最近发现个有意思的事情,关于差分信号的上拉和下拉,目前网上只有讲解485的上下拉,对于模拟差分信号的上下拉,下面将大概讲讲,首先是485的A接上拉电阻,B接下拉电阻,如果AB都接下拉或者都不接的时候,就会出现误码的情况,比如会取数据的时候,多出来一个0x00的数据。

  这种情况就是在空闲和开路的时候,容易遇到的“玄学”问题,实际上就是因为信号没有基准点,导致信号被芯片误判,都下拉差分电压是接近于0V的,依旧没有基准点,而当A上B下的时候,通过电阻阻值的选择,来确保基准点是大于200mV或小于200mV(根据情况来定),而不会在±200mV里面,这样就不会被误判。

  从485的处理方式,进而来看模拟量的差分输入部分是否接上下拉,讲这些之前,先大致描述一下上拉和下拉的概念,便于后面的讲解。

  上拉电阻相比于下拉电阻应用的要少,并且相对于下拉电阻来说更容易理解错误,所以先讲下拉电阻:

  下拉电阻无非就是给输入端一个明确的低电平的状态,这就是下拉电阻的作用。

  但是大家学习下拉电阻的时候应该会有疑问,那下拉电阻的阻值如何选择,以及为什么下拉电阻可以给输入端一个明确的低电平状态。

  首先是下拉电阻阻值选择,电阻越大,电流越小,所以下拉电阻也有限流的作用,但如果下拉电阻≤信号那边内阻*500,则毫伏的输入信号会被分去一部分电压给该电阻,所以下拉电阻也不宜过小(根据情况分析),如果内阻无穷小,那下拉电阻也可以过小,这样功耗上来了,驱动能力也强,信号速度也快,抗干扰也好。

1.为什么小的下拉电阻功耗大?

答:根据欧姆定律,功耗P = U²/R,电阻越小,功率越大,同时I=U/R,电阻越小,电流越大,功率损耗P=I²R显著增加。

2.为什么小的下拉电阻驱动能力强?

答:驱动能力指的是外部信号将该节点从低电平拉到高电平的能力,下拉电阻越小,对地阻抗越小,外部则需要更大的电流I=U/R,才能克服下拉的力量实现拉高。

3.为什么电阻小功率大、电阻小则需求电流大?

下拉电阻相当于信号线和GND之间有一条额外的电流泄放路径,电阻越小,通道越宽,自然通过的电流就越多,当信号线要输出高电平,需要外部施加电流(U=IR),这时电流泄放路径由于通道过宽,会自然吸引一部分电流走低阻抗的路径回归到GND,而电阻越小,吸引的电流越多,自然外部施加的电流要更大,功耗自然也就更大。

本质:电流本质是电荷定向移动,移动过程电荷在电阻中碰撞了原子,动能转化为热能,电流越大,电荷就越多,自然能量就越多,但是电荷越多就意味着在电阻中碰撞的原子越多,那热能就越大,自然功耗越大,下拉电阻越小,外部施加电流越大,电荷变多意味着转换热能的更多。

4.为什么小的下拉电阻信号速度快?

答:信号线上都有寄生电容,下拉电阻和电容构成RC电路,τ=R*C,电阻越小,T越小,电容充电速度越快,信号上升更陡峭。

那电阻过大就好吗?

  根据约翰逊噪声(热噪声),过高的阻值会产生一定的噪声,所以需要根据传感器的带宽来计算出合适的阻值。

  至于下拉电阻为什么会给一个低电平的状态,是因为下拉电阻给高阻抗的路径里面提供了一条低阻抗的路径,举例模拟电压输入端接口,如果没有插上传感器,则该输入端是没有任何信号状态,也就是浮空状态,那么假设该接口处有电磁噪声,产生了交变电流假设10uA,而接口没有任何回流路径,只能通过采集该模拟电压的单片机引脚处寻找回流路径,但是阻抗是非常大的(理论上无穷大),回流路径也非常远,所以V=IR,当R非常大,10uA的噪声电流也能让噪声电压达到10V的程度,当下拉电阻接上时,则多出来一条低阻抗的路径,那么噪声电压就能衰减到毫伏或者微伏级别,继而能增强噪声容限,并且消除悬空状态给一个低电平状态,这也是为什么过高阻值会产生一定噪声、低电阻的下拉抗干扰能力强的原因。

注:以上仅个人观点,如有错误,恳请批评指正

Logo

智能硬件社区聚焦AI智能硬件技术生态,汇聚嵌入式AI、物联网硬件开发者,打造交流分享平台,同步全国赛事资讯、开展 OPC 核心人才招募,助力技术落地与开发者成长。

更多推荐