RS-485(권장 표준 485 또는 EIA/TIA-485-A)는 2선, 반이중, 다중 지점, 직렬, 대칭 통신 링크를 통한 데이터 전송에 권장되는 표준입니다. 공동 개발 협회: 전자 산업 연합(EIA) 및 통신 산업 협회(TIA). 이 표준은 신호의 물리적 계층만 설명합니다(즉, OSI 개방형 시스템 상호 연결 모델의 첫 번째 계층만). 이 표준은 교환 프로그램 모델과 교환 프로토콜을 설명하지 않습니다. RS-485는 RS232 인터페이스의 물리적 기능을 확장하여 바이너리 데이터를 전송하기 위해 만들어졌습니다.
이름: 권장 표준 485
균형 다지점 시스템에서 사용하기 위한 발생기 및 수신기의 전기적 특성
균형 다지점 시스템에서 사용하기 위한 발생기 및 수신기의 전기적 특성.
개발자: 전자산업협회(EIA). 산업 전자 협회.
표준 버전:
RS-485A(권장 표준 485 에디션: A)발매년도 1983.
EIA 485-A발매년도 1986.
TIA /EIA 485-A발매년도 1998.
TIA /EIA 485-A 2003년 개정.
ISO/IEC 8482 (1993년 연기)
출판사: ISO, IEC
이름: 정보 기술 - 시스템 간의 통신 및 정보 교환 - 트위스트 페어 다지점 상호 연결.
이전 버전:
ISO 8284 (1987년 비활성)
ITU-T v.11 (1996년 연기)
출판사: INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION
이름: 최대 10Mbit/s의 데이터 신호 속도에서 작동하는 균형 이중 전류 교환 회로의 전기적 특성.
이전 버전:
ITU-T v.11 (1993년 활동하지 않음)
CCITT v.11 (1988년 비활성)
ANSI/TIA-485-A (1998년 연기)
발행인: American National Standards Institute, ANSI
이름: 균형 디지털 다지점 시스템에서 사용하기 위한 발생기 및 수신기의 전기적 특성.
양방향 반이중 데이터 전송.직렬 데이터 스트림은 한 방향으로만 동시에 전송되며 다른 방향으로 데이터를 전송하려면 트랜시버를 전환해야 합니다. 트랜시버는 일반적으로 "드라이버"(드라이버)라고 하며, 이는 송신기 측에서 물리적 신호를 생성하는 장치 또는 전기 회로입니다.
대칭 통신 채널.두 개의 등가 신호 와이어는 데이터를 수신/전송하는 데 사용됩니다. 전선은 라틴 문자 "A"와 "B"로 지정됩니다. 이 두 와이어는 양방향(교대로)으로 직렬 데이터 교환을 수행합니다. 트위스트 페어를 사용할 때 균형 채널은 공통 모드 간섭에 대한 신호의 저항을 크게 증가시키고 유용한 신호에 의해 생성된 전자기 복사를 잘 억제합니다.
차동(데이터 전송의 균형 방법).이 데이터 전송 방법을 사용하면 트랜시버의 출력에서 전위차가 변경되며 "1"을 전송할 때 AB 간의 전위차가 양수이고 "0"을 전송할 때 AB 간의 전위차가 음수입니다. 즉, "0"과 "1"을 전송할 때 접점 A와 B 사이의 전류는 반대 방향으로 흐릅니다(균형).
다지점.하나의 통신 회선에 수신기와 송수신기를 여러 개 연결할 수 있습니다. 이 경우 주어진 시간에 하나의 송신기만 회선에 연결할 수 있으며 많은 수신기, 나머지 송신기는 데이터 전송을 위해 통신 회선이 해제될 때까지 기다려야 합니다.
저임피던스 송신기 출력.송신기 버퍼 증폭기는 신호가 많은 수신기로 전송될 수 있도록 하는 낮은 임피던스 출력을 가지고 있습니다. 표준 송신기 부하 용량은 송신기당 수신기 32개입니다. 또한, 전류 신호는 "트위스트 페어"를 작동하는 데 사용됩니다("트위스트 페어"의 작동 전류가 클수록 통신 라인에서 공통 모드 간섭이 더 많이 억제됨).
데드 존. AB 접점 간의 차동 신호 레벨이 ±200mV를 초과하지 않으면 라인에 신호가 없는 것으로 간주됩니다. 이것은 데이터 전송의 노이즈 내성을 증가시킵니다.
트랜시버(드라이버)의 허용 가능한 수 32
최대 링크 길이 1200m(4000피트)
최대 전송 속도 10Mbps
최소 드라이버 출력 ±1.5V
최대 드라이버 출력 ±5V
최대 드라이버 단락 전류 250mA
드라이버 출력 임피던스 54옴
드라이버 입력 임피던스 12kΩ
허용되는 총 입력 임피던스 375옴
신호 데드 레인지 ±200mV
논리 단위 레벨(Uab) >+200mV
로직 제로 레벨(Uab) ←200mV
일부 수신기의 입력 임피던스는 12kΩ(단일 부하)를 초과할 수 있습니다. 예를 들어 48kOhm(단일 부하의 1/4) 또는 96kOhm(1/8)으로 수신기 수를 128개 또는 256개로 늘릴 수 있습니다. 수신기의 입력 임피던스가 다르면 다음이 필요합니다. 총 입력 임피던스는 375 Ohm 이상입니다.
RS-485 표준은 데이터 교환 절차의 물리적 계층만 설명하므로 교환, 동기화 및 핸드셰이킹의 모든 문제는 상위 교환 프로토콜에 할당됩니다. 우리가 말했듯이 가장 흔히 이것은 RS-232 표준 또는 기타 상위 프로토콜(ModBus, DCON 등)입니다.
RS-485 자체는 다음 작업만 수행합니다.
"1" 및 "0"의 수신 시퀀스를 차동 신호로 변환합니다.
차동 신호를 균형 잡힌 통신 회선으로 전송합니다.
더 높은 프로토콜 신호에서 드라이버의 송신기를 활성화하거나 비활성화합니다.
통신 회선에서 차동 신호를 수신합니다.
오실로스코프를 연결하면 연락처 A-B(RS-485) 및 GND-TDx(RS-232) 접점을 사용하면 통신 라인에서 전송되는 신호의 모양에 차이가 없습니다. 실제로 RS-485 파형은 반전을 제외하고 RS-232 파형을 완전히 반복합니다(RS-232에서는 논리 단위가 -12V, RS-485에서는 +5V의 전압으로 전송됨).
그림 1 두 문자 "0"과 "0"을 전송할 때 RS-232 및 RS-485 신호 형식.
그림 1에서 볼 수 있듯이 전압에 의한 신호 레벨의 간단한 변환이 있습니다.
위의 표준에서 신호의 모양은 동일하지만 형성되는 방식과 신호의 세기가 다릅니다.
그림 2 RS-485 및 RS-232 신호의 형성
신호 레벨의 변환과 새로운 형성 방식을 통해 RS-232 표준을 만들 때 고려되지 않은 여러 문제를 해결할 수 있었습니다.
RS-232 신호에 비해 RS-485 물리적 신호의 장점
대부분의 전자 장치 및 미세 회로에 전원을 공급하는 데 사용되는 단극 +5V 전원 공급 장치가 사용됩니다. 이것은 설계를 단순화하고 장치 매칭을 용이하게 합니다.
RS-485 송신기의 신호 강도는 RS-232 송신기의 신호 강도보다 10배 더 큽니다. 이를 통해 최대 32개의 수신기를 하나의 RS-485 송신기에 연결하여 데이터를 브로드캐스트할 수 있습니다.
공급 네트워크의 전위가 0인 갈바닉 절연이 있는 대칭 신호의 사용. 그 결과 중성선(RS-232에서와 같이)에서 간섭이 배제됩니다. 송신기가 낮은 임피던스 부하에서 작동할 가능성을 감안할 때 "트위스트 페어" 속성을 사용하여 공통 모드 간섭 억제 효과를 사용하는 것이 가능해집니다. 이것은 통신 범위를 크게 증가시킵니다. 또한 장치를 통신 회선에 "핫" 연결하는 것이 가능합니다(RS-485 표준에서는 제공하지 않음). RS-232에서 장치의 "핫" 연결은 일반적으로 컴퓨터의 COM 포트 오류로 이어집니다.
각 RS-485 트랜시버(드라이버)는 데이터 전송 또는 데이터 수신의 두 가지 상태 중 하나에 있을 수 있습니다. RS-485 드라이버의 전환은 특수 신호의 도움으로 발생합니다. 예를 들어, 그림 3은 Aries의 AC3 변환기를 사용한 데이터 교환을 보여줍니다. 변환기 모드는 RTS 신호에 의해 전환됩니다. RTS=1(True)인 경우 AC3은 COM 포트에서 RS-485 네트워크로 들어오는 데이터를 전송합니다. 이 경우 다른 모든 드라이버는 수신 모드(RTS=0)에 있어야 합니다. 본질적으로 RS-485는 RS-232 신호용 양방향 버퍼 다중화 증폭기입니다.
그림 3 Aries AC3 변환기를 사용하는 예.
송신기 모드에서 둘 이상의 RS-485 드라이버가 동시에 작동하는 상황은 데이터 손실로 이어집니다. 이 상황을 "충돌"이라고 합니다. 데이터 교환 채널에서 충돌을 방지하려면 상위 프로토콜(OSI)을 사용해야 합니다. MODBUS, DCON, DH485 등 또는 RS-232와 직접 작동하여 충돌 문제를 해결하는 프로그램. 이러한 프로토콜을 일반적으로 485 프로토콜이라고 합니다. 사실 이러한 모든 프로토콜의 하드웨어 기반은 물론 RS-232입니다. 전체 정보 흐름의 하드웨어 처리를 제공합니다. 데이터 스트림의 소프트웨어 처리 및 충돌 문제 해결은 상위 수준 프로토콜(Modbus 등) 및 소프트웨어에 의해 처리됩니다.
RS-485 표준과 관련이 없지만 이러한 프로토콜을 간단히 살펴보겠습니다. 일반적으로 상위 계층 프로토콜에는 교환기의 패킷, 프레임 또는 프레임 구성이 포함됩니다. 즉, 정보는 논리적으로 완료된 부분으로 전송됩니다. 각 프레임은 반드시 표시됩니다. 시작과 끝은 특수 문자로 표시됩니다. 각 프레임에는 다지점 교환을 구성하는 데 필요한 장치 주소, 명령, 데이터, 체크섬이 포함됩니다. 충돌을 피하기 위해 "리딩"(마스터) - "슬레이브"(슬레이브) 방식이 일반적으로 사용됩니다. "마스터"는 RS-485 드라이버를 전송 모드로 독립적으로 전환할 수 있는 권한이 있으며 나머지 RS-485 드라이버는 수신 모드에서 작동하며 "슬레이브"라고 합니다. "슬레이브"가 통신 회선으로 데이터 전송을 시작하기 위해 "마스터"는 지정된 주소를 가진 장치에 특정 시간 동안 드라이버를 전송 모드로 전환할 수 있는 권한을 부여하는 특수 명령을 그에게 보냅니다.
"슬레이브"에 활성화 명령을 보낸 후 "마스터"는 송신기를 끄고 "타임아웃"이라는 기간 동안 "슬레이브"의 응답을 기다립니다. 타임아웃 동안 "슬레이브"의 응답이 수신되지 않으면 "리더"가 다시 통신 회선을 점유합니다. "리더"는 일반적으로 컴퓨터에 설치된 프로그램입니다. 또한 장치에서 장치로 "마스터"의 역할을 주기적으로 배반할 수 있는 보다 복잡한 패킷 프로토콜 구성이 있습니다. 일반적으로 이러한 장치를 "리더"라고 하거나 장치가 "마커"를 전송한다고 합니다. "마커"의 소유는 장치를 "선도"로 만들지만 특정 알고리즘에 따라 다른 네트워크 장치로 전송해야 합니다. 기본적으로 위의 프로토콜은 이러한 알고리즘이 다릅니다.
우리가 볼 수 있듯이 상위 프로토콜에는 패킷 구성이 있고 소프트웨어 수준에서 실행되므로 데이터 "충돌" 및 데이터 교환의 다지점 구성 문제를 해결할 수 있습니다.
많은 회사에서 RS485 트랜시버를 제조합니다. 일반적으로 RS232 - RS485 변환기 또는 RS232-RS485 변환기라고 합니다. 이러한 장치를 구현하기 위해 특수 미세 회로가 생성됩니다. 이러한 미세 회로의 역할은 RS232C 신호 레벨을 RS485(TTL/CMOS) 신호 레벨로 또는 그 반대로 변환하고 반이중 작동을 제공하는 것으로 축소됩니다.
전송 모드로 전환하는 방법에 따라 장치가 구별됩니다.
별도의 신호로 전환합니다. 전송 모드로 전환하려면 별도의 입력에 활성 신호를 설정해야 합니다. 일반적으로 이것은 RST(COM 포트) 신호입니다. 이러한 트랜시버는 이제 드물다. 그러나 그럼에도 불구하고 때로는 상호 교환 할 수 없습니다. 산업용 장비 컨트롤러 간의 데이터 교환을 수신해야 한다고 가정합니다. 동시에 이 네트워크에서 충돌을 일으키지 않도록 트랜시버가 전송 모드로 들어가지 않아야 합니다. 다음과 함께 트랜시버 사용 자동 전환여기에서는 허용되지 않습니다. 이러한 변환기의 예는 Aries AC3입니다.
자동 전환으로 회선 상태를 확인하지 않습니다. 정보 신호가 입력에 나타날 때 자동으로 전환되는 가장 일반적인 변환기. 그러나 그들은 통신 회선의 혼잡함을 제어하지 않습니다. 이러한 변환기는 충돌 가능성이 높기 때문에 주의해서 사용해야 합니다. 양자리 AC3M 변환기의 예.
자동 전환 및 회선 상태 확인 기능이 있습니다. 네트워크가 다른 트랜시버로 바쁘지 않고 입력에 정보 신호가 있는 경우에만 네트워크에 데이터를 전송할 수 있는 가장 진보된 변환기입니다.
그림 4 AC3 양자리의 개략도.
그림 4는 AC3 Aries 컨버터의 개략도를 보여줍니다. 이 변환기에는 데이터 전송 모드를 활성화하기 위한 별도의 신호가 있습니다. COM 포트 RST의 출력 신호는 제어 신호로 사용됩니다. RST=1(+12V)이면 변환기가 TD(COM 포트)에서 RS485 네트워크로 데이터를 전송하고, RST=0(-12V)이면 RS-485 네트워크에서 RD(COM 포트) 입력으로 데이터를 수신합니다. 변환기는 220볼트 전압의 산업용 교류 네트워크에서 작동합니다. 변환기의 전원 공급 장치는 TOR232N(DA1) 미세 회로를 기반으로 하는 펄스 회로에 따라 만들어집니다. 전원 공급 장치는 두 개의 독립적인 +5V 전압을 제공합니다. MAX232N(DD1) 칩은 극성화된 RS232 신호(±12V)를 수신하여 단극성 TTL/CMOS 신호(+5V)로 변환하는 데 사용됩니다. 이 미세 회로는 +5V의 단극 전압으로 전원이 공급되고 ±12V의 극성 신호로 작동하는 데 필요한 내장 전압 소스가 있다는 점에서 흥미롭습니다. 내장 전압 소스의 올바른 작동을 위해 외부 커패시터 C14, C15, C17, C18은 MAX232N 칩에 연결됩니다. 또한 마이크로 회로에는 양방향으로 TTL/CMOS에 대한 두 개의 신호 레벨 변환기 RS-232C가 있습니다.
신호의 목적:
RST - 변환기를 전송/수신 모드로 전환
TD - RS232에서 RS485로 데이터 전송
RD - RS485에서 RS232로 데이터 수신
또한, TTL/CMOS 레벨로 변환된 RS232 신호는 RS232 및 RS485 신호의 갈바닉 절연을 제공하는 6N137 광커플러에 공급됩니다. RS485 인터페이스 측에서 데이터를 송수신하기 위해 DS75176 칩(RS485 멀티포인트 트랜시버)이 사용됩니다. 이 마이크로 회로는 별도의 +5V 소스에서 전원이 공급되며, 이 마이크로 회로는 전송 방향 전환 기능이 있는 TTL/COMOS 레벨 신호 증폭기입니다. DS75176의 출력은 250mA의 A-B 단락 전류를 제공하는 100옴 저항을 통해 핀 A와 B에 연결됩니다. RS485 신호의 전력은 RS232 신호의 약 10배입니다. 이 마이크로 회로는 신호를 원하는 전력으로 증폭하고 반이중 작동을 제공합니다.
RS-485 네트워크는 직렬 버스(버스) 방식으로 구축됩니다. 네트워크의 장치는 대칭 케이블로 직렬로 연결됩니다. 이 경우 통신 라인의 끝 부분에는 종단 저항("종단기")이 로드되어야 하며 그 값은 통신 케이블의 파동 저항과 같아야 합니다.
터미네이터는 다음 기능을 수행합니다.
통신 라인 끝에서 신호의 반사를 줄입니다.
트위스트 페어 케이블로 공통 모드 노이즈를 억제하기 위해 전체 통신 라인에 충분한 전류를 공급하십시오.
네트워크 세그먼트 거리가 1200m를 초과하거나 세그먼트의 드라이버 수가 32명 이상인 경우 다음 네트워크 세그먼트를 생성하기 위해 리피터를 사용해야 합니다. 이 경우 각 네트워크 세그먼트는 터미네이터에 연결되어야 합니다. 이 경우 네트워크 세그먼트는 에지 장치와 중계기 또는 두 중계기 사이의 케이블로 간주됩니다.
RS-485 표준에는 어떤 유형의 평형 케이블을 사용해야 하는지 명시되어 있지 않지만 120옴의 특성 임피던스를 갖는 사실상의 트위스트 페어 케이블이 사용됩니다.
그림 6 RS485 네트워크용 Belden 3106A 산업용 케이블
RS485 네트워크 배치에는 Belden3106A 산업용 케이블을 사용하는 것이 좋습니다. 이 케이블은 120옴의 특성 임피던스와 이중 트위스트 페어 실드를 가지고 있습니다. Belden3106A 케이블에는 4개의 전선이 있습니다. 주황색과 흰색 전선은 대칭 차폐 연선입니다. 케이블의 파란색 선은 네트워크에 있는 장치의 무전위 전원 공급 장치를 연결하는 데 사용되며 "공통"(공통)이라고 합니다. 절연되지 않은 전선은 케이블 피복을 접지하는 데 사용되며 "드레인"(드레인)이라고 합니다. 네트워크 세그먼트에서 드레인 와이어는 세그먼트의 한쪽 끝에서 장치 섀시의 저항을 통해 접지되어 원격 지점의 다양한 접지 전위에서 케이블 피복을 통한 표류 전류의 흐름을 방지합니다.
일반적으로 터미네이터 및 보호 접지 저항은 장치 내부에 있습니다. 점퍼나 스위치를 사용하여 올바르게 연결해야 합니다. 이러한 연결에 대한 설명은 장치 제조업체의 기술 문서를 참조하십시오.
그림 7 배선도 1747-AIC(Allen Bradley)
그림 7은 네트워크 세그먼트의 중간 장치에 대한 케이블 연결을 보여줍니다. DH-485 네트워크 세그먼트의 첫 번째 기기의 경우 점퍼 5-6(1747-AIC 기기 내부에 있는 120ohm 터미네이터 연결)과 점퍼 1-2(배수 와이어를 통해 기기 섀시에 연결)를 설치해야 합니다. 내부 저항). 네트워크 세그먼트의 마지막 장치의 경우 점퍼 5-6(터미네이터 연결)만 설치하면 됩니다.
다른 평형 케이블을 사용할 때 특히 특성 임피던스를 모르는 경우 터미네이터의 크기는 경험적으로 선택됩니다. 이렇게 하려면 네트워크 세그먼트 중간에 오실로스코프를 설치해야 합니다. 드라이버 중 하나가 전송하는 직사각형 펄스의 모양을 제어하여 터미네이터 저항 값을 조정해야 한다는 결론을 내릴 수 있습니다.
RS-485 인터페이스는 산업용 데이터 네트워크의 주요 물리적 인터페이스가 되었습니다. ModBus, ProfiBus DP, DCON, DH-485와 같은 프로토콜은 RS-485 물리 계층에서 작동합니다.
산업용 데이터 전송 프로토콜은 종종 제조업체별로 분류됩니다. 특정 통신 프로토콜에 대한 정보는 비트 단위로 수집해야 합니다.
산업 네트워크를 다루는 전문가는 정보 네트워크에서 전송되는 모든 정보를 읽을 수 있는 프로그램이 필요합니다. 산업용 프로토콜의 핵심 비밀은 송수신 데이터에 대한 포괄적인 분석을 통해서만 발견할 수 있습니다. ComRead v.2.0 프로그램은 RS-232, RS-485, Bell-202 등에 따라 동작하는 정보 네트워크에서 전송되는 데이터 및 서비스 신호를 저장하고 표시하도록 설계되었습니다. 프로그램은 모든 정보를 저장할 뿐만 아니라 데이터 및 서비스 신호의 시간축. ComRead v.2.0 프로그램은 작동에 영향을 주지 않고 정보 채널을 스캔합니다. 즉, 물리적 전송 매체를 청취하는 모드에서 작동합니다. 게다가, 프로그램은 데이터 및 서비스 신호 변환기 모드에서 작동할 수 있습니다. 동시에 정보 통신 채널의 직접적인 일부가 됩니다. 프로그램에 대한 자세한 내용은 여기에서 확인할 수 있습니다.
방송 능력.
다지점 연결.
RS485의 단점
큰 에너지 소비.
서비스 신호 부족.
충돌 가능성.
RS-485 표준은 전자 산업 협회에서 처음 채택했습니다. 오늘 그는 평형 디지털 시스템에 사용되는 다양한 수신기와 송신기의 전기적 특성을 검토합니다.
이 표준은 무엇입니까?
RS-485는 특정 컨트롤러와 기타 많은 장치를 서로 연결하기 위해 모든 종류의 산업 공정 제어 시스템에서 활발히 사용되는 잘 알려진 인터페이스의 이름입니다. 이 인터페이스와 RS-232의 주요 차이점은 여러 유형의 장비를 동시에 결합해야 한다는 것입니다. RS-485를 사용할 경우 반이중 모드에서 단일 2선 통신 회선을 사용하여 여러 장치 간의 고속 통신이 보장됩니다. 그것은 공정 제어 시스템의 생성에 있어 현대 산업에 관여하고 있습니다.
범위 및 속도
제시된 표준의 도움으로 최대 10Mbps의 속도로 정보를 전송할 수 있습니다. 이 경우 가능한 최대 범위는 데이터 전송 속도에 직접적으로 의존한다는 점에 유의해야 합니다. 최대 속도를 보장하기 위해 정보는 120미터 이상 전송할 수 없습니다. 동시에 100kbps의 속도로 데이터는 1200미터 이상으로 방송됩니다.
연결된 장치 수
RS-485 인터페이스가 직접 결합할 수 있는 장치의 수는 관련된 트랜시버에 따라 다릅니다. 각 송신기는 32개의 표준 수신기에 대한 특정 제어를 제공합니다. 사실, 입력 임피던스가 표준과 50%, 25% 또는 그 이하인 수신기가 있다는 것을 알아야 합니다. 이 장비를 사용하면 그에 따라 총 장치 수가 증가합니다.
커넥터 및 프로토콜
RS-485 케이블은 특정 정보 프레임 형식이나 통신 프로토콜을 표준화할 수 없습니다. 일반적으로 RS-232에서 사용하는 것과 유사한 프레임이 변환에 사용됩니다. 즉, 데이터 비트, 정지 및 시작 비트, 필요한 경우 패리티 비트입니다. 교환 프로토콜의 작동은 대부분의 최신 시스템에서 "마스터-슬레이브" 원칙에 따라 수행됩니다. 이것은 네트워크의 특정 장치가 논리 주소가 서로 다른 슬레이브 장치 간의 전송 요청 교환의 마스터 및 개시자 역할을 한다는 것을 의미합니다. 현재 가장 잘 알려진 프로토콜은 Modbus RTU입니다. RS-485 케이블에는 특정 유형의 커넥터 또는 핀아웃이 없습니다. 즉, 터미널 커넥터, DB9 등이 있습니다.
연결
종종 제시된 인터페이스를 사용하여 여러 유형의 트랜시버를 동시에 결합하는 로컬 네트워크가 발생합니다. RS-485 연결을 할 때 신호 회로를 서로 올바르게 결합할 필요가 있습니다. 일반적으로 A와 B라고 합니다. 따라서 극성 반전은 걱정할 필요가 없으며 연결된 장치만 작동을 멈춥니다.
RS-485 인터페이스를 사용할 때 작동의 특정 기능을 고려해야 합니다. 따라서 권장 사항은 다음과 같습니다.
1. 신호를 방송하기 위한 최적의 매체는 트위스트 페어 기반의 케이블이다.
2. 코드의 끝은 특수 종단 저항을 사용하여 막아야 합니다.
3. 표준 또는 USB RS-485를 사용하는 네트워크는 버스 토폴로지에서 스퍼 없이 배치되어야 합니다.
4. 장치는 가능한 한 짧은 길이의 케이블로 케이블에 연결해야 합니다.
조정
종단 저항의 도움으로 표준 또는 USB RS-485는 코드의 열린 끝과 후속 라인의 완전한 일치를 보장합니다. 이것은 신호 반사의 가능성을 완전히 제거합니다. 꼬임 쌍을 기반으로 한 케이블 및 전선의 특성 임피던스와 관련된 저항의 공칭 저항은 일반적으로 약 100-120 옴입니다. 예를 들어, 이더넷 설치 과정에서 자주 사용되는 현재 알려진 UTP-5 케이블의 특성 임피던스는 100옴입니다.
다른 케이블 옵션의 경우 다른 등급을 적용할 수 있습니다. 저항은 필요한 경우 종단 장치의 케이블 커넥터 핀에 납땜할 수 있습니다. 드물게 저항이 장비 자체에 장착되므로 저항을 연결하기 위해 점퍼를 설치해야 합니다. 이 경우 장치가 연결될 때 회선이 일치하지 않습니다. 나머지 시스템이 정상적으로 작동하려면 일치하는 플러그를 연결해야 합니다.
신호 레벨
RS-485 포트는 균형 잡힌 데이터 전송 방식을 채택합니다. 즉, 신호 회로 A 및 B의 전압 레벨이 역위상으로 변경됩니다. 센서의 도움으로 최대 부하를 고려하여 1.5V의 신호 레벨이 제공됩니다. 또한 장치가 유휴 상태일 때 6V 이하가 제공됩니다. 전압 레벨은 차등적으로 측정됩니다. 수신기 위치에서 수신 신호의 최소 레벨은 200mV 이상이어야 합니다.
편견
신호 회로에서 신호가 관찰되지 않으면 약간의 바이어스가 적용됩니다. 잘못된 경보 발생 시 수신기를 보호합니다. 전문가들은 이 값이 표준에 따라 입력 신호 불확실성 영역에 해당하는 것으로 간주되기 때문에 200mV보다 약간 더 크게 오프셋할 것을 권장합니다. 이러한 상황에서 회로 A는 소스의 양극에 접근하고 회로 B는 공통 극으로 끌어 올려집니다.
예시
필요한 바이어스 및 전원 공급 장치 전압을 기반으로 저항 값이 계산됩니다. 예를 들어 종단 저항으로 250mV의 오프셋을 얻으려면 RT = 120옴입니다. 소스의 전압은 12V입니다. 이 경우 두 개의 저항이 서로 병렬로 연결되고 수신기의 부하를 고려하지 않는다는 사실을 고려하면 바이어스 전류가 0.0042에 도달합니다. 동시에 바이어스 회로의 총 저항은 2857옴입니다. 이 경우 Rcm는 약 1400옴이 됩니다. 따라서 가장 가까운 교단을 선택해야 합니다. 예는 1.5kΩ 저항입니다. 변위를 위해 필요합니다. 또한 외부 12볼트 저항이 사용됩니다.
또한 시스템에는 자체 회로 세그먼트의 주요 링크인 컨트롤러 전원 공급 장치의 절연 출력이 있다는 점에 유의해야 합니다. 사실, RS-485 변환기 및 기타 요소가 관련된 오프셋을 수행하기 위한 다른 옵션이 있지만 오프셋을 제공하는 노드가 때때로 꺼지거나 결국 네트워크에서 완전히 제거된다는 점을 여전히 고려해야 합니다. . 오프셋이 있는 경우 완전 유휴 상태에서 회로 A의 전위는 회로 B에 대해 양의 값으로 간주됩니다. 이는 새 장비가 와이어 표시를 사용하지 않고 케이블에 연결될 때 가이드 역할을 합니다.
오배선 및 왜곡
위에 표시된 권장 사항을 구현하면 RS-485 프로토콜을 기본으로 사용할 때 네트워크의 다른 지점으로 전기 신호를 올바르게 전송할 수 있습니다. 요구 사항 중 하나 이상이 충족되지 않으면 신호 왜곡이 발생합니다. 가장 눈에 띄는 왜곡은 정보 교환 속도가 1Mbps 이상일 때 나타납니다. 사실, 낮은 속도에서도 이러한 팁을 무시하지 않는 것이 좋습니다. 이 규칙은 정상적인 네트워크 작동 중에도 적용됩니다.
프로그래밍하는 방법?
RS-485 분배기를 사용하는 장치 및 제공된 인터페이스가 있는 기타 장치와 함께 작동하는 다양한 응용 프로그램을 프로그래밍할 때 몇 가지 중요한 사항을 고려해야 합니다.
소포 배송이 시작되기 전에 송신기를 활성화해야 합니다. 일부 출처에 따르면 활성화 직후 발급이 가능하다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 그럼에도 불구하고 일부 전문가는 한 프레임의 방송 속도와 동일한 시간으로 먼저 일시 중지할 것을 권장합니다. 이 경우 올바른 수신 프로그램은 과도 프로세스의 오류를 완전히 식별할 수 있는 시간을 가질 수 있으며 정규화 절차를 수행하고 다음 데이터 수신을 준비할 수 있습니다.
데이터의 마지막 바이트가 발행되면 RS-485 장치를 끄기 전에 일시 중지해야 합니다. 이것은 직렬 포트 컨트롤러에 종종 동시에 두 개의 레지스터가 있기 때문입니다. 첫 번째는 병렬 입력으로 정보를 수신하도록 설계되었습니다. 두 번째는 시프트 출력으로 간주되며 순차 출력의 목적으로 사용됩니다.
컨트롤러에서 데이터를 전송할 때 입력 레지스터가 비어 있을 때 모든 인터럽트가 생성됩니다. 이것은 정보가 이미 시프트 레지스터에 제공되었지만 아직 발행되지 않은 경우 발생합니다. 이는 방송 종료 후 송신기를 끄기 전에 일정 시간 정지를 유지해야 하는 이유이기도 하다. 프레임 시간보다 약 0.5비트 길어야 합니다. 더 정확한 계산을 할 때는 사용 중인 직렬 포트 컨트롤러의 기술 문서를 더 자세히 공부하는 것이 좋습니다.
송신기, 수신기 및 RS-485 변환기가 공통 라인에 연결될 수 있습니다. 따라서 자체 수신기도 자체 송신기에서 수행한 전송을 감지하기 시작합니다. 회선에 대한 임의 액세스가 특징인 시스템에서 이 기능은 두 송신기 간의 충돌이 없는지 확인할 때 사용되는 경우가 종종 있습니다.
버스 형식 구성
제시된 인터페이스는 모든 장비가 한 쌍의 전선을 사용하여 연결될 때 "버스" 형식으로 장치를 결합하는 기능이 있습니다. 이것은 통신 라인이 반드시 양단의 종단 저항과 일치해야 함을 제공합니다. 이를 보장하려면 620옴의 저항을 특징으로 하는 저항을 설치해야 합니다. 그들은 항상 라인에 연결된 첫 번째 및 마지막 장치에 장착됩니다.
일반적으로 최신 장치에는 종단 저항이 내장되어 있습니다. 필요한 경우 장치 보드에 특수 점퍼를 설치하여 라인에 연결할 수 있습니다. 점퍼는 배송 상태에서 먼저 설치되므로 첫 번째와 마지막을 제외한 모든 장치에서 점퍼를 제거해야 합니다. 또한 별도의 출력을 위한 S2000-PI 모델의 리피터 컨버터에서 정합 저항은 스위치를 사용하여 활성화된다는 점에 유의해야 합니다. 종단 저항이 내장되어 있는 S2000-KS 및 S2000-K 장치의 경우 연결하는 데 점퍼가 필요하지 않습니다. 긴 링크를 제공하려면 완전 자동 전송 방향 전환이 미리 장착된 특수 중계기-중계기를 사용하는 것이 바람직합니다.
별 구성
RS-485 라인의 모든 스퍼는 바람직하지 않은 것으로 간주됩니다. 이는 과도한 신호 왜곡을 초래할 수 있기 때문입니다. 그러나 실무상 작은 가지 길이가 있는 경우 이를 허용하는 것이 가능합니다. 이것은 개별 분기에 종단 저항을 설치할 필요가 없습니다.
콘솔을 사용하여 제어가 제공되는 RS-485 시스템에서 저항과 장치가 동일한 라인에 연결되지만 다른 소스에 의해 전원이 공급되는 경우 모든 장치와 콘솔의 0V 회로를 결합하여 다음을 수행해야 합니다. 잠재력의 균등화를 달성합니다. 이 요구 사항이 충족되지 않으면 리모컨이 장치와 간헐적으로 통신할 수 있습니다. 여러 개의 트위스트 페어가 있는 와이어를 사용할 때 필요한 경우 전위 등화 회로에 완전 자유 페어를 사용할 수 있습니다. 또한 차폐 접지가 없는 경우 차폐 연선 케이블을 사용할 수 있습니다.
무엇을 고려해야 합니까?
대부분의 경우 전위 등화선을 통해 흐르는 전류는 매우 작은 것으로 간주됩니다. 0V 장치 또는 전원 자체가 여러 로컬 접지 버스에 연결된 경우 서로 다른 0V 회로 간의 전위차가 여러 장치에 도달할 수 있습니다. 때때로 이 값은 수십 볼트이고 전위 등화 회로를 통해 흐르는 전류는 상당히 중요합니다. 종종 이것은 리모콘과 장치 사이의 연결이 불안정한 이유입니다. 결과적으로 그들은 실패할 수도 있습니다.
따라서 0V 회로를 접지할 가능성을 배제하거나 이 회로를 특정 지점에서 접지할 필요가 있습니다. 또한 경보 시스템에 사용되는 장비에 존재하는 0V와 보호 접지 회로 사이의 관계 가능성을 고려해야 합니다. 일반적으로 상대적으로 어려운 전자기 환경이 있는 시설에서는 차폐 트위스트 페어 케이블을 사용하여 이 네트워크에 연결할 수 있습니다. 이 상황에서 와이어의 커패시턴스가 더 높은 것으로 간주되기 때문에 더 작은 제한 범위가 있을 수 있음을 강조해야 합니다.
RS-485 디자인을 얇게 만드는 것은 동시에 좋은 통신 품질을 유지하는 방법을 이해하면 쉽습니다. 이 기사는 이 목표를 달성하기 위해 알아야 할 사실, 신화 및 나쁜 농담을 다룹니다.
산업 자동화 및 빌딩 자동화 시스템에서 수많은 원격 장치사용자 및 기타 프로세서에 데이터에 대한 액세스를 제공하는 중앙 모듈을 통해 정보를 전송 및 수신하는 데이터 수집. 데이터 로거 및 판독기는 이러한 애플리케이션에 일반적입니다. 이 목적을 위한 거의 이상적인 데이터 라인은 데이터 수집 장치를 연선 케이블로 연결하는 RS-485 표준으로 정의됩니다.
많은 RS-485 DAQ가 소형의 독립형 배터리 전원 공급 장치이기 때문에 열 방출을 제어하고 배터리 수명을 연장하려면 전력 소비를 줄이기 위한 조치가 필요합니다. 마찬가지로, RS-485 인터페이스를 사용하여 CPU에 데이터를 다운로드하는 웨어러블 및 기타 애플리케이션의 경우 에너지 절약이 중요합니다.
다음 섹션은 주로 RS-485에 익숙하지 않은 사람들을 위한 것입니다.
RS-485: 역사 및 설명
RS-485 표준은 EIA(전자 산업 협회)와 TIA(통신 산업 협회)의 두 제조업체 협회에서 공동으로 개발했습니다. EIA는 한때 모든 표준에 접두사 "RS"(권장 표준)를 표시했습니다. 많은 엔지니어들이 이 명칭을 계속 사용하고 있지만 EIA/TIA는 공식적으로 "RS"를 "EIA/TIA"로 대체하여 표준의 출처를 더 쉽게 식별할 수 있도록 했습니다. 오늘날 RS-485 표준에 대한 다양한 확장은 다양한 애플리케이션을 포괄합니다.
RS-485 및 RS-422 표준은 공통점이 많기 때문에 종종 혼동됩니다. 표 1은 이들을 비교합니다. 양방향 반이중 통신을 정의하는 RS-485는 버스 구성에서 다중 수신기 및 드라이버를 허용하는 유일한 EIA/TIA 표준입니다. 반면 EIA/TIA-422는 여러 수신기가 있는 단일 단방향 드라이버를 정의합니다. RS-485 요소는 역호환성이고 RS-422 대응 요소와 상호 교환할 수 있지만 RS-422 드라이버는 버스 제어를 포기할 수 없으므로 RS-485 기반 시스템에서 사용해서는 안 됩니다.
표 1. RS-485 및 RS-422 표준
| RS-422 | RS-485 | |
| 작업 모드 | 미분 | 미분 |
| Tx 및 Rx 허용 개수 | 1 송신, 10 수신 | 32 송신, 32 수신 |
| 최대 케이블 길이 | 1200m | 1200m |
| 최대 데이터 전송 속도 | 10Mbps | 10Mbps |
| 최소 드라이버 출력 범위 | ±2V | ± 1.5V |
| 최대 드라이버 출력 범위 | ±5V | ±5V |
| 최대 드라이버 단락 전류 | 150mA | 250mA |
| 부하 저항 Tx | 100옴 | 54옴 |
| 수신 입력 감도 | ± 200mV | ± 200mV |
| 최대 입력 임피던스 Rx | 4k옴 | 12k옴 |
| 수신 입력 전압 범위 | ±7V | -7V ~ +12V |
| 로직 1레벨 Rx | > 200mV | > 200mV |
| 로직 제로 레벨 Rx | < 200 мВ | < 200 мВ |
ESD 보호
RS-485 및 RS-422 시스템의 차동 신호는 잡음이 있는 경우 안정적인 데이터 전송을 제공하며 수신기의 차동 입력도 상당한 공통 모드 전압을 거부할 수 있습니다. 그러나 일반적으로 ESD(정전기 방전)와 관련된 상당히 높은 전압 수준으로부터 보호하기 위해 추가 조치를 취해야 합니다.
인체의 충전 커패시턴스는 사람이 만지기만 하면 집적 회로를 파괴할 수 있습니다. 이러한 접촉은 인터페이스 케이블을 놓고 연결할 때 쉽게 발생할 수 있습니다. 이러한 손상을 방지하기 위해 MAXIM 인터페이스 칩에는 "ESD 구조"가 포함됩니다. 이러한 구조는 최대 ±15kV의 ESD 레벨에서 RS-485 송수신기의 송신기 출력 및 수신기 입력을 보호합니다.
주장된 ESD 보호를 보장하기 위해 Maxim은 최대 ±15kV의 레벨 일관성을 확인하기 위해 200V 단계에서 양극 및 음극 전원 리드를 여러 번 테스트합니다. 이 등급의 장치(인체 모델 또는 IEC 1000-4-2 사양을 충족함)에는 제품 지정에 "E" 접미사가 추가로 표시됩니다.
RS-485/RS-422 드라이버의 부하 용량은 단위 부하로 정량화되며, 이는 차례로 단일 표준 RS-485 수신기(12kΩ)의 입력 임피던스로 정의됩니다. 따라서 표준 RS-485 드라이버는 32개의 단위 부하(32개의 병렬 12kΩ 부하)를 구동할 수 있습니다. 그러나 일부 RS-485 수신기의 경우 입력 임피던스가 48kΩ(1/4 단위 부하) 또는 96kΩ(1/8 단위 부하)로 더 높기 때문에 이러한 수신기 128개 또는 256개를 하나에 연결할 수 있습니다. 한번에 버스.. 병렬 임피던스가 32개 단위 부하(즉, 총 임피던스가 최소 375옴)를 초과하지 않는 한 수신기 유형의 조합을 연결할 수 있습니다.
고속의 결과
더 빠른 전송은 드라이버의 출력에서 더 높은 슬루율을 필요로 하며, 이는 차례로 더 높은 수준의 전자기 간섭(EMI)을 생성합니다. 일부 RS-485 트랜시버는 슬루율을 제한하여 EMI를 최소화합니다. 느린 슬루율은 빠른 과도 현상, 높은 데이터 속도 또는 긴 링크로 인한 반사를 제어하는 데도 도움이 됩니다. 반사를 최소화하는 핵심은 케이블의 특성 임피던스와 일치하는 값을 가진 종단 저항을 사용하는 것입니다. 일반 RS-485 케이블(트위스트 페어 24AWG)의 경우 링크의 양쪽 끝에 120옴 저항을 배치해야 합니다.
그 모든 힘은 어디로 가는가?
전력 손실의 명백한 원인은 트랜시버 대기 전류(IQ)이며, 이는 최신 장치에서 크게 감소합니다. 표 2는 저전력 CMOS 트랜시버의 대기 전류를 산업 표준 75176과 비교합니다.
표 2. 다양한 RS-485 송수신기의 누설 전류 비교
RS-485 트랜시버의 또 다른 전력 소비 특성은 부하가 없고 드라이버 출력이 활성화되어 있고 주기적인 입력 신호가 있을 때 발생합니다. RS-485의 열린 라인은 항상 피해야 하므로 드라이버는 출력이 전환될 때마다 출력 구조를 "망치"합니다. 두 출력 트랜지스터의 이 짧은 턴온은 즉시 전력 서지를 유발합니다. 충분히 큰 입력 커패시터는 이러한 서지를 완화하여 데이터 속도가 최대값까지 상승하는 RMS 전류를 생성합니다. MAX1483 트랜시버의 경우 이 최대값은 약 15mA입니다.
표준 RS-485 트랜시버를 최소 부하(트랜시버 1개, 종단 저항 2개, 보호 저항 2개)에 연결하면 보다 현실적인 조건에서 데이터 속도에 대한 공급 전류의 의존성을 측정할 수 있습니다. 그림 2는 표준 560ohm, 120ohm 및 560ohm 저항, VCC = 5V, DE = /RE\ = VCC 및 300m 케이블 조건에서 MAX1483의 전송 속도와 ICC를 비교한 것입니다.
그림 2에서 볼 수 있듯이 매우 낮은 데이터 속도에서도 전류 소모가 약 37mA로 증가합니다. 이것은 주로 종단 저항과 보호 바이어스 저항의 추가로 인해 발생합니다. 저전력 애플리케이션의 경우 이는 사용된 협상 유형의 중요성과 내결함성을 달성하는 방법을 보여주어야 합니다. 내결함성은 다음 섹션에서 논의되며, 상세 설명동의는 "합의의 사악한 농담" 섹션에서 볼 수 있습니다.
결함 허용
-200mV ~ +200mV 범위의 RS-485 수신기 입력 전압에서 출력 상태는 정의되지 않은 상태로 유지됩니다. 즉, 반이중 구성에서 RS-485 측의 차동 전압이 0V이고 트랜시버가 라인에 있지 않거나 연결이 끊어진 경우 출력의 논리 1과 논리 0은 동일합니다. 할 것 같은. 이러한 조건에서 특정 출력 상태를 제공하기 위해 대부분의 최신 RS-485 트랜시버는 보호 바이어스 저항을 설치해야 합니다. 한 라인(A)에는 초기 하이 레벨(풀업)을 설정하고 다른 라인에는 로우 레벨(풀다운)을 설정하는 저항 (B), 다음과 같이 그림 1에 나와 있습니다. 역사적으로 대부분의 회로에서 안전 바이어스 저항은 560옴 값으로 지정되었지만 전력 손실을 줄이기 위해(링크의 한쪽 끝에서만 종단이 이루어진 경우), 이 값은 약 1.1kΩ까지 증가할 수 있습니다. 일부 개발자는 양쪽 끝에 1.1kΩ ~ 2.2kΩ 값의 저항기를 설치합니다. 여기서 잡음 내성과 전력 소비 사이의 절충안을 찾아야 합니다.
그림 1. 3개의 외부 저항이 이 RS-485 트랜시버의 종단 및 보호 바이어스 회로를 형성합니다.
그림 2. MAX1483 트랜시버 공급 전류 대 데이터 속도.
RS-485 트랜시버 제조업체는 이전에 수신기 입력에 내부 포지티브 바이어스 저항을 제공하여 외부 바이어싱 저항의 필요성을 제거했지만 이 접근 방식은 개방 회로 문제를 해결하는 데만 효과적이었습니다. 이러한 유사 페일세이프 수신기에 사용된 포지티브 바이어스 저항은 일치하는 버스에서 수신기 출력 레벨을 설정하기에는 너무 약했습니다. 수신기 임계값을 0V 및 -0.5V로 변경하여 외부 저항기 사용을 피하려는 다른 시도는 RS-485 사양을 위반했습니다.
Maxim의 MAX3080 및 MAX3471 트랜시버 제품군은 -50mV ~ -200mV의 정확한 임계값 감도 범위를 제공하여 이 두 가지 문제를 모두 해결하므로 RS-485 표준을 완벽하게 준수하면서 안전 바이어스 저항이 필요하지 않습니다. 이 IC는 수신기 입력에서 0V가 출력을 높게 만들도록 합니다. 또한 이 설계는 폐쇄 및 파선 상태 모두에 대해 알려진 수신기 출력 상태를 보장합니다.
표 2에서 볼 수 있듯이 트랜시버는 대기 전류 값이 크게 다릅니다. 따라서 전력을 절약하는 첫 번째 단계는 MAX3471(드라이버 비활성화 시 2.8uA, 최대 64Kbps)과 같은 저전력 장치를 선택하는 것입니다. 데이터 전송 중에 전력 소비가 크게 증가하기 때문에 또 다른 목표는 짧은 텔레그램(데이터 블록, 약 레인)을 긴 대기 시간으로 전송하여 드라이버의 작동 시간을 최소화하는 것입니다. 표 3은 일반적인 직렬 전송 텔레그램의 구조를 보여줍니다.
표 3. 직렬 텔레그램
단위 부하당 수신기를 사용하는 RS-485 기반 시스템(최대 32개의 주소 지정 가능 장치)은 예를 들어 5개 주소 비트, 8개 데이터 비트, 시작 비트(모든 프레임), 정지 비트(모든 프레임), 패리티 비트(선택 사항) 및 CRC 비트(선택 사항). 이 구성의 최소 텔레그램 길이는 20비트입니다. 보안 전송을 위해 데이터 크기, 발신자 주소 및 방향과 같은 추가 정보를 보내야 하며, 이는 텔레그램 길이를 255바이트(2040비트)로 늘립니다.
X.25와 같은 표준에 의해 정의된 구조로 텔레그램 길이의 이러한 변경은 버스 시간과 전력 소비를 증가시켜 데이터 신뢰성을 보장합니다. 예를 들어 200kbps에서 20비트를 전송하려면 100µs가 필요합니다. MAX1483을 사용하여 200Kbps에서 매초 데이터를 보낼 때 평균 전류는 다음과 같습니다.
(100 µs * 53 mA + (1 s - 100 µs) * 20 µA) / 1 s = 25.3 µA
트랜시버가 유휴 모드에 있을 때 전력 소비를 최소화하려면 해당 드라이버를 비활성화해야 합니다. 표 4는 전송 사이의 간격으로 실행되는 단일 MAX1483 드라이버의 전력 소비에 대한 텔레그램 길이의 영향을 보여줍니다. 셧다운 모드를 사용하면 고정된 간격으로 폴링 기술을 사용하는 시스템에서 전력 소비를 더욱 줄일 수 있습니다.
표 4. MAX1483 드라이버를 사용할 때 텔레그램 길이와 전류 소비 간의 상관 관계
이러한 소프트웨어 고려 사항 외에도 하드웨어는 전력 소비 측면에서 개선할 여지가 많습니다. 그림 3은 능동 드라이버 및 수신기가 있는 300미터 케이블을 통해 구형파 신호를 전송할 때 다른 트랜시버에 의해 소비되는 전류를 비교합니다. 75ALS176 및 MAX1483은 링크의 양쪽 끝에 표준 560Ω/120Ω/560Ω 종단을 사용하는 반면 "진정한 안전 장치" 장치(MAX3088 및 MAX3471)는 버스 양쪽 끝에 120Ω 종단 저항만 있습니다. 20Kbps에서 소비 전류 범위는 12.2mA(VCC = 3.3V인 MAX3471) ~ 70mA(75ALS176)입니다. 따라서 "진정한 페일 세이프" 속성을 가진 저전력 장치를 선택하는 즉시 소비량이 크게 줄어들며, 이에 더하여 보호 바이어스 저항(접지 및 VCC에)을 설치할 필요가 없습니다. 전력선). 선택한 RS-485 송수신기의 수신기가 폐쇄 및 개방 회로 조건 모두에 대해 올바른 논리 레벨을 출력하는지 확인하십시오.
그림 3. 트랜시버 칩은 데이터 속도에 대한 전류 소비 의존도가 크게 다릅니다.
동의의 사악한 농담
위에서 언급했듯이 종단 저항은 임피던스 불일치로 인한 반사를 제거하지만 단점은 추가적인 전력 손실입니다. 그 효과는 저항이 없는, 종단 저항만, 종단 및 안전 바이어스 저항의 조합에 대한 다양한 트랜시버(드라이버 활성)의 전류 소비를 나열하는 표 5에 나와 있습니다.
표 5. 전류 소모를 증가시키는 종단 및 바이어스 저항
| MAX1483 | MAX3088 | MAX3471 | SN75ALS176 | |
| I VCC(RT 없음) | 60uA | 517uA | 74uA | 22uA |
| I VCC(RT=120) | 24uA | 22.5uA | 19.5uA | 48uA |
| I VCC(RT = 560-120-560) | 42uA | 해당 없음 | 해당 없음 | 70uA |
협상 예외
전력 소비를 줄이는 첫 번째 방법은 종단 저항을 완전히 제거하는 것입니다. 이 옵션은 짧은 링크와 낮은 데이터 속도에서만 가능하므로 수신기에서 데이터를 처리하기 전에 반사를 해결할 수 있습니다. 실습에서 알 수 있듯이 신호의 상승 시간이 케이블을 통한 단방향 신호의 지연 시간의 최소 4배이면 매칭이 필요하지 않습니다. 다음 단계에서는 이 규칙을 사용하여 일치하지 않는 케이블의 최대 허용 길이를 계산합니다.
따라서 MAX3471은 종단 저항 없이 38미터 케이블을 통해 64Kbps로 송수신할 때 적절한 신호 품질을 제공할 수 있습니다. 그림 4는 300미터의 케이블과 120개의 종단 저항 대신 종단 저항이 없는 30미터의 케이블을 사용할 때 MAX3471에서 달성되는 극적인 전력 절감을 보여줍니다.
그림 4. 종단 저항 - 전력의 주요 소비자.
RC 매칭
언뜻 보기에 DC를 차단하는 RC 종단의 기능은 매우 유망합니다. 그러나 이 기술은 특정 조건을 부과한다는 것을 알게 될 것입니다. 종단은 그림 5와 같이 차동 수신기 입력(A 및 B)과 병렬로 연결된 직렬 RC 스트링으로 구성됩니다. R은 항상 케이블 특성 임피던스(Z 0)와 동일하지만 C를 선택하려면 약간의 고려가 필요합니다. C 값이 크면 좋은 매칭을 제공하여 모든 신호가 Z0에 해당하는 R을 볼 수 있지만 값이 크면 드라이버의 피크 출력 전류도 증가합니다. 불행히도, 더 긴 케이블은 더 높은 C 값을 요구합니다.이 절충을 달성하기 위해 전체 기사가 C 등급을 결정하는 데 전념했습니다. 이 기사의 끝에 링크된 매뉴얼에서 이 주제에 대한 자세한 방정식을 찾을 수 있습니다.
그림 5. RC 매칭은 소비를 줄이지만 C 값의 신중한 선택이 필요합니다.
평균 신호 전압은 종종 간과되는 또 다른 중요한 요소입니다. 신호의 평균 전압이 다음과 균형을 이루지 않는 한 직류, DC 계단식 효과는 "심볼 간 간섭"으로 알려진 효과로 인해 상당한 지터를 일으킵니다. 간단히 말해서 RC 종단은 전력 소모를 줄이는 데는 효과적이지만 신호 품질을 떨어뜨리는 경향이 있습니다. RC 매칭은 사용에 많은 제한을 가하기 때문에 대부분의 경우 가장 좋은 대안은 매칭을 전혀 하지 않는 것입니다.
쇼트키 다이오드에서 매칭
쇼트키 다이오드는 높은 전력 소비가 우려되는 경우 대체 종료 방법을 제공합니다. 다른 유형의 일치와 달리 쇼트키 다이오드는 버스의 특성 임피던스를 일치시키려고 시도하지 않습니다. 대신 반사로 인해 펄스 에지에서 스파이크와 스파이크를 억제하기만 하면 됩니다. 결과적으로 전압 변화는 양의 임계 전압과 0으로 제한됩니다.
쇼트키 다이오드는 양수 및 음수 스파이크가 있을 때만 전도하기 때문에 에너지를 거의 낭비하지 않습니다. 반면에 표준 저항 종단(안전 바이어스 저항이 있거나 없는)은 지속적으로 전력을 소모합니다. 그림 6은 반사를 방지하기 위해 쇼트키 다이오드를 사용하는 방법을 보여줍니다. 쇼트키 다이오드는 내결함성 동작을 제공하지 않지만 MAX308X 및 MAX3471 트랜시버에서 선택된 임계 전압 레벨을 통해 이러한 유형의 정합으로 내결함성 동작을 구현할 수 있습니다.
그림 6. 높은 비용에도 불구하고 쇼트키 다이오드 정합 회로에는 많은 장점이 있습니다.
이상적인 다이오드(제로 순방향 전압 Vf, 제로 턴온 시간 tON 및 제로 역 회복 시간 trr)에 대한 가장 유용한 근사치인 쇼트키 다이오드는 전력 소모가 많은 종단 저항을 대체하는 데 큰 관심을 끌고 있습니다. RS-485/RS-422 시스템에서 이 매칭의 단점은 쇼트키 다이오드가 모든 반사를 억제할 수 없다는 것입니다. 반사된 신호가 쇼트키 다이오드의 순방향 전압 아래로 감쇠하면 그 에너지는 종단 다이오드의 영향을 받지 않고 케이블에 의해 소산될 때까지 지속됩니다. 이 장기간의 섭동이 중요한지 여부는 수신기 입력에서 신호의 크기에 따라 다릅니다.
쇼트키 터미네이터의 주요 단점은 비용입니다. 하나의 종단 지점에는 2개의 다이오드가 필요합니다. RS-485/RS-422 버스는 차동이므로 이 숫자에 다시 2를 곱합니다(그림 6). 버스에서 여러 개의 쇼트키 터미네이터를 사용하는 것은 드문 일이 아닙니다.
쇼트키 다이오드 터미네이터는 RS-485/RS-422 기반 시스템에 많은 이점을 제공하며 에너지 절약이 주된 이점입니다(그림 7). 케이블 길이 및 데이터 속도에 대해 지정된 제한은 쇼트키 종단기 제한보다 먼저 도달하므로 아무 것도 계산할 필요가 없습니다. 또 다른 장점은 서로 다른 탭과 수신기 입력에 있는 여러 개의 쇼트키 터미네이터가 통신 버스를 로드하지 않고도 신호 품질을 향상시킨다는 것입니다.
그림 7. RS-485 시스템의 전류 소비는 전송 속도와 종단 유형에 따라 크게 달라집니다.
요약
데이터 전송률이 높고 케이블이 길면 RS-485 시스템에서 초저소비를 달성하기 어렵습니다. 통신 회선( 터미네이터)에 일치하는 장치를 설치하는 데 필요합니다. 이 경우 수신기 출력의 "진정한 노이즈 내성" 트랜시버는 터미네이터를 사용하는 경우에도 전력을 절약할 수 있으므로 안전 바이어스 저항이 필요하지 않습니다. 소프트웨어 통신은 또한 트랜시버를 비활성화 상태로 설정하거나 사용하지 않을 때 드라이버를 비활성화하여 전력 소비를 줄입니다.
더 낮은 속도와 더 짧은 케이블의 경우 전력 소비의 차이가 큽니다. 120ohm 종단 저항이 있는 표준 SN75ALS176 트랜시버를 사용하여 30미터 케이블을 통해 60kbps로 데이터를 전송하려면 전원 공급 시스템에서 70mA의 전류가 필요합니다. 반면에 동일한 조건에서 MAX3471을 사용하는 경우 전원 공급 장치에서 2.5mA만 필요합니다.
RS-485는 전자산업협회에서 처음으로 채택한 표준입니다. 현재까지 이 표준은 다양한 평형 디지털 시스템에 사용되는 다양한 수신기 및 송신기의 전기적 특성을 고려합니다.
전문가들 사이에서 RS-485는 여러 컨트롤러와 다른 많은 장치를 서로 연결하기 위해 다양한 산업 공정 제어 시스템에서 활발히 사용되는 상당히 인기 있는 인터페이스의 이름입니다. 이 인터페이스와 동일하게 일반적인 RS-232의 주요 차이점은 여러 유형의 장비를 동시에 조합할 수 있다는 것입니다.
RS-485의 도움으로 단일 장치를 통해 여러 장치 간의 고속 정보 교환 2선식반이중 모드에서 통신. 그것은 공정 제어 시스템을 형성하는 과정에서 현대 산업에서 널리 사용됩니다.
이 표준의 도움으로 정보는 최대 10Mbps의 속도로 전송되며 가능한 최대 범위는 데이터 전송 속도에 직접적으로 의존합니다. 따라서 최대 속도를 보장하기 위해 데이터는 120미터 이상 전송될 수 없으며 100kbps 속도로 정보는 1200미터 이상에서 방송됩니다.
RS-485 인터페이스가 결합할 수 있는 장치의 수는 장치에 사용되는 트랜시버에 직접적으로 의존합니다. 각 송신기는 32개의 표준 수신기를 동시에 제어하도록 설계되었지만 입력 임피던스가 표준보다 50%, 25% 또는 그 이하인 수신기가 있으며 이러한 장비를 사용할 경우 총 장치 수는 그에 따라 증가합니다.
RS-485 케이블은 정보 프레임이나 교환 프로토콜의 특정 형식을 표준화하지 않습니다. 대부분의 경우 RS-232가 사용하는 것과 정확히 동일한 프레임, 즉 데이터 비트, 정지 및 시작 비트, 필요한 경우 패리티 비트가 사용됩니다.
대부분의 최신 시스템에서 교환 프로토콜의 작동은 "마스터-슬레이브" 원칙에 따라 수행됩니다. 즉, 네트워크의 일부 장치가 마스터이고 논리적 주소가 다른 모든 슬레이브 장치 간에 요청을 보내는 데 주도권을 가집니다. 오늘날 가장 널리 사용되는 프로토콜은 Modbus RTU입니다.
RS-485 케이블에는 특정 유형의 커넥터 또는 납땜 제거가 없습니다. 즉, 터미널 커넥터, DB9 등이 있을 수 있습니다.
대부분이 인터페이스를 사용하면 동시에 여러 트랜시버를 결합하는 로컬 네트워크가 있습니다.
RS-485를 연결할 때 일반적으로 A와 B라고 하는 신호 회로를 올바르게 결합해야 합니다. 이 경우 극성 반전이 그렇게 끔찍하지 않고 연결된 장치만 작동하지 않습니다.
RS-485 인터페이스를 사용할 때 작동의 여러 기능을 고려해야 합니다.
종단 저항을 사용하여 표준 또는 USB RS-485는 케이블의 열린 끝을 후속 라인과 완전히 일치시켜 신호 반사 가능성을 완전히 제거합니다.
저항의 공칭 저항은 케이블의 파동 임피던스에 해당하며 트위스트 페어를 기반으로 하는 케이블의 경우 대부분의 경우 약 100-120옴입니다. 예를 들어, 이더넷을 배치하는 과정에서 활발히 사용되는 오늘날 상당히 인기 있는 UTP-5 케이블의 특성 임피던스는 100옴입니다. 다른 케이블 옵션의 경우 다른 등급이 사용될 수 있습니다.
필요한 경우 저항을 최종 장치에 이미 있는 케이블 커넥터의 접점에 납땜할 수 있습니다. 드물게 장치 자체에 저항이 설치되어 있으므로 저항을 연결하려면 점퍼를 설치해야 합니다. 이 경우 장치가 꺼져 있으면 라인이 완전히 일치하지 않습니다. 그리고 나머지 시스템이 정상적으로 작동하려면 일치하는 플러그를 연결해야 합니다.
RS-485 포트는 균형 잡힌 데이터 전송 방식을 사용합니다. 즉, 신호 회로 A와 B의 전압 레벨이 역위상으로 변경됩니다.
센서는 최대 부하에서 1.5V의 신호 레벨을 제공해야 하며 장치가 유휴 상태인 경우 6V를 넘지 않아야 합니다. 전압 레벨은 각 신호 와이어가 다른 와이어에 대해 상대적으로 차등적으로 측정됩니다.
수신기가 있는 곳에서는 어떤 경우에도 수신 신호의 최소 레벨이 200mV 이상이어야 합니다.
신호 회로에 신호가 없는 경우 약간의 오프셋이 발생하여 잘못된 작동의 경우로부터 수신기를 보호합니다.
전문가들은 이 값이 표준에 따른 입력 신호 불확실성 영역에 해당하기 때문에 200mV보다 약간 더 큰 오프셋을 권장합니다. 이 경우 회로 A는 소스의 양극으로 당겨지고 회로 B는 공통으로 당겨집니다.
필요한 오프셋 및 전원 공급 장치 전압에 따라 계산이 수행됩니다.예를 들어 소스에 12V의 전압이 있는 동안 종단 저항 RT = 120Ohm을 사용할 때 250mV의 오프셋을 얻어야 하는 경우 이 경우 두 개의 저항이 서로 병렬로 연결되고 수신기 측의 부하를 전혀 고려하지 않고 바이어스 전류는 0.0042A인 반면 바이어스 회로의 총 저항은 2857옴입니다. 이 경우 R cm는 약 1400옴이 되므로 가장 가까운 값을 선택해야 합니다.
예를 들어, 1.5kΩ 바이어스 저항과 외부 12볼트 저항이 사용됩니다. 또한 당사 시스템에는 회로 세그먼트의 주요 링크인 컨트롤러 전원 공급 장치의 절연 출력이 있습니다.
물론 RS-485 변환기 및 기타 요소를 사용하여 바이어스를 구현하는 다른 옵션이 많이 있지만 어떤 경우에도 바이어스 회로를 배치할 때 이를 제공할 노드가 주기적으로 꺼지거나 꺼지는 점을 고려해야 합니다. 결국 네트워크에서 완전히 제거될 수도 있습니다.
바이어스가 존재하는 경우 완전 유휴 상태에서 회로 A의 전위는 회로 B에 대해 양의 값이며, 이는 새 장치가 와이어 표시 없이 케이블에 연결되는 경우 지침입니다.
RS-485 프로토콜을 기본으로 사용하는 경우 위의 권장 사항을 구현하면 네트워크의 다양한 지점으로 전기 신호를 정상적으로 전송할 수 있습니다. 요구 사항 중 하나 이상이 충족되지 않으면 신호 왜곡이 발생합니다. 데이터 교환 속도가 1Mbps를 초과하면 가장 눈에 띄는 왜곡이 나타나기 시작하지만 실제로는 더 낮은 속도의 경우에도 네트워크가 "이미 정상적으로 작동"하더라도 표시된 권장 사항을 무시하지 않는 것이 좋습니다.
RS-485 분배기를 사용하는 장치 및 이 인터페이스가 있는 기타 장치와 함께 작동하는 다양한 응용 프로그램을 프로그래밍할 때 고려해야 할 몇 가지 중요한 사항이 있습니다. 다음과 같이 나열해 보겠습니다.
이 인터페이스는 모든 장치가 단일 와이어 쌍을 사용하여 결합될 때 "버스" 형식으로 장치를 결합할 수 있는 가능성을 제공합니다. 이 경우 통신선은 반드시 양단의 종단저항으로 정합하여야 한다.
이 경우 일치를 보장하기 위해 620옴의 저항을 특징으로 하는 저항이 설치됩니다. 항상 회선에 연결된 첫 번째 및 마지막 장치에 설치됩니다. 대부분의 최신 장치에는 종단 저항이 내장되어 있으며, 필요한 경우 장치 보드에 특수 점퍼를 설치하여 라인에 연결할 수 있습니다.
점퍼는 초기에 배송 상태로 설치되어 있기 때문에 먼저 라인에 연결된 첫 번째와 마지막에 연결된 장치를 제외한 모든 장치에서 점퍼를 먼저 제거해야 합니다. S2000-PI 모델의 리피터 컨버터에서는 각 개별 출력에 대해 스위치를 사용하여 종단 저항을 켜는 반면 S2000-KS 및 S2000-K 장치는 내장 종단 저항을 특징으로 하므로 결과적으로 연결하는 데 점퍼가 필요하지 않습니다.
더 긴 통신 회선을 제공하려면 전송 방향의 완전 자동 전환이 장착된 특수 중계기-중계기를 사용하는 것이 좋습니다.
RS-485 라인의 모든 탭은 이 경우 신호 왜곡이 상당히 강하기 때문에 바람직하지 않지만 실용적인 관점에서 탭의 길이가 작은 경우 허용될 수 있습니다. 이 경우 개별 분기에 종단 저항을 설치할 필요가 없습니다.
원격 제어로 제어되는 RS-485 분배 시스템에서 후자와 장치가 동일한 라인에 연결되지만 다른 소스에서 전원이 공급되는 경우 모든 장치와 원격 제어의 0V 회로를 순서대로 결합해야 합니다. 잠재력의 균등화를 보장합니다. 이 요구 사항이 충족되지 않으면 이 경우 리모컨이 장치와 불안정하게 연결될 수 있습니다. 여러 개의 꼬인 전선 쌍이 있는 케이블을 사용하는 경우 필요한 경우 전위 균등화 회로에 완전 자유 쌍을 사용할 수 있습니다. 무엇보다도 차폐 접지가 없는 경우 차폐 연선을 사용할 수도 있습니다.
압도적 다수에서 전위 균등화 와이어를 통과하는 전류는 매우 작지만 0V 장치 또는 전원 공급 장치 자체가 여러 로컬 접지 버스에 연결된 경우 서로 다른 0V 회로 간의 전위차는 여러 장치가 될 수 있습니다. 어떤 경우에는 수십 볼트까지 발생하지만 전위 균등화 회로를 통해 흐르는 전류는 상당히 중요할 수 있습니다. 이것은 리모컨과 장치 사이의 연결이 불안정하여 실패할 수도 있는 빈번한 이유입니다.
이러한 이유로 0V 회로를 접지할 가능성을 배제하거나 최대로 이 회로를 특정 지점에서 접지해야 합니다. 경보 시스템에 사용되는 장비에 있는 0V와 보호 접지 회로 사이의 관계 가능성도 고려해야 합니다.
전자파 환경이 다소 어려운 시설에서는 차폐 트위스트 페어 케이블을 통해 이 네트워크를 연결할 수 있습니다. 이 경우 케이블의 커패시턴스가 더 높기 때문에 더 짧은 거리 제한이 존재할 수 있습니다.
산업용 애플리케이션에서 무선 데이터 라인결코 완전히 대체할 수 없다 열광한. 후자 중에서 가장 일반적이고 신뢰할 수 있는 것은 여전히 직렬 인터페이스
RS
-485
. 그리고 외부 영향으로부터 가장 보호되고 다양한 구성과 트랜시버의 통합 정도의 제조업체는 차례로 회사로 남아 있습니다.격언
통합
.
인기 상승에도 불구하고 무선 네트워크, 특히 열악한 작동 조건에서 가장 안정적이고 안정적인 연결은 유선 연결을 통해 제공됩니다. 적절하게 설계된 유선 네트워크는 산업 애플리케이션 및 산업 공정 제어 시스템에서 효율적인 통신을 가능하게 하여 간섭, ESD 및 서지에 대한 내성을 제공합니다. RS-485 인터페이스의 독특한 기능은 업계에서 널리 사용되도록 이끌었습니다.
RS-485 트랜시버는 산업 및 빌딩 자동화 애플리케이션의 열악한 환경을 위한 직렬 데이터 네트워크를 구현하기 위한 가장 일반적인 물리 계층 인터페이스입니다. 이 직렬 인터페이스 표준은 단일 차동 라인(연선)을 통해 비교적 장거리에서 고속 통신을 제공합니다. 산업 및 건물 자동화 시스템에서 RS-485를 사용할 때의 주요 문제는 유도 부하, 정전기 방전 및 서지 전압의 빠른 전환 중에 발생하는 전기적 과도 현상이 자동화 제어 시스템의 네트워크에 작용하여 전송된 데이터를 왜곡할 수 있다는 것입니다. 또는 실패하게 만듭니다.
현재 여러 유형의 데이터 전송 인터페이스가 있으며, 각 인터페이스는 필요한 매개변수 및 프로토콜 구조를 고려하여 특정 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 직렬 인터페이스에는 CAN, RS-232, RS-485/RS-422, I 2 C, I 2 S, LIN, SPI 및 SMBus가 포함되지만 RS-485 및 RS-422는 특히 열악한 작동 조건에서 여전히 가장 안정적입니다. .
RS-485 및 RS-422 인터페이스는 여러 면에서 유사하지만 데이터 전송 시스템을 설계할 때 고려해야 하는 몇 가지 중요한 차이점이 있습니다. TIA/EIA-422 표준에 따르면 RS-422 인터페이스는 최대 10개의 슬레이브를 연결할 수 있는 하나의 데이터 버스 마스터가 있는 산업 애플리케이션용으로 지정됩니다(그림 1). 트위스트 페어를 사용하여 최대 10Mbps의 속도로 전송을 제공하므로 노이즈 내성이 향상되고 가능한 가장 높은 범위와 데이터 전송 속도를 달성합니다. RS-422의 일반적인 응용 분야는 공정 자동화(화학, 식품 가공, 제지 공장), 통합 공장 자동화(자동차 및 금속 가공 산업), 환기 및 공조 시스템, 보안 시스템, 모터 제어 및 물체 이동 제어입니다.
RS-485는 공통 버스에 여러 마스터를 허용하고 버스의 최대 장치 수를 10개에서 32개로 늘림으로써 더 큰 유연성을 제공합니다. TIA/EIA-485 표준에 따르면 RS-485에는 RS-422 이상의 장치가 있습니다. 인터페이스 넓은 공통 모드 전압 범위(±7V 대신 -7…12V) 및 최대 라인 부하에서 충분한 수신기 신호 레벨을 제공하는 약간 더 작은 차동 전압 범위(±2V 대신 ±1.5V). 멀티드롭 데이터 버스의 고급 기능을 사용하여 동일한 장치에 연결된 장치의 네트워크를 만들 수 있습니다. 직렬 포트 RS-485. 높은 노이즈 내성과 멀티드롭 기능으로 인해 RS-485는 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC), 그래픽 컨트롤러(HMI) 또는 기타 데이터 수집 컨트롤러에 연결된 산업용 분산 시스템에서 사용하기 위한 최고의 직렬 인터페이스입니다. RS-485는 RS-422의 확장이므로 모든 RS-422 장치는 RS-485 마스터가 제어하는 버스에 연결할 수 있습니다. RS-485의 일반적인 응용 프로그램은 위에 나열된 RS-422의 응용 프로그램과 유사하며 RS-485는 향상된 기능으로 인해 더 자주 사용됩니다.
TIA/EIA-485 표준은 최대 1200m 거리에서 RS-485를 사용할 수 있도록 하며, 더 짧은 거리에서 데이터 전송 속도는 40Mbps 이상입니다. 차동 신호를 사용하면 RS-485 인터페이스에 더 긴 범위가 제공되지만 데이터 속도는 라인 길이가 증가함에 따라 감소합니다. 라인 와이어의 단면적과 연결된 장치의 수도 데이터 전송 속도에 영향을 미칩니다. 장거리와 높은 데이터 전송률을 모두 달성해야 하는 경우 MAX3291과 같은 내장형 고주파 이퀄라이제이션 기능이 있는 RS-485 트랜시버를 사용하는 것이 좋습니다. RS-485 인터페이스는 한 쌍의 꼬인 전선을 사용하는 반이중 모드에서 사용하거나 2개의 꼬인 쌍(4선)을 사용하여 데이터를 동시에 송수신하는 전이중 모드에서 사용할 수 있습니다. 멀티드롭 반이중 구성에서 RS-485는 최대 32개의 송신기와 최대 32개의 수신기를 지원할 수 있습니다. 그러나 최신 세대의 트랜시버 IC는 입력 임피던스가 더 높아 수신기 라인의 부하가 표준 값의 1/4에서 1/8로 줄어듭니다. 예를 들어 MAX13448E 트랜시버를 사용하면 RS-485 버스에 연결된 수신기의 수를 256개로 늘릴 수 있습니다. 고급 멀티드롭 RS-485 인터페이스를 사용하면 다음과 같이 단일 직렬 포트에 연결된 다양한 장치를 네트워크로 연결할 수 있습니다. 그림 2에 나와 있습니다.
수신기 감도는 ±200mV입니다. 따라서 1비트의 데이터를 인식하려면 수신기 연결 지점의 신호 레벨이 0의 경우 +200mV보다 크고 1의 경우 -200mV 미만이어야 합니다(그림 3). 이 경우 수신기는 간섭을 억제하며 그 수준은 ± 200mV 범위입니다. 차동 라인은 또한 효과적인 공통 모드 제거를 제공합니다. 수신기의 최소 입력 임피던스는 12kOhm이고 송신기의 출력 전압은 ± 1.5 ... ± 5V 범위입니다.
산업 시스템 설계자는 장비를 파괴하거나 디지털 통신 시스템을 방해할 수 있는 전자기 환경에서 안정적인 작동을 보장해야 하는 문제에 직면해 있습니다. 한 가지 예 유사한 시스템자동 제어입니다 기술 장비자동화된 산업 공장에서. 프로세스를 제어하는 컨트롤러는 매개변수와 환경 매개변수를 측정하고 액추에이터에 명령을 전송하거나 비상 경보를 생성합니다. 산업용 컨트롤러는 일반적으로 주어진 산업 기업의 문제를 해결하기 위해 최적화된 아키텍처인 마이크로 프로세서 장치입니다. 이러한 시스템의 지점 간 데이터 링크는 환경의 강한 전자기 간섭을 받습니다.
산업용 애플리케이션에 사용되는 DC/DC 컨버터는 높은 입력 전압에서 작동하고 입력에서 절연 전압을 제공하여 부하에 전력을 공급합니다. 자체 주 전원 공급 장치가 없는 분산 시스템 장치는 24 또는 48 V DC로 전원이 공급됩니다. 종단은 입력 전압을 변환하여 얻은 12V 또는 5V로 전원이 공급됩니다. 원격 센서 또는 액추에이터와 통신하는 시스템에는 과도, EMI 및 접지 전위 보호가 필요합니다.
Maxim Integrated와 같은 많은 회사는 산업용 애플리케이션용 집적 회로가 매우 안정적이고 열악한 전자기 환경에 견딜 수 있도록 하기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다. Maxim의 RS-485 트랜시버에는 고전압 ESD 및 서지 보호 회로가 내장되어 있으며 라인에서 데이터 손실 없이 핫 스왑이 가능합니다.
정전기 방전(ESD)은 반대 전하를 띤 두 물질이 접촉할 때 발생하여 정전기가 이동하고 스파크 방전이 형성됩니다. ESD는 사람들이 주변의 물체와 접촉할 때 종종 발생합니다. 반도체 장치를 부주의하게 취급할 때 발생하는 스파크 방전은 성능을 크게 저하시키거나 반도체 구조를 완전히 파괴할 수 있습니다. 예를 들어, ESD는 케이블을 변경하거나 단순히 I/O 포트를 만질 때 발생할 수 있으며 하나 이상의 인터페이스 칩 오류로 인해 포트가 종료되도록 할 수 있습니다(그림 4).
이러한 사고는 보증 수리 비용을 증가시키고 결과적으로 소비자에게 인식되기 때문에 상당한 손실로 이어질 수 있습니다. 저품질제품. 산업 생산에서 ESD는 연간 수십억 달러의 손실을 초래할 수 있는 심각한 문제입니다. 실제 작동 조건에서 ESD는 개별 구성 요소, 때로는 전체 시스템의 오류로 이어질 수 있습니다. 외부 다이오드를 사용하여 데이터 인터페이스를 보호할 수 있지만 일부 인터페이스 IC에는 ESD 보호 구성 요소가 내장되어 있으며 추가 외부 보호 회로가 필요하지 않습니다. 그림 5는 일반적인 내장 ESD 보호 회로의 단순화된 기능 다이어그램을 보여줍니다. 신호 라인의 과도 전류는 공급 전압 레벨 V CC 및 접지에서 다이오드 보호 회로에 의해 제한되므로 회로의 내부 부품이 손상되지 않도록 보호합니다. 현재 생산되고 있는 ESD 보호 기능이 내장된 인터페이스 IC 및 아날로그 스위치는 주로 IEC 61000-4-2 표준을 준수합니다.
Maxim Integrated는 강력한 ESD 보호 기능이 내장된 IC에 막대한 투자를 했으며 현재는 RS-232 ~ RS-485 트랜시버의 리더입니다. 이 장치는 I/O 포트에 직접 적용되는 IEC(IEC) 61000-4-2 및 JEDEC JS-001 준수 ESD 테스트 펄스를 견딥니다. Maxim의 ESD 솔루션은 안정적이고 저렴하며 추가 외부 부품이 없으며 대부분의 동종 제품보다 저렴합니다. 이 회사에서 제조하는 모든 인터페이스 칩에는 생산 및 작동 중에 발생하는 ESD로부터 각 출력을 보호하는 요소가 내장되어 있습니다. MAX3483AE /MAX3485AE 트랜시버 제품군은 최대 ±20kV의 고전압 서지로부터 송신기 출력 및 수신기 입력을 보호합니다. 동시에 제품의 정상 작동 모드가 유지되므로 전원을 껐다가 다시 켤 필요가 없습니다. 또한 내장된 ESD 보호 기능은 전원 켜기, 전원 끄기 및 저전력 대기 작동을 보장합니다.
산업용 애플리케이션에서 RS-485 드라이버의 입력 및 출력은 서지로 인해 고장이 나기 쉽습니다. 서지 매개변수는 ESD와 다릅니다. ESD 지속 시간은 일반적으로 최대 100ns이지만 서지 전압은 200µs 이상일 수 있습니다. 서지 전압은 배선 오류, 잘못된 연결, 손상되거나 결함이 있는 케이블, 전원과 신호 라인 사이에 전도성 연결을 형성할 수 있는 땜납 방울로 인해 발생할 수 있습니다. 인쇄 회로 기판또는 슬롯에. 산업용 전력 시스템은 24V를 초과하는 전압을 사용하기 때문에 서지 보호 기능이 없는 표준 RS-485 트랜시버에서 이러한 전압에 노출되면 몇 분 또는 몇 초 안에 고장이 발생합니다. 서지 전압으로부터 보호하기 위해 기존 RS-485 인터페이스 칩은 개별 부품으로 만든 값비싼 외부 장치가 필요합니다. 내장형 서지 보호 기능이 있는 RS-485 트랜시버는 데이터 라인에서 최대 ±40, ±60 및 ±80V 공통 모드 노이즈를 견딜 수 있으며 접지에 대해 최대 ±80V를 출력합니다. 보호 요소는 칩의 현재 상태(켜짐, 꺼짐 또는 대기 모드)에 관계없이 작동하여 이러한 트랜시버를 업계에서 가장 안정적으로 만들고 산업용 애플리케이션에 이상적입니다. Maxim의 트랜시버는 단락된 전원 및 신호 라인, 배선 오류, 커넥터 연결 오류, 케이블 결함 및 남용으로 인한 서지에서 살아남습니다.
RS-485 인터페이스 칩의 중요한 특성은 정의되지 않은 라인 상태에 대한 수신기의 내성으로, 입력이 열리거나 닫힐 때뿐만 아니라 모든 송신기가 연결되어 있을 때 수신기 출력에서 높은 논리 레벨 설정을 보장합니다. 라인은 비활성 모드(출력의 높은 임피던스 상태)로 들어갑니다. 닫힌 데이터 라인의 신호 수신기가 올바르게 인식하는 문제는 입력 신호 임계값을 -50 및 -200mV의 음의 전압으로 이동하여 해결됩니다. 수신기 V A - VB의 입력 차동 전압이 -50mV보다 크거나 같으면 출력 R 0 은 하이 레벨로 설정됩니다. V A - V B가 -200mV보다 작거나 같으면 출력 R 0이 낮게 설정됩니다. 모든 송신기가 절전 모드로 전환되고 라인이 종료되면 수신기의 차동 입력 전압이 0에 가깝고 결과적으로 수신기 출력이 높아집니다. 이 경우 입력에서 노이즈 내성 마진은 50mV입니다. 이전 세대 트랜시버와 달리 -50 및 -200mV 임계값은 EIA/TIA-485 표준에서 지정한 ±200mV 값에 해당합니다.
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