工控系统串行通信传输线的阻抗匹配技术

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1、工控系统串行通信传输线的阻抗匹配技术ImpedancematchingTechniquesofSeriaICommunicationinlndustryControlSystem叶志琼郑春华（福建省湄洲湾职业技术学院电子系，福建莆田351200）摘要针对工控系统串行通信传输线的主耍参数及其效应进行了分析和讨论，根据电磁理论，提出了抑制传输线效应的有效措施一阻抗匹配技术。从提高工控系统可靠性的角度出发，对信号反射的不同形式给出了相应的阻抗匹配解决方案，同时提供了相应的电路原理图，具有实际的工程应用价值。关键词：阻抗匹配，传输线效应，抗干扰AbstractTh

2、emainparametersandeffectofserialtransmissionlineinindustrycontro1systemhavebeendiscussedinthepa—per.AccordingtoEMCtheory,itcomesupwithaneffectivemeasureinrestrainingside—effectoftransmissionline.Aimonimprovingre1iabi1ityofindustrycontrolsystem,itprovidesrelevantsolutionaccordingto

3、differencesignalreflection.Andthecorrespondenceapp1icationcircuithasbeenintroduceindetai1.itisoffairlyengineeringvalueinpracticalapplication.Keywords:impedancematching，transmission1ine,anti—interference在由微机组成的多机或互联网络的工控系统中，串行通信接口方式是经常用的。申行通信方式不仪接口电路比较简单，可以方便地实现长距离传输，而且相对于并行通信，抗干扰能

4、力比较好。异步串行通信接口标准冇三类可供选择，RS—232C、RS-射波向源端传输。这样，原来的电波与反射波相互重叠，引起波形失真。设Vo为入射电压，VR为反射电压，则电压反射系数KV=VR/V0=(ZL-ZO)/(ZL+ZO)。反射系数直接影响到信号传输的失真度。1.4传输线效应的特点传输线效应的特点是引起波形畸变的现象是一种暂态过程，通常不会影响电路的静态逻辑功能，仅可能造成暂时性故障。但这种暂时现象足以造成严重后果，传输线上阻抗不匹配造成信号的反射使信号传输质量下降，如视频同轴电缆由于阻抗不匹配造成的影响在视频图像上表现为重影；在控制信号传输线阻抗不

5、匹配会将在脉沖序列的前后沿形成震荡，震荡的存在使高低电平间的阈值差变小，当震荡的幅值再大或有其他干扰引入时就无法正确分辨出脉冲电平值，导致通信时间变长或通信中断，使系统工作不可靠。根据电磁理论，减少长线上信号反射的有效途径是阻抗匹配。499、RS-422A/423A/485通信标准和20mA电流环非标准的串行接口，同时还可以借助最新出现的CAN总线标准来优化串行通信。但是，在工业测控环境中，电磁环境往往十分恶劣，因此在传输线的选择，接n标准的选择要充分考虑其抗干扰能力，并采取必要的抗干扰措施，保证通信的可靠性。1传输线效应及其主要参数当传输信号的速度与导线

6、的长度同为一个数量级时，信号就会产生传输线效应。传输线冇其特征阻抗，假如信号在传输线上传输而不采取任何措施，当传输线上某处出现阻抗突变（不匹配）时，则会产生传输线效应，其传输信号将发生畸变或衰减。表现为：信号通过就会发生反射，反射对原信号造成干扰，严重时就会影响电路的正常工作；接收端信号过冲振铃、上升沿出现抖动、波形前沿变差、信号幅度下降，这将破坏系统的可靠运行。2阻抗匹配技术阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。信号由传输线传输到终端，若无反射波产生，则此时的终端阻抗与传输线阻抗称为匹配，即ZL二Z0。当传输线终端匹配时，传输的信号

7、电压波没有被反射，电流平稳地进入负载；当传输线始端匹配时，终端的反射波等于入射波，反射波到达始端时，则被匹配的阻抗所吸收，整个传输线被充电而达到稳定状态，不再有反射。采用匹配的方法来消除反射，使信号可靠传输。根裾信号传输的方向，可采用终端匹配、始端匹配和总线匹配的方法。1.1传输线特性阻抗Z0传输线可看作是由分布电感和分布电容所组成，其特性阻抗为Z0=!◦0。其中L0、C0是单位长度传输线的分布电感和分布电容，它们与导线的结构、导磁率及介电常数有关。因此，对于计算机系统屮传输信号的各类导线，其特性阻抗均不同，参考值如表1所示。表1导线类型特性阻抗各类导线的

8、特性阻抗参考值双绞线扁平线印刷板平行线2.1终端匹配终端匹配方法即