Profibus总线终端电阻之谜：解开通信的秘密锁扣

在Profibus总线系统中，两端都必须连接终端电阻，这一规定可能让很多人感到好奇。今天，我们将探索这一现象背后的原因，以及为什么在设计时必须考虑到每一个细节，就如同添加终端电阻一样。

下图展示了Profibus总线的SUB-D9针连接器，其中红色部分标示着终端电阻的开关；连接器底部用于连接至Profibus的电缆，每根电缆内含A和B两条数据线；右侧为9针插头，用于与CPU或分布式模块相连。当终端电阻开关打开（拨至ON档），它被加入到Profibus总线中，并断开出线。然而，人们往往误以为这是一个简单的物理组件，其实内部包含了三个不同的电子元件。

为了更深入地理解这些元件，我们需要先审视Profibus 9针D型连接器上的针脚定义，如下图所示：

标准屏蔽双绞线中的A（绿色）和B（粉色）数据线分别接通至总线连接器的8号和3号针脚；6号是正极（+5V），5号是参考地（0V）。除了220欧姆（Ω）的外部终端電阻外，还有390欧姆（Ω）的上拉電阻及390欧姆（Ω）的下拉電阻。在这个网络中，上拉電抗與6號VP (+5V) 相连，而下拉電抗與5號GND (0V) 相連，終端電抗通過總線開關與兩個其他抵抗連接。

当打开该开关后，将会有220欧姆(Ω) 的终端 电抗 连接至 Profibus A 和 B 数据 线，如 下 图 所 示。

此时，我们已经了解到了 Profibus 总 线 组 件 中 开 关 打 开 后 的 回 路 情 况 —— 包 含 了 电 端 抗、 上 拉 抗 及 下 拉 抗。但你也许仍然好奇，为何要这样做？如果不这样做会发生什么？

答案很直接：如果没有这层保护措施，那么信号可能会反射回传输过程中的起点，从而导致通信故障。这种信号反射通常由两个原因引起：第一种是由于无法匹配到的“截止”效应，即信号遇到意料之外的大变化突然停止。这类情况常见于短路或断路造成的一种“跳变”，而通过适当选择合适大小的末端抵抗可以有效消除这些跳变。此外，由于信息流动是双向且无序地进行，所以每个方向都需要这样的末段控制以确保稳定性。而第二个原因则涉及到“匹配”的问题，即数据收发设备与传输介质之间产生不协调，使得信号无法顺利扩散，这通常表现为无意义波动，在空闲状态时网络中就会出现干扰数据。

为了防止这些问题西门子提供了源自于其开发的一个创新解决方案——有源结束单元，它独立供给能量并安装在网段两边，以保证整个网络始终保持正确配置。如果任何一个设备出现故障，都不会影响整体对称性的维持。以下是一张西门子生产商提供使用其有源结束单元之前后对比图片：

结论是在建立你的 ProfiBus 系统时，不仅仅要注意硬件安装，还要理解它们背后的技术原理以及如何有效利用它们来优化你的系统性能。这意味着虽然增加额外硬件看起来是一个额外步骤，但实际上它对于确保良好的系统行为却是必要的一步。这就是为什么我们强烈建议在设计过程中考虑所有细节，就像加上专业结束作为必需品一样，是一种投资未来可靠性和效率的手段。