động có thể xảy ra trường hợp xấu làm sai trạng thái logic đầu ra của bộ nhận. Có 3 khả năng có thể làm sai trạng thái đầu ra của bộ nhận:
- Trạng thái hở mạch: Gây ra do đứt đường dây mạch hoặc mất kết nối giữa bộ truyền nhận với đường bus.
- Trạng thái ngắn mạch: Xảy ra khi lớp cách điện trong dây cable bị hỏng làm cho các dây dẫn tín hiệu ngắn mạch.
Để khắc phục các trường hợp xấu trên, chúng ta có thể thiết kế mạch phân cực an toàn trong trường hợp xấu với biên độ nhiễu 10mV. Mạch phân cực an toàn sử dụng các điện trở để tạo ra một mạch phân áp đủ để điều khiển đầu ra của bộ nhận có trạng thái logic đúng. Nhƣ vậy điện áp VAB = 200mV + VNhiễu.
Giá trị RB của mạch phân cực an toàn được tính toán trong trường hợp xấu nhất là biên độ nguồn nhiễu lớn nhất và nguồn nhỏ nhất.
Với:
VBus_min – Điện áp nguồn nhỏ nhất.
VAB – Điện áp chênh lệch giữa đường dây A và B.
Z0 – Trở kháng của cable truyền (120Ω).
B vcc
RT
RB
RB
A
B
RO RE RO
Bộ phát
DI
Bộ truyền
Hình 1.17: Mạch phân cực an toàn
Trở kháng đầu vào của bộ nhận RS485 phải có giá trị lớn hơn 12 kΩ. Trở kháng này đƣợc định nghĩa nhƣ là một đơn vị tải (UL). Khi mắc thêm mạch phân cực an toàn sẽ làm tăng tổng trở của mạch. Mạch phân cực an toàn sẽ làm tăng thêm 20 đơn vị tải vào tổng trở của mạng. Vì vậy, số lƣợng bộ truyền nhận trong mạng phụ thuộc vào tổng trở của mạng.
Với: UL1 – Đơn vị tải chuẩn.
UL2 – Đơn vị tải mạch phân cực an toàn.
UL3 – Đơn vị tải của một bộ truyền nhận.
Bảng 1.2. Trở kháng bộ nhận khi không có mạch phân cực an toàn
Đơn vị tải Số nút mạng Trở kháng đầu vào bộ nhận
1 32 12 kΩ
Đơn vị tải Số nút mạng Trở kháng đầu vào bộ nhận
1/2 64 24 kΩ
1/4 128 48 kΩ
1/8 256 96 kΩ
Bảng 1.3. Trở kháng đầu vào bộ nhận khi có mạch phân cực an toàn
Đơn vị tải Số nút mạng Trở kháng đầu vào bộ nhận
1 12 12 kΩ
1/2 24 24 kΩ
1/4 48 48 kΩ
1/8 96 96 kΩ