PROFIBUS" title="PROFIBUS">PROFIBUS" title="PROFIBUS">PROFIBUS国际会议上，荷兰一位专家指出PROFIBUS系统中最常出现的问题是终端电阻设置错误、电源线布置不当、电缆走线不当、使用错误的电缆，他的总结得到了大家的普遍认可。在这几条中都与安装和布线有关，对最终用户来说，系统的安装接线是非常重要的环节。PROFIBUS-DP传输技术有RS-485和光纤两大类，这里，只讲解基于RS-485传输技术的安装和布线。
RS-485采用两线差分平衡传输技术，其最大的优势是可以抑制噪声。尽管如此，总线信号总会受到两方面的干扰，一是反射，二是EMC。本期本章针对反射的产生和消除做一些讲解，以减少产品在现场出现问题的几率。同时，对总线 接口方面的设计提出一些建议。
1 正确使用终端电阻消除反射
PROFIBUS电缆的两端应该连接终端电阻。终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。在通信过程中，有两种原因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。阻抗不连续：信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有（例如：短路）或者阻抗很大（例如：断线），信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的，反射是来自总线自身的问题，反射就像回声一样，会在线路上引起许多信号的叠加，产生严重的信号干扰，尤其是在高速率传输时，这种情况更严重。消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通信电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。一般，终端电阻集成在PROFIBUS-DP总线连接器中，连接器内部结构如图1所示。

从总线连接器内部结构可看到，DB9头必须接线第5、6、3、8四个引脚。其中，5脚接地，6脚接总线电源，这两引脚将提供总线终端器的电源。这是因为引起信号反射的另一个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。这种原因引起的反射，主要表现在通信线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。在EIA RS-485中规定的端接电阻 Rt是以下拉电阻 Rd(与数据地DGND连接)和上拉电阻Ru（与正电压VP连接）做补充。当没有站进行传输（即空闲时间）时，这个补充迫使不同的状态电压（即导体间的电压）趋于一个确定值。
DB9头的第3脚接B线(红色)，第8脚接A线(绿色)，这两条线是差分数据传输线。
在PROFIBUS插头上，有一个进线孔（In）和一个出线孔（Out），分别连接至前一个站和后一个站。当各站点通过插头以及网线连接到网络上时，根据RS-485串口通信的规范，每个物理网段支持32个物理设备，且在物理网段终端的站点应该设置终端电阻保证通信质量。而每个PROFIBUS插头上，都内置了终端电阻，需要时可以接入（On）和切除（Off）。当终端电阻设置为“On”时，表示一个物理网段的终结，因此连接在出线端口“Out”后面的网段信号也将被中断。因此，在每个物理网段两个终端站点上的插头，需要将网线连接在进线口“In”，同时将终端电阻设置为“On”，而位于网段中间的站点需要依次将网线连接在进线口“In”和出线口“Out”，同时将终端电阻设置为“Off”，如图2所示。

在每个PROFIBUS-DP网段的两端都必须有终端电阻，但其他地方却绝不能设置终端电阻。
需要注意的是，现场网络可能比较复杂，一个完整的网络可能由多个网段组成，网段之间可以使用中继器或光纤连接模块连接，但每个网段仍然是总线型结构，在每个网段的两端都需要加终端电阻。
2 规范线缆和布线减少反射
正确使用终端电阻可以消除大部分反射故障。但是，引起反射的另一大诱因是线缆的选择和使用不当，造成阻抗不连续和阻抗不匹配。PROFIBUS-DP规定的电缆有A型和B型两种，如表1所示。
使用其他线缆常常造成阻抗不连续和阻抗不匹配的问题，一个最典型的例子就是接头线的使用。接头线是从主干电缆(总线线性网络)上引出来的小分支(分叉)，这样的电路就是接头线路。在PROFIBUS-DP的网络接线中，对接头线路的长度有着严格的限制，因为接头线与主干的总线阻抗不连续，容易引起总线反射。规范规定当总线传输速率超过1.5 Mb/s时，不允许使用任何接头线路。为避免使用接头电路的出现，要尽量使用中继器来扩展网络。在低速率网络中，最大允许的接头电路总长度如表2所示。

因此，在设计PROFIBUS-DP接口时，必须遵循RS-485总线输出端到总线接线器间的距离尽可能短的原则，更不要在设备中使用“飞线”方式来连接总线。对于总线速率超过1.5 Mb/s的应用场合，网段最大长度不能超过100 m。同时，建议每两个站点之间的距离最好不要小于1 m，因为距离太近也会引起信号的反射。
3 总线接口设计的建议
规范的总线接口电路设计和连接是避免反射产生的有效措施。
(1)使用规范的总线收发器，建议使用RSM485P一类的一体化隔离收发器，使用RSM485P的典型电路如图3所示。

(2)使用规范的PROFIBUS-DP线缆，非规范线缆一般与总线连接器中的终端电阻不匹配。
(3)注意总线的短路、断路问题，接线不规范容易引起总线短路，而错误的设置总线连接器的终端开关会造成总线断路；
(4)分支接头电路尽量避免，在产品模具设计和PCB设计时应遵循RS-485总线输出端到总线接线器间的距离尽可能短的原则；
(5)正确划分网段，保证各网段中都正确设置终端电阻；
(6)两个站点间距离不可太近，建议不要小于1 m；
(7)保证总线电源的稳定性，总线电源要求(+5 V±500 mV，≥10 mA)。
PROFIBUS-DP基于RS-485的传输技术应当注意总线信号的反射和外界EMC干扰。反射主要是使用总线类型不规范、过长的接头线、终端设置不当等引起的阻抗不连续和不匹配造成。合理的设计总线接口、使用规范的线缆、正确的设置终端是消除反射的有效手段。
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