RS-485 (Standard Recomandat 485 sau EIA/TIA-485-A) este standardul recomandat pentru transmisia de date printr-o legătură de comunicație cu două fire, semi-duplex, multipunct, serială, simetrică. Asociații comune de dezvoltare: Electronic Industries Alliance (EIA) și Telecommunications Industry Association (TIA). Standardul descrie doar straturile fizice de semnalizare (adică doar primul strat al modelului de interconectare a sistemelor deschise OSI). Standardul nu descrie modelul programului de schimb și protocoalele de schimb. RS-485 a fost creat pentru a extinde capacitățile fizice ale interfeței RS232 de a transfera date binare.
Nume: Standard recomandat 485
Caracteristicile electrice ale generatoarelor și receptoarelor pentru utilizare în sisteme multipunct echilibrate
Caracteristicile electrice ale generatoarelor și receptoarelor pentru utilizare în sisteme multipunct echilibrate.
Dezvoltator: Asociația Industriilor Electronice (EIA). Asociația de Electronică Industrială.
Ediții ale standardului:
RS-485A (Ediția standard 485 recomandată: A) anul lansării 1983.
EIA 485-A anul lansării 1986.
TIA /EIA 485-A anul lansării 1998.
TIA /EIA 485-A anul revizuirii 2003.
ISO/IEC 8482 (1993 actorie)
Editura: ISO, IEC
Nume: Tehnologia informației - Telecomunicații și schimb de informații între sisteme - Interconexiuni multipunct perechi răsucite.
Ediții vechi:
ISO 8284 (1987 inactiv)
ITU-T v.11 (1996 actorie)
Editura: UNIUNEA INTERNAȚIONALĂ DE TELECOMUNICAȚII
Nume: Caracteristici electrice pentru circuitele de schimb de curent dublu echilibrate care funcționează la rate de semnalizare a datelor de până la 10 Mbit/s.
Ediții vechi:
ITU-T v.11 (1993 inactiv)
CCITT v.11 (1988 inactiv)
ANSI/TIA-485-A (1998 actorie)
Editura: American National Standards Institute, ANSI
Nume: Caracteristicile electrice ale generatoarelor și receptoarelor pentru utilizare în sisteme multipunct digitale echilibrate.
Transmitere de date semi-duplex bidirecțională. Fluxul de date serial este transmis simultan doar într-o direcție, transmisia de date în cealaltă direcție necesită comutarea transceiver-ului. Transceiverele sunt de obicei numite „driver” (driver), acesta este un dispozitiv sau circuit electric care generează un semnal fizic pe partea transmițătorului.
Canal de comunicare simetric. Două fire de semnal echivalente sunt utilizate pentru a primi/transmite date. Firele sunt desemnate prin literele latine „A” și „B”. Aceste două fire transportă schimbul de date în serie în ambele direcții (alternativ). Când se utilizează o pereche răsucită, un canal echilibrat crește semnificativ rezistența semnalului la interferența în modul comun și suprimă bine radiația electromagnetică generată de semnalul util.
Diferențial (metodă echilibrată de transfer de date). Cu această metodă de transmitere a datelor, diferența de potențial se modifică la ieșirea transceiver-ului, când se transmite „1”, diferența de potențial dintre AB este pozitivă; când se transmite „0”, diferența de potențial dintre AB este negativă. Adică curentul dintre contactele A și B, la transmiterea „0” și „1”, curge (se echilibrează) în direcții opuse.
Multipunct. Permite conectarea mai multor receptoare și transceiver-uri la o singură linie de comunicație. În acest caz, este permis să se conecteze la linie doar un emițător la un moment dat și multe receptoare, emițătoarele rămase trebuie să aștepte eliberarea liniei de comunicație pentru transmiterea datelor.
Ieșire transmițător cu impedanță scăzută. Amplificatorul buffer al transmițătorului are o ieșire cu impedanță scăzută, care permite transmiterea semnalului către mai multe receptoare. Capacitatea standard de încărcare a emițătorului este de 32 de receptoare pe emițător. În plus, semnalul de curent este utilizat pentru a opera „pereche răsucită” (cu cât este mai mare curentul de funcționare al „perechii răsucite”, cu atât mai mult suprimă interferența în modul comun pe linia de comunicație).
Zonă moartă. Dacă nivelul diferenţial al semnalului dintre contactele AB nu depăşeşte ±200mV, atunci se consideră că nu există semnal în linie. Acest lucru crește imunitatea la zgomot a transmisiei de date.
Numărul permis de transceiver (driver) 32
Lungimea maximă a legăturii 1200 m (4000 ft)
Rata maxima de transfer 10 Mbps
Ieșire minimă a driverului ±1,5V
Ieșire maximă a driverului ±5 V
Curent maxim de scurtcircuit al driverului 250 mA
Impedanța de ieșire a driverului 54 ohmi
Impedanța de intrare a driverului 12 kΩ
Impedanța totală de intrare admisă 375 Ohm
Interval de semnal mort ±200 mV
Nivelul unității logice (Uab) >+200 mV
Nivel zero logic (Uab) ←200 mV
Impedanța de intrare pentru unele receptoare poate fi peste 12 kΩ (încărcare simplă). De exemplu, 48 kOhm (1/4 dintr-o singură sarcină) sau 96 kOhm (1/8), ceea ce vă permite să creșteți numărul de receptoare la 128 sau 256. Cu impedanțe de intrare diferite ale receptoarelor, este necesar ca impedanța totală de intrare nu este mai mică de 375 Ohm.
Deoarece standardul RS-485 descrie doar stratul fizic al procedurii de schimb de date, toate problemele de schimb, sincronizare și handshake sunt alocate unui protocol de schimb superior. După cum am spus, cel mai adesea, acesta este standardul RS-232 sau alte protocoale superioare (ModBus, DCON etc.).
RS-485 în sine face doar următoarele:
Convertește secvența de intrare de „1” și „0” într-un semnal diferențial.
Transmite un semnal diferenţial către o linie de comunicaţie echilibrată.
Activează sau dezactivează transmițătorul șoferului pe un semnal de protocol mai mare.
Primește un semnal diferențial de la linia de comunicație.
Dacă conectați un osciloscop la contacte A-B(RS-485) și GND-TDx(RS-232), atunci nu veți vedea nicio diferență în forma semnalelor transmise în liniile de comunicație. De fapt, forma de undă RS-485 repetă complet forma de undă RS-232, cu excepția inversării (în RS-232, o unitate logică este transmisă cu o tensiune de -12 V, iar în RS-485 +5 V).
Fig.1 Forma semnalelor RS-232 și RS-485 la transmiterea a două caractere „0” și „0”.
După cum se poate observa din Fig. 1, există o simplă conversie a nivelurilor de semnal în funcție de tensiune.
Deși forma semnalelor este aceeași pentru standardele de mai sus, dar modul în care sunt formate și puterea semnalelor sunt diferite.
Fig.2 Formarea semnalelor RS-485 și RS-232
Conversia nivelurilor de semnal și o nouă modalitate de formare a acestora au făcut posibilă rezolvarea unui număr de probleme care nu au fost luate în considerare la crearea standardului RS-232.
Avantajele semnalului fizic RS-485 față de semnalul RS-232
Este utilizată o sursă de alimentare unipolară +5V, care este utilizată pentru alimentarea majorității dispozitivelor electronice și microcircuitelor. Acest lucru simplifică designul și facilitează potrivirea dispozitivelor.
Puterea semnalului transmițătorului RS-485 este de 10 ori mai mare decât puterea semnalului transmițătorului RS-232. Acest lucru vă permite să conectați până la 32 de receptoare la un transmițător RS-485 și astfel să transmiteți date.
Utilizarea semnalelor simetrice, care are o izolare galvanică cu potențial zero a rețelei de alimentare. Ca rezultat, interferențele sunt excluse din firul de alimentare neutru (ca în RS-232). Având în vedere posibilitatea transmițătorului de a funcționa la o sarcină cu impedanță scăzută, devine posibil să se utilizeze efectul de suprimare a interferențelor în mod comun folosind proprietățile unei „perechi răsucite”. Acest lucru mărește semnificativ raza de comunicare. În plus, devine posibilă conectarea „la cald” a dispozitivului la linia de comunicație (deși acest lucru nu este prevăzut de standardul RS-485). Rețineți că în RS-232 conexiunea „fierbinte” a dispozitivului duce de obicei la defecțiunea portului COM al computerului.
Fiecare transceiver RS-485 (driver) poate fi într-una din cele două stări: transmiterea datelor sau primirea datelor. Comutarea driverului RS-485 are loc cu ajutorul unui semnal special. De exemplu, Figura 3 prezintă schimbul de date folosind un convertor AC3 de la Berbec. Modul traductorului este comutat de semnalul RTS. Dacă RTS=1 (True) AC3 transmite datele care vin de la portul COM către rețeaua RS-485. În acest caz, toți ceilalți drivere trebuie să fie în modul de recepție (RTS=0). În esență, RS-485 este un amplificator tampon bidirecțional multiplexat pentru semnale RS-232.
Fig.3 Un exemplu de utilizare a convertorului Aries AC3.
Situația în care mai mult de un driver RS-485 în modul transmițător va funcționa în același timp duce la pierderea datelor. Această situație se numește „coliziune”. Pentru a evita coliziunile în canalele de schimb de date, este necesar să se utilizeze protocoale superioare (OSI). Cum ar fi MODBUS, DCON, DH485 etc. Sau programe care lucrează direct cu RS-232 și rezolvă problemele de coliziune. Aceste protocoale sunt denumite în mod obișnuit protocoale 485. Deși, de fapt, baza hardware a tuturor acestor protocoale este, desigur, RS-232. Oferă procesarea hardware a întregului flux de informații. Procesarea software a fluxului de date și rezolvarea problemelor cu coliziuni sunt gestionate de protocoale de nivel superior (Modbus, etc.) și software.
Să aruncăm o privire rapidă asupra acestor protocoale, deși nu au legătură cu standardul RS-485. De obicei, protocolul de nivel superior include un pachet, un cadru sau o organizare de cadru a schimbului. Adică, informațiile sunt transmise în părți completate logic. Fiecare cadru este în mod necesar marcat, adică începutul și sfârșitul acestuia sunt indicate prin caractere speciale. Fiecare cadru conține adresa dispozitivului, comanda, datele, suma de control, care sunt necesare pentru organizarea unui schimb multipunct. Pentru a evita coliziunile, se folosește de obicei schema „leading” (master) - „slave” (slave). „Maestrul” are dreptul de a comuta în mod independent driverul RS-485 în modul de transmisie, restul driverelor RS-485 funcționează în modul de primire și sunt numite „slave”. Pentru ca „sclavul” să înceapă să transmită date către linia de comunicație, „masterul” îi trimite o comandă specială care dă dispozitivului cu adresa specificată dreptul de a comuta șoferul în modul de transmisie pentru un anumit timp.
După ce a trimis o comandă de activare către „slave”, „masterul” își oprește transmițătorul și așteaptă un răspuns de la „slave” pentru o perioadă de timp numită „timeout”. Dacă în timpul expirării răspunsul de la „slave” nu este primit, atunci „liderul” ocupă din nou linia de comunicație. „Liderul” este de obicei un program instalat pe computer. Există, de asemenea, o organizare mai complexă a protocoalelor de pachete, care vă permite să trădați ciclic rolul de „master” de la dispozitiv la dispozitiv. De obicei, astfel de dispozitive sunt numite „lideri”, sau spun că dispozitivele transmit un „marker”. Deținerea unui „marker” face ca dispozitivul să fie „conducător”, dar va trebui să-l transfere pe un alt dispozitiv de rețea conform unui anumit algoritm. Practic, protocoalele de mai sus diferă în ceea ce privește acești algoritmi.
După cum vedem, protocoalele superioare au o organizare de pachete și sunt executate la nivel de software, permit rezolvarea problemei „coliziunilor” de date și organizarea multipunct a schimbului de date.
Multe companii produc transceiver RS485. De obicei sunt numite convertoare RS232 - RS485 sau convertoare RS232-RS485. Pentru implementarea acestor dispozitive, sunt produse microcircuite speciale. Rolul acestor microcircuite se reduce la conversia nivelurilor semnalelor RS232C la nivelul semnalelor RS485 (TTL / CMOS) și invers, precum și la asigurarea funcționării semi-duplex.
În funcție de metoda de trecere la modul de transmisie, dispozitivele se disting:
Comutare cu un semnal separat. Pentru a comuta la modul de transmisie, trebuie să setați un semnal activ pe o intrare separată. De obicei, acesta este semnalul RST (port COM). Aceste transceiver-uri sunt acum rare. Dar, cu toate acestea, uneori nu sunt interschimbabile. Să presupunem că trebuie să ascultați schimbul de date între controlorii echipamentelor industriale. În același timp, transceiver-ul dvs. nu ar trebui să intre în modul de transmisie, pentru a nu crea o coliziune în această rețea. Folosind transceiver-ul cu comutare automată nu este permis aici. Un exemplu de astfel de convertor este Aries AC3.
Cu comutare automată și fără verificarea stării liniei. Cele mai comune convertoare care comută automat atunci când la intrarea lor apare un semnal de informare. Cu toate acestea, ei nu controlează intensitatea liniei de comunicație. Aceste convertoare necesită o utilizare atentă din cauza potențialului mare de coliziuni. Un exemplu de convertor Aries AC3M.
Cu comutare automată și verificare a stării liniei. Cele mai avansate convertoare care pot transmite date în rețea doar dacă rețeaua nu este ocupată cu alte transceiver și există un semnal de informare la intrare.
Fig.4 Diagrama schematică a lui AC3 Berbec.
Figura 4 prezintă o diagramă schematică a convertorului AC3 Berbec. Acest convertor are un semnal separat pentru a activa modul de transfer de date. Semnalul de ieșire al portului COM RST este utilizat ca semnal de control. Dacă RST=1 (+12V), convertorul transmite date de la TD (port COM) la rețeaua RS485, dacă RST=0 (-12V), atunci datele sunt primite de la rețeaua RS-485 la intrarea RD (port COM). Convertorul funcționează dintr-o rețea industrială de curent alternativ cu o tensiune de 220 volți. Unitatea de alimentare a convertorului este realizată conform unui circuit de impulsuri bazat pe microcircuitul TOR232N (DA1). Sursa de alimentare oferă două tensiuni independente de +5V. Cipul MAX232N (DD1) este folosit pentru a recepționa și a converti semnale RS232 polarizate (±12V) în semnale TTL/CMOS unipolare (+5V). Acest microcircuit este interesant prin faptul că este alimentat de o tensiune unipolară de +5 V și are încorporate surse de tensiune care sunt necesare pentru a lucra cu semnale polare de ±12 V. Pentru funcționarea corectă a surselor de tensiune încorporate, sunt necesare condensatoarele C14, C15, C17, C18 sunt conectate la cipul MAX232N. În plus, microcircuitul are două convertoare de nivel de semnal RS-232C la TTL / CMOS în ambele direcții.
Scopul semnalelor:
RST - pentru a comuta convertorul în modul transmis/recepție
TD - transfer de date de la RS232 la RS485
RD - recepția datelor în RS232 de la RS485
În plus, semnalele RS232 convertite la nivelul TTL / CMOS sunt transmise optocuplelor 6N137, care asigură izolarea galvanică a semnalelor RS232 și RS485. Pentru a transmite/primi date pe partea interfeței RS485, se folosește cipul DS75176 (transceiver multipunct RS485). Acest microcircuit este alimentat de la o sursă separată de +5 V. Microcircuitul este un amplificator de semnal de nivel TTL / COMOS cu comutare a direcției de transfer. Ieșirile DS75176 sunt conectate la pinii A și B prin rezistențe de 100 ohmi, care asigură un curent de scurtcircuit A-B de 250mA. Puterea semnalului RS485 este de aproximativ 10 ori mai mare decât a semnalelor RS232. Acest microcircuit amplifică semnalul la puterea dorită și asigură funcționarea semi-duplex.
Rețeaua RS-485 este construită pe o schemă de magistrală serială (magistrală), adică dispozitivele din rețea sunt conectate în serie prin cabluri simetrice. În acest caz, capetele liniilor de comunicație trebuie să fie încărcate cu rezistențe de terminare - „terminatoare”, a căror valoare trebuie să fie egală cu rezistența de undă a cablului de comunicație.
Terminatorii îndeplinesc următoarele funcții:
Reduceți reflexia semnalului de la capătul liniei de comunicație.
Furnizați suficient curent prin întreaga linie de comunicație pentru a suprima zgomotul în modul comun cu cablul cu pereche răsucită.
Dacă distanța unui segment de rețea depășește 1200 m sau numărul de șoferi din segment este mai mare de 32, trebuie să utilizați un repetor pentru a crea următorul segment de rețea. În acest caz, fiecare segment de rețea trebuie să fie conectat la terminatoare. În acest caz, un segment de rețea este considerat a fi un cablu între un dispozitiv de margine și un repetor sau între două repetoare.
Standardul RS-485 nu specifică ce tip de cablu echilibrat trebuie utilizat, dar se folosește cablul de facto cu pereche răsucită cu o impedanță caracteristică de 120 ohmi.
Figura 6 Cablu industrial Belden 3106A pentru rețele RS485
Se recomandă utilizarea cablului industrial Belden3106A pentru pozarea rețelelor RS485. Acest cablu are o impedanță caracteristică de 120 ohmi și un ecran dublu pereche răsucită. Cablul Belden3106A conține 4 fire. Firele portocalii și albe sunt perechi răsucite ecranate simetrice. Firul albastru al cablului este folosit pentru a conecta sursele de alimentare cu potențial zero ale dispozitivelor din rețea și se numește „comun” (Common). Firul fără izolație este folosit pentru împământare mantaua cablului și se numește „drain” (Drain). În segmentul de rețea, firul de dren este împământat prin rezistența de pe șasiul dispozitivului, de la un capăt al segmentului, pentru a preveni trecerea curenților vagabonzi prin mantaua cablului, la potențiale diferite de împământare în puncte îndepărtate.
De obicei, terminatorul și rezistența de protecție a pământului sunt situate în interiorul dispozitivului. Trebuie să le conectați corect folosind jumperi sau comutatoare. Consultați documentația tehnică a producătorului dispozitivului pentru o descriere a acestor conexiuni.
Figura 7 Diagrama de cablare 1747-AIC (Allen Bradley)
Figura 7 prezintă conexiunile prin cablu la dispozitivele intermediare ale segmentului de rețea. Pentru primul instrument de pe segmentul de rețea DH-485, trebuie să instalați jumperul 5-6 (acesta conectează terminatorul de 120 ohmi care se află în interiorul instrumentului 1747-AIC) și jumperul 1-2 (conectează cablul de scurgere la șasiul instrumentului prin rezistență internă). Pentru ultimul dispozitiv din segmentul de rețea, trebuie doar să instalați jumperul 5-6 (conectați terminatorul)
Când se folosesc alte cabluri echilibrate, mai ales când impedanța lor caracteristică nu este cunoscută, dimensiunea terminatoarelor este selectată empiric. Pentru a face acest lucru, trebuie să instalați osciloscopul în mijlocul segmentului de rețea. Prin controlul formei impulsurilor dreptunghiulare transmise de unul dintre drivere, putem concluziona că este necesară ajustarea valorii rezistenței terminatorului.
Interfața RS-485 a devenit principala interfață fizică pentru rețelele industriale de date. Protocoale precum ModBus, ProfiBus DP, DCON, DH-485 funcționează pe stratul fizic RS-485.
Protocoalele industriale de transfer de date sunt adesea clasificate de producători. Informațiile despre un anumit protocol de comunicație trebuie colectate bit cu bit.
Un specialist care lucrează cu rețele industriale are nevoie de un program care să citească toate informațiile transmise în rețelele de informații. Secretele cheie ale protocoalelor industriale pot fi descoperite doar printr-o analiză cuprinzătoare a datelor transmise și primite. Programul ComRead v.2.0 este conceput pentru a salva și afișa datele și semnalele de serviciu transmise în rețelele de informații care funcționează conform RS-232, RS-485, Bell-202 etc. Programul nu numai că salvează toate informațiile, dar creează și o baza temporală de date și semnale de serviciu. Programul ComRead v.2.0 scanează canalul de informații fără a-i afecta funcționarea, adică funcționează în modul de ascultare a mediului de transmisie fizic. În plus, programul poate funcționa în modul de translator de semnal de date și serviciu. În același timp, devine o parte directă a canalului de comunicare informațională. Mai multe detalii despre program găsiți aici.
Capacitate de difuzare.
Conexiune multipunct.
Dezavantajele RS485
Consum mare de energie.
Lipsa semnalelor de serviciu.
Posibilitatea de coliziuni.
Standardul RS-485 a fost adoptat pentru prima dată de Electronic Industries Association. Astăzi el trece în revistă caracteristicile electrice ale diferitelor receptoare și transmițătoare care sunt utilizate în sistemele digitale echilibrate.
Care este acest standard?
RS-485 este numele unei interfețe binecunoscute care este utilizată activ în toate tipurile de sisteme de control al proceselor industriale pentru a conecta anumite controlere și multe alte dispozitive între ele. Principala diferență dintre această interfață și RS-232 este că implică combinarea mai multor tipuri de echipamente în același timp. Când se utilizează RS-485, comunicarea de mare viteză între mai multe dispozitive este garantată prin utilizarea unei singure linii de comunicație cu două fire în modul semi-duplex. Este implicat în industria modernă în crearea sistemelor de control al proceselor.
Raza de actiune si viteza
Cu ajutorul standardului prezentat este posibil să se realizeze transmiterea de informații la viteze de până la 10 Mbps. Trebuie remarcat faptul că, în acest caz, intervalul maxim posibil depinde direct de viteza de transmisie a datelor. Trebuie menționat că pentru a asigura viteza maximă, informațiile pot fi transmise nu mai mult de 120 de metri. În același timp, la o viteză de 100 kbps, datele sunt difuzate pe mai mult de 1200 de metri.
Numărul de dispozitive conectate
Numărul de dispozitive pe care interfața RS-485 le poate combina direct depinde de transceiver-urile implicate în ele. Fiecare transmițător oferă control specific a 32 de receptoare standard. Adevărat, ar trebui să știți că există receptoare cu o impedanță de intrare care este cu 50%, 25% sau mai puțin diferită de standard. Dacă utilizați acest echipament, numărul total de dispozitive crește corespunzător.
Conectori și protocoale
Cablul RS-485 nu este capabil să standardizeze niciun format specific de cadru de informații sau protocol de comunicare. De regulă, pentru traducere sunt folosite cadre similare cu cele utilizate de RS-232. Cu alte cuvinte, biți de date, biți de oprire și de pornire și un bit de paritate, dacă este necesar. În ceea ce privește funcționarea protocoalelor de schimb, în majoritatea sistemelor moderne aceasta se realizează după principiul „master-slave”. Aceasta înseamnă că un anumit dispozitiv din rețea acționează ca un maestru și inițiator al schimbului de solicitări de trimitere între dispozitivele slave, care diferă unele de altele prin adrese logice. Cel mai cunoscut protocol în prezent este Modbus RTU. Trebuie remarcat faptul că cablul RS-485 nu are un anumit tip de conector sau pinout. Cu alte cuvinte, există conectori terminali, DB9 și altele.
Conexiune
Adesea, folosind interfața prezentată, se întâlnește o rețea locală care combină simultan mai multe tipuri de transceiver. Când faceți o conexiune RS-485, este necesar să combinați corect circuitele de semnal între ele. De regulă, se numesc A și B. Astfel, inversarea polarității nu este de ce să vă faceți griji, doar dispozitivele conectate nu mai funcționează.
Când utilizați interfața RS-485, este necesar să luați în considerare anumite caracteristici ale funcționării acesteia. Astfel, recomandările sunt următoarele:
1. Mediul optim pentru difuzarea unui semnal este un cablu bazat pe o pereche torsadată.
2. Capetele cablului trebuie înfundate cu ajutorul unor rezistențe terminale specializate.
3. O rețea care utilizează standard sau USB RS-485 ar trebui să fie așezată fără pinteni într-o topologie de magistrală.
4. Dispozitivele trebuie conectate la cablu cu cabluri de cea mai scurtă lungime posibilă.
Coordonare
Cu ajutorul rezistențelor de terminare, standardul sau USB RS-485 garantează potrivirea completă a capătului deschis al cablului cu linia ulterioară. Acest lucru elimină complet posibilitatea reflectării semnalului. Rezistența nominală a rezistențelor asociate cu impedanța caracteristică a cablului și firelor bazate pe perechi răsucite, de regulă, este de aproximativ 100-120 ohmi. De exemplu, cablul UTP-5 cunoscut în prezent, care este adesea folosit în procesul de instalare Ethernet, are o impedanță caracteristică de 100 ohmi.
În ceea ce privește alte opțiuni de cablu, se poate aplica o evaluare diferită. Rezistoarele pot fi lipite pe pinii conectorului cablului din dispozitivele finale, dacă este necesar. Rareori, rezistențele sunt montate în echipamentul în sine, drept urmare trebuie instalate jumperi pentru a conecta rezistența. În acest caz, atunci când un dispozitiv este conectat, linia este nepotrivită. Pentru a asigura funcționarea normală a restului sistemului, va trebui să conectați o priză potrivită.
Nivelurile semnalului
Portul RS-485 adoptă o schemă de transmisie de date echilibrată. Cu alte cuvinte, nivelurile de tensiune pe circuitele de semnal A și B se schimbă în antifază. Cu ajutorul senzorului se asigura un nivel de semnal de 1,5 V, tinand cont de sarcina maxima. În plus, nu este furnizat mai mult de 6 V atunci când dispozitivul este la ralanti. Nivelul de tensiune este măsurat diferențial. La locația receptorului, nivelul minim al semnalului primit trebuie să fie de cel puțin 200 mV.
Părtinire
Când nu se observă niciun semnal pe circuitele de semnal, se aplică o ușoară polarizare. Oferă protecție pentru receptor în cazul unei alarme false. Experții recomandă să compensați puțin mai mult de 200 mV, deoarece această valoare este considerată a corespunde zonei de incertitudine a semnalului de intrare conform standardului. Într-o astfel de situație, circuitul A se apropie de polul pozitiv al sursei, iar circuitul B este tras la cel comun.
Exemplu
Pe baza polarizării necesare și a tensiunii de alimentare, se calculează valorile rezistenței. De exemplu, dacă doriți să obțineți un offset de 250 mV cu rezistențe de terminare, RT = 120 ohmi. Este de remarcat faptul că sursa are o tensiune de 12 V. Ținând cont de faptul că în acest caz două rezistențe sunt conectate în paralel și nu țin cont deloc de sarcina de la receptor, curentul de polarizare ajunge 0,0042. În același timp, rezistența totală a circuitului de polarizare este de 2857 ohmi. Rcm în acest caz va fi de aproximativ 1400 ohmi. Astfel, va trebui să alegeți cea mai apropiată denominație. Un exemplu va fi un rezistor de 1,5 kΩ. Este necesar pentru deplasare. În plus, se folosește un rezistor extern de 12 volți.
De asemenea, trebuie remarcat faptul că sistemul are o ieșire izolată a sursei de alimentare a controlerului, care este legătura principală în propriul său segment de circuit. Adevărat, există și alte opțiuni pentru efectuarea offset-ului, în care sunt implicate convertorul RS-485 și alte elemente, totuși, ar trebui să se țină cont de faptul că nodul care furnizează offset-ul se va opri uneori sau în cele din urmă va fi complet eliminat din rețea. . Când există un decalaj, se presupune că potențialul circuitului A la ralanti maxim este pozitiv în raport cu circuitul B. Acesta acționează ca un ghid atunci când echipamentele noi sunt conectate la cablu fără a utiliza marcaje de fir.
Conexiuni greșite și distorsiuni
Implementarea recomandărilor indicate mai sus face posibilă realizarea unei transmisii corecte a semnalelor electrice către diferite puncte ale rețelei atunci când se utilizează ca bază protocolul RS-485. Dacă cel puțin una dintre cerințe nu este îndeplinită, apare o distorsiune a semnalului. Cele mai vizibile distorsiuni apar atunci când rata de schimb de informații este peste 1 Mbps. Adevărat, nici la viteze mai mici nu este recomandat să neglijezi aceste sfaturi. Această regulă se aplică și în timpul funcționării normale a rețelei.
Cum se programeaza?
Atunci când programați diverse aplicații care funcționează cu dispozitive care utilizează splitter-ul RS-485 și alte dispozitive cu interfața prezentată, trebuie luate în considerare câteva puncte importante.
Înainte de a începe livrarea coletului, este imperativ să activați emițătorul. Este de remarcat faptul că, potrivit unor surse, emiterea poate fi efectuată imediat după activare. În ciuda acestui fapt, unii experți recomandă să faceți mai întâi o pauză, egală în timp cu viteza de difuzare a unui cadru. În acest caz, programul de recepție corect poate avea timp să identifice pe deplin erorile procesului tranzitoriu, care este capabil să efectueze procedura de normalizare și să se pregătească pentru următoarea recepție de date.
Când a fost emis ultimul octet de date, trebuie să faceți o pauză înainte de a opri dispozitivul RS-485. Acest lucru se datorează într-un anumit sens faptului că controlerul portului serial are adesea două registre în același timp. Prima este o intrare paralelă, este concepută pentru a primi informații. Al doilea este considerat o ieșire de schimbare, este folosit în scopul ieșirii secvențiale.
La transmiterea datelor de către controler, orice întreruperi este generată atunci când registrul de intrare este gol. Acest lucru se întâmplă atunci când informațiile au fost deja furnizate registrului de schimb, dar nu au fost încă emise. Acesta este și motivul pentru care, după terminarea difuzării, este necesar să se mențină o anumită pauză înainte de a opri transmițătorul. Ar trebui să fie cu aproximativ 0,5 biți mai lung decât cadrul în timp. Atunci când efectuați calcule mai precise, se recomandă să studiați mai detaliat documentația tehnică a controlerului portului serial care este utilizat.
Este posibil ca transmițătorul, receptorul și convertorul RS-485 să fie conectate la o linie comună. Astfel, receptorul propriu va începe să perceapă și transmisia efectuată de emițătorul propriu. Se întâmplă adesea ca în sistemele care se caracterizează prin acces aleatoriu la linie, această caracteristică să fie utilizată atunci când se verifică absența unei coliziuni între două transmițătoare.
Configurare format autobuz
Interfața prezentată are capacitatea de a combina dispozitive în format „autobuz”, atunci când toate echipamentele sunt conectate folosind o pereche de fire. Aceasta prevede că linia de comunicație trebuie în mod necesar să fie adaptată prin rezistențe de terminare a celor două capete. Pentru a asigura acest lucru, este necesar să instalați rezistențe care se caracterizează printr-o rezistență de 620 ohmi. Ele sunt întotdeauna montate pe primul și ultimul dispozitiv conectat la linie.
De regulă, dispozitivele moderne au o rezistență de terminare încorporată. Dacă este necesar, poate fi conectat la linie prin instalarea unui jumper special pe placa dispozitivului. Este de remarcat faptul că jumperii sunt instalați mai întâi în starea de livrare, așa că trebuie să le eliminați de pe toate dispozitivele, cu excepția primului și ultimului. De asemenea, trebuie remarcat faptul că în convertoarele repetoare ale modelului S2000-PI pentru o ieșire separată, rezistența de potrivire este activată folosind un comutator. În ceea ce privește dispozitivele S2000-KS și S2000-K, care se caracterizează printr-o rezistență de terminare încorporată, nu este necesar un jumper pentru a le conecta. Pentru a oferi o legătură lungă, este de dorit să se utilizeze repetoare-repetoare specializate, care sunt preechipate cu comutare complet automată a direcției de transmisie.
Configurație stea
Toți pintenii de pe linia RS-485 sunt considerați indezirabili, deoarece acest lucru ar duce la o distorsiune excesivă a semnalului. Deși, din punct de vedere al practicii, este posibil să se permită acest lucru atunci când există o lungime mică a ramurilor. Acest lucru nu necesită instalarea de rezistențe de terminare pe ramuri individuale.
În sistemul RS-485, unde controlul este asigurat cu ajutorul consolei, atunci când rezistențele și dispozitivele sunt conectate la aceeași linie, dar alimentate de surse diferite, este necesară combinarea circuitelor de 0 V ale tuturor dispozitivelor și a consolei pentru a realizează egalizarea potenţialelor lor. Când această cerință nu este îndeplinită, telecomanda poate avea o comunicare intermitentă cu dispozitivele. Când se utilizează un fir cu mai multe perechi răsucite, se poate folosi o pereche complet liberă pentru circuitul de egalizare a potențialului, dacă este necesar. În plus, este posibil să se utilizeze un cablu ecranat cu pereche răsucită dacă nu există o împământare a ecranului.
Ce ar trebui luat în considerare?
În cele mai multe cazuri, curentul care curge prin firul de egalizare a potențialului este considerat a fi destul de mic. Dacă dispozitivele de 0 V sau sursele de alimentare în sine sunt conectate la mai multe magistrale locale de masă, atunci diferența de potențial dintre diferitele circuite de 0 V poate ajunge la mai multe unități. Uneori, această valoare este la zeci de volți, iar curentul care circulă prin circuitul de egalizare a potențialului este destul de semnificativ. Adesea, acesta este motivul pentru care există o conexiune instabilă între telecomandă și dispozitive. Drept urmare, sunt chiar capabili să eșueze.
Astfel, este necesar să se excludă posibilitatea de împământare a circuitului de 0 V sau de a împământa acest circuit la un anumit punct. În plus, ar trebui luată în considerare posibilitatea unei relații între 0 V și circuitul de pământ de protecție, care este prezent în echipamentul utilizat în sistemul de alarmă. Trebuie remarcat faptul că la instalațiile în care un mediu electromagnetic relativ dificil este tipic, este posibil să vă conectați la această rețea folosind un cablu ecranat cu pereche răsucită. Rămâne de subliniat faptul că în această situație poate exista un domeniu de limitare mai mic, deoarece capacitatea firului este considerată a fi mai mare.
A face modele RS-485 subțiri este ușor dacă înțelegeți cum să mențineți o calitate bună a comunicațiilor în același timp. Acest articol acoperă faptele, miturile și glumele proaste de care trebuie să fii conștient pentru a atinge acest obiectiv.
În automatizarea industrială și sistemele de automatizare a clădirilor, un număr de dispozitive la distanță colectarea datelor, care transmit și primesc informații printr-un modul central care oferă acces la date utilizatorilor și altor procesatori. Înregistrările și cititoarele de date sunt tipice pentru astfel de aplicații. O linie de date aproape ideală în acest scop este definită de standardul RS-485, care conectează dispozitivele de achiziție de date cu cablu torsadat.
Deoarece multe dintre DAQ-urile RS-485 sunt dispozitive compacte, autonome, alimentate cu baterie, sunt necesare măsuri de reducere a consumului de energie pentru a le controla disiparea căldurii și pentru a prelungi durata de viață a bateriei. În mod similar, economiile de energie sunt importante pentru dispozitivele purtabile și alte aplicații care utilizează interfața RS-485 pentru a descărca date pe CPU.
Următoarea secțiune este destinată în primul rând celor care nu sunt familiarizați cu RS-485.
RS-485: istoric și descriere
Standardul RS-485 a fost dezvoltat în comun de două asociații de producători: Electronics Industries Association (EIA) și Telecommunications Industry Association (TIA). EIA și-a marcat odată toate standardele cu prefixul „RS” (Standard recomandat). Mulți ingineri continuă să folosească această denumire, cu toate acestea, EIA/TIA a înlocuit oficial „RS” cu „EIA/TIA” pentru a facilita identificarea originii standardelor lor. Astăzi, diverse extensii ale standardului RS-485 acoperă o mare varietate de aplicații.
Standardele RS-485 și RS-422 au multe în comun și, prin urmare, sunt adesea confundate. Tabelul 1 le compară. RS-485, care definește comunicarea semi-duplex bidirecțională, este singurul standard EIA/TIA care permite receptoare și drivere multiple în configurații de magistrală. EIA/TIA-422, pe de altă parte, definește un singur driver unidirecțional cu mai multe receptoare. Elementele RS-485 sunt compatibile și interschimbabile cu omologii lor RS-422, totuși driverele RS-422 nu ar trebui utilizate în sistemele bazate pe RS-485, deoarece nu pot renunța la controlul magistralei.
Tabelul 1. Standarde RS-485 și RS-422
| RS-422 | RS-485 | |
| Mod de lucru | Diferenţial | Diferenţial |
| Numărul permis de Tx și Rx | 1 Tx, 10 Rx | 32 Tx, 32 Rx |
| Lungimea maximă a cablului | 1200 m | 1200 m |
| Rata maximă de transfer de date | 10 Mbps | 10 Mbps |
| Interval minim de ieșire a driverului | ±2V | ± 1,5 V |
| Interval maxim de ieșire a driverului | ±5V | ±5V |
| Curent maxim de scurtcircuit al driverului | 150 mA | 250 mA |
| Rezistenta la sarcina Tx | 100 ohmi | 54 ohmi |
| Sensibilitate de intrare Rx | ± 200 mV | ± 200 mV |
| Impedanta maxima de intrare Rx | 4 kOhm | 12 kOhm |
| Gama de tensiune de intrare Rx | ±7V | -7 V până la +12 V |
| Rx logic un nivel | > 200 mV | > 200 mV |
| Nivel zero logic Rx | < 200 мВ | < 200 мВ |
Protecție ESD
Semnalizarea diferențială în sistemele RS-485 și RS-422 oferă o transmisie fiabilă a datelor în prezența zgomotului, iar intrările diferențiale ale receptorilor acestora pot respinge, de asemenea, tensiuni semnificative în mod comun. Cu toate acestea, trebuie luate măsuri suplimentare pentru a proteja împotriva nivelurilor semnificativ mai mari de tensiune asociate în mod obișnuit cu descărcările electrostatice (ESD).
Capacitatea încărcată a corpului uman permite unei persoane să distrugă un circuit integrat prin simpla atingere a acestuia. Un astfel de contact poate apărea cu ușurință la așezarea și conectarea unui cablu de interfață. Pentru a proteja împotriva unor astfel de efecte dăunătoare, cipurile de interfață MAXIM includ „structuri ESD”. Aceste structuri protejează ieșirile emițătorului și intrările receptorului în transceiver-urile RS-485 de la niveluri ESD de până la ±15kV.
Pentru a asigura protecția ESD revendicată, Maxim testează cablurile de alimentare pozitive și negative de mai multe ori în pași de 200 V pentru a verifica consistența nivelului de până la ± 15 kV. Dispozitivele din această clasă (care îndeplinesc modelul de corp uman sau specificațiile IEC 1000-4-2) sunt marcate cu un sufix suplimentar „E” în denumirea produsului.
Capacitatea de încărcare a unui driver RS-485/RS-422 este cuantificată în termeni de sarcină unitară, care la rândul său este definită ca impedanța de intrare a unui singur receptor RS-485 standard (12 kΩ). Astfel, un driver RS-485 standard poate conduce 32 de sarcini unitare (32 de sarcini paralele de 12 kΩ). Cu toate acestea, pentru unele receptoare RS-485, impedanța de intrare este mai mare - 48 kΩ (1/4 unitate de sarcină) sau chiar 96 kΩ (1/8 unitate de sarcină) - și, în consecință, 128 sau 256 de astfel de receptoare pot fi conectate la unul. autobuzul deodată.. Puteți conecta orice combinație de tipuri de receptor, atâta timp cât impedanța lor paralelă nu depășește 32 de unități de sarcină (adică, o impedanță totală de cel puțin 375 ohmi).
Consecințele vitezei mari
Transferurile mai rapide necesită rate mai mari de slew la ieșirea driverului, iar acestea produc, la rândul lor, niveluri mai ridicate de interferență electromagnetică (EMI). Unele transceiver-uri RS-485 minimizează EMI prin limitarea ratelor lor de slew. Ratele mai mici de slew ajută, de asemenea, la controlul reflexiilor cauzate de tranzitorii rapide, rate mari de date sau legături lungi. Cheia pentru minimizarea reflexiilor este utilizarea rezistențelor de terminare cu valori care se potrivesc cu impedanța caracteristică a cablului. Pentru cablurile RS-485 obișnuite (pereche răsucită 24AWG), aceasta înseamnă plasarea rezistențelor de 120 ohmi la ambele capete ale conexiunii.
Unde se duce toată puterea?
O sursă evidentă de pierdere de putere este curentul de repaus al transceiverului (IQ), care este mult redus la dispozitivele moderne. Tabelul 2 compară curenții de repaus ai transceiver-urilor CMOS de putere redusă cu standardul industrial 75176.
Tabelul 2. Comparația curenților de scurgere pentru diferite transceiver RS-485
O altă caracteristică de consum de energie a transceiver-urilor RS-485 apare atunci când nu există sarcină, ieșirea driverului este activată și este prezent un semnal de intrare periodic. Deoarece liniile deschise din RS-485 trebuie evitate în orice moment, driverele își „ciocanesc” structurile de ieșire de fiecare dată când ieșirea este comutată. Această pornire scurtă a ambelor tranzistoare de ieșire provoacă imediat o creștere a puterii. Un condensator de intrare suficient de mare atenuează aceste supratensiuni, producând un curent RMS care crește odată cu rata de date până la valoarea sa maximă. Pentru transceiverele MAX1483, acest maxim este de aproximativ 15 mA.
Conectarea unui transceiver RS-485 standard la o sarcină minimă (încă un transceiver, două rezistențe de terminare și două rezistențe de protecție) vă permite să măsurați dependența curentului de alimentare de rata de date în condiții mai realiste. Figura 2 arată ICC față de rata de transmisie pentru MAX1483 în următoarele condiții: rezistențe standard de 560 ohmi, 120 ohmi și 560 ohmi, VCC = 5V, DE = /RE\ = VCC și 300 m de cablu.
După cum puteți vedea din Figura 2, consumul de curent crește la aproximativ 37mA chiar și la rate de date extrem de scăzute; acest lucru este cauzat în primul rând de adăugarea de rezistențe de terminare și rezistențe de polarizare de protecție. Pentru aplicațiile cu putere redusă, acest lucru ar trebui să demonstreze importanța tipului de negociere utilizat, precum și modul în care se obține toleranța la erori. Toleranța la erori este discutată în secțiunea următoare și descriere detaliata acordul este disponibil în secțiunea „Glume rele de acord”.
toleranta la greseli
Cu tensiuni la intrările receptoarelor RS-485 în intervalul de la -200mV la +200mV, starea de ieșire rămâne nedefinită. Cu alte cuvinte, dacă tensiunea diferențială de pe partea RS-485 într-o configurație semi-duplex este 0V și niciun transceiver nu este pe linie (sau conexiunea este întreruptă), atunci unul logic și un zero logic la ieșire sunt egal. probabil. Pentru a oferi o anumită stare de ieșire în astfel de condiții, majoritatea transceiver-urilor moderne RS-485 necesită instalarea de rezistențe de polarizare de protecție: un rezistor pentru a seta nivelul inițial înalt (pullup) pe o linie (A) și nivelul scăzut (pulldown) pe cealaltă. (B), după cum se arată în figura 1. Din punct de vedere istoric, rezistențele de polarizare de siguranță din majoritatea circuitelor au fost specificate cu o valoare de 560 ohmi, totuși, pentru a reduce pierderea de putere (când terminarea se face doar la un capăt al conexiunii), această valoare poate fi mărită la aproximativ 1,1 kΩ. Unii dezvoltatori instalează rezistențe cu valori de la 1,1 kΩ la 2,2 kΩ la ambele capete. Aici trebuie să găsim un compromis între imunitatea la zgomot și consumul de energie.
Figura 1. Trei rezistențe externe formează circuitul de polarizare de terminare și de protecție pentru acest transceiver RS-485.
Figura 2. Curentul de alimentare al transceiver-ului MAX1483 față de rata de date.
Producătorii de transceiver RS-485 au eliminat anterior necesitatea rezistențelor de polarizare externe prin furnizarea de rezistențe interne de polarizare pozitivă la intrarea receptorului, dar această abordare a fost eficientă doar pentru rezolvarea problemei circuitului deschis. Rezistoarele de polarizare pozitivă utilizate în aceste receptoare pseudo-failsafe au fost prea slabe pentru a seta nivelul de ieșire al receptorului pe o magistrală potrivită. Alte încercări de a evita utilizarea rezistențelor externe prin schimbarea pragurilor receptorului la 0V și -0,5V au încălcat specificația RS-485.
Familia de transceiver-uri Maxim MAX3080 și MAX3471 a rezolvat ambele probleme, oferind un interval precis de sensibilitate de prag de la -50mV la -200mV, eliminând astfel nevoia de rezistențe de polarizare de siguranță, menținând în același timp conformitatea deplină cu standardul RS-485. Aceste circuite integrate asigură că 0V la intrarea receptorului va determina ieșirea să crească. Mai mult, acest design garantează o stare cunoscută a ieșirii receptorului atât pentru condițiile de linie închisă, cât și pentru cele întrerupte.
După cum se arată în Tabelul 2, transceiver-urile variază foarte mult în ceea ce privește valorile curentului de repaus. Așadar, primul pas în economisirea energiei ar trebui să fie alegerea unui dispozitiv cu consum redus, precum MAX3471 (2,8uA cu driverul dezactivat, până la 64Kbps). Deoarece consumul de energie crește semnificativ în timpul transferului de date, un alt obiectiv este acela de a minimiza timpul de funcționare al șoferilor prin transmiterea de telegrame scurte (blocuri de date, aprox. Lane) cu perioade lungi de așteptare între ei. Tabelul 3 prezintă structura unei telegrame tipice de transmisie în serie.
Tabelul 3. Telegramă serială
Un sistem bazat pe RS-485 care utilizează receptoare pe unitate de sarcină (până la 32 de dispozitive adresabile) poate avea, de exemplu, următorii biți: 5 biți de adresă, 8 biți de date, biți de pornire (toate cadrele), biți de oprire (toate cadrele), biți de paritate (opțional) și biți CRC (opțional). Lungimea minimă a telegramei pentru această configurație este de 20 de biți. Pentru transmisii securizate, trebuie să trimiteți informații suplimentare, cum ar fi dimensiunea datelor, adresa expeditorului și direcția, ceea ce va crește lungimea telegramei la 255 de octeți (2040 de biți).
Această modificare a lungimii telegramei, cu o structură definită de standarde precum X.25, asigură fiabilitatea datelor prin creșterea timpului de magistrală și a consumului de energie. De exemplu, transmiterea a 20 de biți la 200 kbps ar necesita 100 µs. Când utilizați MAX1483 pentru a trimite date în fiecare secundă la 200 Kbps, curentul mediu ar fi
(100 µs * 53 mA + (1 s - 100 µs) * 20 µA) / 1 s = 25,3 µA
Când transceiver-ul este în modul inactiv, driverul său ar trebui să fie dezactivat pentru a minimiza consumul de energie. Tabelul 4 arată efectul lungimii telegramei asupra consumului de energie al unui singur driver MAX1483 care rulează la intervale între transmisii. Utilizarea modului de oprire poate reduce și mai mult consumul de energie într-un sistem care utilizează tehnologia de sondare la intervale fixe sau intervale mai lungi, deterministe între transmisii.
Tabelul 4. Corelația dintre lungimea telegramei și consumul de curent la utilizarea driverului MAX1483
Pe lângă aceste considerente software, hardware-ul oferă mult spațiu de îmbunătățire în ceea ce privește consumul de energie. Figura 3 compară curentul absorbit de diferite transceiver atunci când transmite un semnal cu undă pătrată pe un cablu de 300 de metri cu drivere și receptoare active. 75ALS176 și MAX1483 utilizează terminarea standard de 560Ω/120Ω/560Ω la ambele capete ale conexiunii, în timp ce dispozitivele „adevărate sigure” (MAX3088 și MAX3471) au doar rezistențe de terminare de 120Ω la ambele capete ale magistralei. La 20 Kbps, consumul de curent variază de la 12,2 mA (MAX3471 cu VCC = 3,3 V) la 70 mA (75ALS176). Astfel, o reducere semnificativă a consumului are loc imediat de îndată ce selectați un dispozitiv de putere redusă cu proprietatea „adevărat de siguranță”, care, în plus, elimină nevoia de rezistențe de polarizare de protecție (la masă și la linia de alimentare VCC). ). Verificați dacă receptorul transceiver-ului RS-485 ales de dvs. emite nivelurile logice corecte atât pentru condițiile de circuit închis, cât și pentru cele deschise.
Figura 3. Cipurile transceiver diferă foarte mult în dependența consumului de curent de rata de date.
Glume rele de acord
După cum sa menționat mai sus, rezistențele de terminare elimină reflexiile cauzate de nepotrivirile de impedanță, dar dezavantajul lor este disiparea suplimentară a puterii. Efectul lor este prezentat în Tabelul 5, care listează consumul de curent pentru diferite transceiver-uri (cu driver activ) pentru nicio rezistență, numai pentru rezistențe de terminare și o combinație de rezistențe de polarizare de terminare și de siguranță.
Tabelul 5. Rezistoarele de terminare și de polarizare cresc consumul de curent
| MAX1483 | MAX3088 | MAX3471 | SN75ALS176 | |
| I VCC (fără RT) | 60 uA | 517 uA | 74 uA | 22 uA |
| I VCC (RT=120) | 24 uA | 22,5 uA | 19,5 uA | 48 uA |
| I VCC (RT = 560-120-560) | 42 uA | N / A | N / A | 70 uA |
Excepție de negociere
Prima modalitate de a reduce consumul de energie este eliminarea totală a rezistențelor de terminare. Această opțiune este posibilă numai pentru legăturile scurte și ratele scăzute de date, care permit ca reflexiile să se stabilească înainte ca datele să fie procesate de către receptor. După cum arată practica, potrivirea nu este necesară dacă timpul de creștere al semnalului este de cel puțin patru ori mai mare decât timpul de întârziere al semnalului unidirecțional prin cablu. Următorii pași folosesc această regulă pentru a calcula lungimea maximă admisă a unui cablu nepotrivit:
Astfel, MAX3471 poate oferi o calitate decentă a semnalului atunci când transmite și recepționează la 64 Kbps pe un cablu de 38 de metri fără rezistențe de terminare. Figura 4 arată economiile dramatice de energie realizate pe MAX3471 atunci când sunt utilizați 30 de metri de cablu fără rezistențe de terminare în loc de 300 de metri de cablu și 120 de rezistențe de terminare.
Figura 4. Rezistoarele de terminare - principalul consumator de energie.
Potrivire RC
La prima vedere, capacitatea unei terminații RC de a bloca DC este foarte promițătoare. Veți constata, însă, că această tehnică impune anumite condiții. Terminația constă dintr-un șir RC în serie în paralel cu intrările receptorului diferențial (A și B), așa cum se arată în Figura 5. Deși R este întotdeauna egal cu impedanța caracteristică a cablului (Z 0), alegerea lui C necesită o anumită considerație. O valoare mare a lui C oferă o potrivire bună, permițând oricărui semnal să vadă R care corespunde lui Z0, dar valorile mari cresc și curentul de vârf de ieșire al driverului. Din păcate, cablurile mai lungi necesită valori mai mari C. Articole întregi au fost dedicate determinării ratingului C pentru a realiza acest compromis. Puteți găsi ecuații detaliate pe acest subiect în manualele de la sfârșitul acestui articol.
Figura 5. Potrivirea RC reduce consumul, dar necesită o alegere atentă a valorii C.
Tensiunea medie a semnalului este un alt factor important care este adesea trecut cu vederea. Cu excepția cazului în care tensiunea medie a semnalului este echilibrată la curent continuu, efectul de trepte DC provoacă fluctuații semnificative din cauza unui efect cunoscut sub numele de „interferență intersimbol”. Pe scurt, terminarea RC este eficientă în reducerea consumului de energie, dar este predispusă la distrugerea calității semnalului. Deoarece potrivirea RC impune atât de multe restricții privind utilizarea sa, cea mai bună alternativă în multe cazuri este nici o potrivire.
Potrivire pe diode Schottky
Diodele Schottky oferă o metodă alternativă de terminare atunci când consumul mare de energie este o problemă. Spre deosebire de alte tipuri de potrivire, diodele Schottky nu încearcă să se potrivească cu impedanța caracteristică a magistralei. În schimb, pur și simplu suprimă vârfurile și vârfurile de pe marginile pulsului cauzate de reflexie. Ca rezultat, modificările de tensiune sunt limitate la tensiunea de prag pozitivă și zero.
Diodele Schottky risipesc puțină energie, deoarece conduc doar atunci când sunt prezente vârfuri pozitive și negative. Pe de altă parte, terminația rezistivă standard (cu sau fără rezistențe de polarizare de siguranță) disipează în mod constant puterea. Figura 6 ilustrează utilizarea diodelor Schottky pentru a combate reflexiile. Diodele Schottky nu asigură funcționare tolerantă la erori, cu toate acestea, nivelurile de tensiune de prag selectate în transceiver-urile MAX308X și MAX3471 fac posibilă implementarea funcționării tolerante la erori cu acest tip de potrivire.
Figura 6. În ciuda costului ridicat, circuitul de potrivire a diodei Schottky are multe avantaje.
Dioda Schottky, cea mai bună aproximare disponibilă pentru o diodă ideală (tensiune directă zero Vf, timp zero de pornire tON și timp zero de recuperare inversă trr), este de mare interes ca înlocuitor pentru rezistențele de terminare care consumă energie. Dezavantajul acestei potriviri în sistemele RS-485/RS-422 este că diodele Schottky nu pot suprima toate reflexiile. Odată ce semnalul reflectat scade sub tensiunea directă a diodei Schottky, energia acestuia rămâne neafectată de diodele terminale și persistă până când este disipată de cablu. Dacă această perturbare prelungită este semnificativă sau nu, depinde de mărimea semnalului de la intrările receptorului.
Principalul dezavantaj al terminatorului Schottky este costul acestuia. Un punct de terminare necesită două diode. Deoarece magistrala RS-485/RS-422 este diferențială, acest număr este din nou înmulțit cu doi (Figura 6). Utilizarea mai multor terminatoare Schottky pe un autobuz nu este neobișnuită.
Terminatoarele de diodă Schottky oferă multe beneficii pentru sistemele bazate pe RS-485/RS-422, iar economia de energie este principala (Figura 7). Nu este nevoie să calculați nimic, deoarece limitele specificate pentru lungimea cablului și rata de date vor fi atinse înaintea oricărei limite ale terminatorului Schottky. Un alt avantaj este acela că mai multe terminatoare Schottky pe diferite prize și intrări ale receptorului îmbunătățesc calitatea semnalului fără a încărca magistrala de comunicație.
Figura 7. Consumul de curent în sistemele RS-485 depinde foarte mult de rata de transmisie și tipul de terminare.
Rezumând
Când rata de date este mare și cablul este lung, este dificil să se obțină un consum ultra-scăzut în sistemul RS-485 (în originalul „putere puricilor” - „putere puricilor”, - Aprox. Lane), deoarece devine necesar pentru a instala dispozitive potrivite pe linia de comunicație (terminatori). În acest caz, transceiver-urile cu „imunitate reală la zgomot” de la ieșirile receptorului pot economisi energie chiar și atunci când sunt utilizate terminatoare, eliminând nevoia de rezistențe de polarizare de siguranță. Comunicarea software reduce, de asemenea, consumul de energie prin setarea transceiver-ului într-o stare dezactivată sau dezactivând driverul atunci când nu este utilizat.
Pentru viteze mai mici și cabluri mai scurte, diferența de consum de energie este uriașă: transferul de date la 60 kbps pe un cablu de 30 de metri folosind un transceiver standard SN75ALS176 cu rezistențe de terminare de 120 ohmi va necesita 70 mA de curent de la sistemul de alimentare. Pe de altă parte, utilizarea MAX3471 în aceleași condiții ar necesita doar 2,5 mA de la sursa de alimentare.
RS-485 este un standard care a fost adoptat pentru prima dată de Electronic Industries Association. Până în prezent, acest standard ia în considerare caracteristicile electrice ale diferitelor receptoare și transmițătoare utilizate în diferite sisteme digitale echilibrate.
Printre specialiști, RS-485 este numele unei interfețe destul de populare, care este utilizată în mod activ în diferite sisteme de control al proceselor industriale pentru a conecta mai multe controlere, precum și multe alte dispozitive între ele. Principala diferență dintre această interfață și RS-232, la fel de comun, este că asigură combinarea mai multor tipuri de echipamente în același timp.
Cu ajutorul RS-485, un schimb de informații de mare viteză între mai multe dispozitive printr-un singur linie cu două fire comunicare în mod semi-duplex. Este utilizat pe scară largă în industria modernă în procesul de formare a sistemelor de control al procesului.
Cu ajutorul acestui standard, informațiile sunt transmise la viteze de până la 10 Mbps, în timp ce intervalul maxim posibil va depinde direct de viteza cu care sunt transmise datele. Astfel, pentru a asigura viteza maximă, datele pot fi transmise nu mai departe de 120 de metri, în timp ce la o viteză de 100 kbps informațiile sunt difuzate pe mai mult de 1200 de metri.
Numărul de dispozitive pe care interfața RS-485 le poate combina va depinde direct de transceiver-urile utilizate în dispozitiv. Fiecare transmițător este proiectat să controleze simultan 32 de receptoare standard, cu toate acestea, trebuie să se înțeleagă că există receptoare a căror impedanță de intrare este de 50%, 25% sau chiar mai mică decât standardul, iar dacă se utilizează un astfel de echipament, numărul total de dispozitive va fi creste in consecinta.
Cablul RS-485 nu standardizează niciun format special de cadre de informații sau un protocol de schimb. În marea majoritate a cazurilor se folosesc exact aceleași cadre pe care le folosește RS-232, adică biți de date, biți de oprire și de pornire și un bit de paritate dacă este necesar.
Funcționarea protocoalelor de schimb în majoritatea sistemelor moderne se realizează conform principiului „master-slave”, adică un dispozitiv din rețea este master și ia inițiativa de a trimite cereri între toate dispozitivele slave care diferă ca adrese logice. Cel mai popular protocol astăzi este Modbus RTU.
Este de remarcat faptul că cablul RS-485 nu are nici un tip specific de conectori sau dezlipire, adică pot exista conectori terminali, DB9 și altele.
Cel mai adesea, folosind această interfață, există o rețea locală care combină mai multe transceiver în același timp.
Când conectați RS-485, trebuie să combinați corect circuitele de semnal, numite de obicei A și B. În acest caz, inversarea polarității nu este atât de teribilă, doar dispozitivele conectate nu vor funcționa.
Când utilizați interfața RS-485, ar trebui să luați în considerare câteva caracteristici ale funcționării acesteia:
Folosind rezistențe de terminare, standard sau USB RS-485 asigură potrivirea completă a capătului deschis al cablului cu linia ulterioară, eliminând complet posibilitatea reflectării semnalului.
Rezistența nominală a rezistențelor este corespunzătoare impedanței de undă a cablului și pentru acele cabluri bazate pe perechi răsucite, în majoritatea cazurilor este de aproximativ 100-120 ohmi. De exemplu, un cablu UTP-5 destul de popular astăzi, care este utilizat în mod activ în procesul de așezare Ethernet, are o impedanță caracteristică de 100 ohmi. Pentru alte opțiuni de cablu, poate fi utilizată o altă clasificare.
Rezistoarele, dacă este necesar, pot fi lipite pe contactele conectorilor cablurilor deja în dispozitivele finale. Rareori, rezistențele sunt instalate în dispozitivul însuși, drept urmare trebuie instalate jumperi pentru a conecta rezistența. În acest caz, dacă dispozitivul este oprit, linia este complet nepotrivită. Și pentru a asigura funcționarea normală a restului sistemului, trebuie să conectați o mufă potrivită.
Portul RS-485 utilizează o schemă de transmisie de date echilibrată, adică nivelurile de tensiune pe circuitele de semnal A și B se vor schimba în antifază.
Senzorul ar trebui să furnizeze un nivel de semnal de 1,5 V la sarcină maximă și nu mai mult de 6 V dacă dispozitivul este în gol. Nivelul de tensiune este măsurat diferențial, fiecare fir de semnal relativ la celălalt.
Acolo unde este amplasat receptorul, nivelul minim al semnalului primit ar trebui să fie, în orice caz, de cel puțin 200 mV.
În cazul în care nu există semnal pe circuitele de semnal, apare un ușor decalaj, care protejează receptorul de cazurile de funcționare falsă.
Experții recomandă un offset de puțin mai mult de 200 mV, deoarece această valoare corespunde zonei de incertitudine a semnalului de intrare conform standardului. În acest caz, circuitul A este tras la polul pozitiv al sursei, în timp ce circuitul B este tras la comun.
În conformitate cu decalajul necesar și tensiunea de alimentare, calculul este efectuat.De exemplu, dacă trebuie să obțineți un offset de 250 mV atunci când utilizați rezistențe terminale RT = 120 Ohm, în timp ce sursa are o tensiune de 12 V. Având în vedere că, în acest caz, două rezistențe sunt conectate în paralel și fără a ține cont de sarcina de pe partea receptorului, curentul de polarizare este de 0,0042 A, în timp ce rezistența totală a circuitului de polarizare este de 2857 ohmi. R cm în acest caz va fi de aproximativ 1400 ohmi, așa că trebuie să alegeți cea mai apropiată valoare.
Ca exemplu, va fi folosit un rezistor de polarizare de 1,5 kΩ, precum și un rezistor extern de 12 volți. În plus, în sistemul nostru există o ieșire izolată a sursei de alimentare a controlerului, care este veriga principală în segmentul său de circuit.
Desigur, există multe alte opțiuni pentru implementarea polarizării care utilizează un convertor RS-485 și alte elemente, dar, în orice caz, atunci când plasați circuite de polarizare, trebuie să țineți cont de faptul că nodul care îl va furniza se va opri periodic sau chiar și în cele din urmă poate fi eliminat complet din rețea.
Dacă este prezentă o polarizare, atunci potențialul circuitului A la ralanti maxim este pozitiv în raport cu circuitul B, ceea ce este o orientare dacă un dispozitiv nou este conectat la un cablu fără marcaje de fir.
Implementarea recomandărilor de mai sus vă permite să realizați transmisia normală a semnalelor electrice în diferite puncte din rețea, dacă se folosește ca bază protocolul RS-485. Dacă cel puțin una dintre cerințe nu este îndeplinită, va apărea distorsiunea semnalului. Cele mai vizibile distorsiuni încep să apară dacă rata de schimb de date depășește 1 Mbps, dar de fapt, chiar și în cazul vitezelor mai mici, este foarte recomandat să nu neglijezi recomandările indicate, chiar dacă rețeaua „funcționează deja normal”.
Atunci când programați diverse aplicații care funcționează cu dispozitive care utilizează splitter-ul RS-485 și alte dispozitive cu această interfață, există câteva puncte importante de luat în considerare. Să le enumerăm:
Această interfață oferă posibilitatea combinării dispozitivelor în format „autobuz”, atunci când toate dispozitivele sunt combinate folosind o singură pereche de fire. În acest caz, linia de comunicație trebuie în mod necesar să fie adaptată prin rezistențe de terminare a celor două capete.
Pentru a asigura potrivirea, în acest caz, sunt instalate rezistențe, caracterizate printr-o rezistență de 620 ohmi. Acestea sunt întotdeauna instalate pe primul și ultimul dispozitiv conectat la linie. În majoritatea predominantă a dispozitivelor moderne, există și o rezistență de terminare încorporată, care, dacă este necesar, poate fi conectată la linie prin instalarea unui jumper special pe placa dispozitivului.
Deoarece jumperii sunt instalați inițial în starea de livrare, trebuie mai întâi să le eliminați de pe toate dispozitivele, respectiv, cu excepția primului și ultimul conectat la linie. În convertoarele repetoare ale modelului S2000-PI, pentru fiecare ieșire individuală, rezistența de terminare este activată folosind un comutator, în timp ce dispozitivele S2000-KS și S2000-K sunt caracterizate printr-o rezistență de terminare încorporată, ca urmare a căreia nu este necesar un jumper pentru a-l conecta.
Pentru a asigura o linie de comunicație mai lungă, se recomandă utilizarea repetoare-repetoare specializate echipate cu comutare complet automată a sensului de transmisie.
Orice robinete din linia RS-485 sunt nedorite, deoarece în acest caz există o distorsiune destul de puternică a semnalului, dar din punct de vedere practic, acestea pot fi tolerate dacă există o lungime mică a robinetului. În acest caz, nu este necesară instalarea rezistențelor de terminare pe ramuri individuale.
Într-un sistem de distribuție RS-485 controlat de la o telecomandă, dacă aceasta din urmă și dispozitivele sunt conectate la aceeași linie, dar sunt alimentate de surse diferite, va fi necesară combinarea circuitelor de 0 V ale tuturor dispozitivelor și a telecomenzii în pentru a asigura egalizarea potenţială a acestora. Dacă această cerință nu este îndeplinită, atunci în acest caz telecomanda poate avea o conexiune instabilă cu dispozitivele. Dacă se folosește un cablu cu mai multe perechi de fire răsucite, atunci se poate folosi o pereche complet liberă pentru circuitul de egalizare a potențialului, dacă este necesar. Printre altele, este, de asemenea, posibilă utilizarea perechii răsucite ecranate în cazul în care nu există o împământare a scutului.
În majoritatea covârșitoare, curentul care trece prin firul de egalizare a potențialului este destul de mic, totuși, dacă dispozitivele de 0 V sau sursele de alimentare în sine sunt conectate la mai multe magistrale locale de masă, diferența de potențial dintre diferitele circuite de 0 V poate fi de mai multe unități, și în unele cazuri chiar zeci de volți, în timp ce curentul care curge prin circuitul de egalizare a potențialului poate fi destul de semnificativ. Tocmai acesta este motivul frecvent pentru care există o conexiune instabilă între telecomandă și dispozitive, în urma căreia acestea pot chiar eșua.
Din acest motiv, este necesar să se excludă posibilitatea de împământare a circuitului de 0 V sau, la maximum, împământarea acestui circuit la un anumit punct. De asemenea, trebuie luată în considerare posibilitatea unei relații între 0 V și circuitul de protecție de pământ prezent în echipamentul utilizat în sistemul de alarmă.
La instalațiile care se caracterizează printr-un mediu electromagnetic destul de dificil, este posibilă conectarea acestei rețele printr-un cablu ecranat cu pereche răsucită. În acest caz, poate fi prezentă o limită de distanță mai scurtă, deoarece capacitatea cablului este mai mare.
În aplicații industriale, fără fir linii de date nu poate înlocui niciodată complet cu fir. Printre acestea din urmă, cel mai comun și de încredere este încă Interfață serială
RS
-485
. Și producătorul celor mai protejate de influențele externe și variate în configurație și grad de integrare a transceiver-urilor pentru el, la rândul său, rămâne companiaMaxim
integrat
.
În ciuda creșterii popularității rețele fără fir, cea mai fiabilă și stabilă conexiune, mai ales în condiții grele de funcționare, este asigurată de cele cu fir. Rețelele cu fir proiectate corespunzător permit o comunicare eficientă în aplicațiile industriale și sistemele de control al proceselor industriale, oferind imunitate la interferențe, ESD și supratensiuni. Caracteristicile distinctive ale interfeței RS-485 au dus la utilizarea sa pe scară largă în industrie.
Transceiver-ul RS-485 este cea mai comună interfață de nivel fizic pentru implementarea rețelelor de date seriale pentru medii dure în aplicații industriale și de automatizare a clădirilor. Acest standard de interfață serială oferă comunicații de mare viteză pe distanțe relativ mari pe o singură linie diferențială (pereche răsucită). Principala problemă cu utilizarea RS-485 în industrie și în sistemele de automatizare a clădirilor este că tranzitorii electrici care apar în timpul comutării rapide a sarcinilor inductive, a descărcărilor electrostatice și a tensiunilor de supratensiune, care acționează asupra rețelelor de sisteme de control automate, pot distorsiona datele transmise. sau să le facă să eșueze.
În prezent, există mai multe tipuri de interfețe de transfer de date, fiecare dintre acestea fiind proiectată pentru aplicații specifice, ținând cont de setul necesar de parametri și de structura protocolului. Interfețele seriale includ CAN, RS-232, RS-485/RS-422, I 2 C, I 2 S, LIN, SPI și SMBus, dar RS-485 și RS-422 sunt încă cele mai fiabile, mai ales în condiții dure de operare .
Interfețele RS-485 și RS-422 sunt similare în multe privințe, cu toate acestea, au unele diferențe semnificative care trebuie luate în considerare la proiectarea sistemelor de transmisie a datelor. Conform standardului TIA/EIA-422, interfața RS-422 este specificată pentru aplicații industriale cu un master magistrală de date la care se pot conecta până la 10 slave (Figura 1). Oferă transmisie la viteze de până la 10 Mbps folosind pereche răsucită, ceea ce îmbunătățește imunitatea la zgomot și atinge cea mai mare rată posibilă de gamă și rată de transfer de date. Aplicațiile tipice pentru RS-422 sunt automatizarea proceselor (produse chimice, prelucrarea alimentelor, fabrici de hârtie), automatizarea integrată a fabricii (industriile auto și prelucrarea metalelor), sistemele de ventilație și aer condiționat, sistemele de securitate, controlul motoarelor și controlul mișcării obiectelor.
RS-485 oferă o flexibilitate mai mare, permițând mai multe mastere pe o magistrală comună și prin creșterea numărului maxim de dispozitive pe o magistrală de la 10 la 32. Conform standardului TIA/EIA-485, RS-485 are mai mult decât RS-422 interfață. o gamă largă de tensiune în modul comun (-7…12 V în loc de ± 7 V) și o gamă de tensiune diferențială puțin mai mică (± 1,5 V în loc de ± 2 V), care asigură un nivel suficient de semnal al receptorului la sarcina maximă a liniei. Folosind capacitățile avansate ale magistralei de date multidrop, puteți crea rețele de dispozitive conectate la acesta port serial RS-485. Datorită imunității sale ridicate la zgomot și capacității multidrop, RS-485 este cea mai bună interfață serială pentru utilizarea în sistemele industriale distribuite conectate la un controler logic programabil (PLC), un controler grafic (HMI) sau alte controlere de achiziție de date. Deoarece RS-485 este o extensie a RS-422, toate dispozitivele RS-422 se pot conecta la magistrala controlată de masterul RS-485. Aplicațiile tipice pentru RS-485 sunt similare cu cele pentru RS-422 enumerate mai sus, RS-485 fiind utilizat mai frecvent datorită capabilităților sale îmbunătățite.
Standardul TIA/EIA-485 permite utilizarea RS-485 la distanțe de până la 1200 m. La distanțe mai scurte, ratele de transfer de date sunt mai mari de 40 Mbps. Utilizarea unui semnal diferențial oferă interfeței RS-485 o gamă mai mare, dar rata de date scade pe măsură ce lungimea liniei crește. Aria secțiunii transversale a firelor liniei și numărul de dispozitive conectate la aceasta afectează, de asemenea, rata de transfer de date. Dacă trebuie să obțineți atât o rată lungă de acțiune, cât și o rată mare de date, este recomandat să utilizați transceiver RS-485 cu funcție de egalizare de înaltă frecvență încorporată, cum ar fi MAX3291. Interfața RS-485 poate fi utilizată în modul half-duplex folosind o pereche de fire răsucite, sau în modul full-duplex cu transmisie și recepție simultană a datelor, care este asigurată prin utilizarea a două perechi răsucite (patru fire). Într-o configurație semi-duplex multidrop, RS-485 este capabil să accepte până la 32 de transmițătoare și până la 32 de receptoare. Cu toate acestea, circuitele integrate transceiver de generație mai nouă au o impedanță de intrare mai mare, ceea ce reduce sarcina pe linia receptorului de la 1/4 la 1/8 din valoarea standard. De exemplu, folosind transceiver-ul MAX13448E, numărul de receptoare conectate la magistrala RS-485 poate fi crescut la 256. Cu interfața avansată RS-485 multidrop, este posibilă conectarea în rețea a diferitelor dispozitive conectate la un singur port serial, așa cum se arată în figura 2.
Sensibilitatea receptorului este de ±200 mV. Prin urmare, pentru a recunoaște un bit de date, nivelurile semnalului la punctul de conectare al receptorului trebuie să fie mai mari de +200 mV pentru zero și mai mici de -200 mV pentru unul (Figura 3). În acest caz, receptorul va suprima interferențele, al căror nivel se află în intervalul de ± 200 mV. Linia diferențială oferă, de asemenea, respingere eficientă a modului comun. Impedanța minimă de intrare a receptorului este de 12 kOhm, tensiunea de ieșire a transmițătorului este în intervalul ± 1,5 ... ± 5 V.
Proiectanții sistemelor industriale se confruntă cu provocările de a-și asigura funcționarea fiabilă în medii electromagnetice care pot distruge echipamentele sau pot perturba sistemele de comunicații digitale. Un exemplu sisteme similare este control automat echipamente tehnologiceîntr-o uzină industrială automatizată. Controlerul care controlează procesul măsoară parametrii acestuia, precum și parametrii de mediu și transmite comenzi către actuatoare sau generează alerte de urgență. Controlerele industriale sunt, de regulă, dispozitive cu microprocesor, a căror arhitectură este optimizată pentru rezolvarea problemelor unei întreprinderi industriale date. Legăturile de date punct la punct în astfel de sisteme sunt supuse unor interferențe electromagnetice puternice din mediu.
Convertoarele DC/DC utilizate în aplicațiile industriale funcționează la tensiuni de intrare ridicate și furnizează tensiuni izolate de la intrare pentru a alimenta sarcina. Dispozitivele de sistem distribuite care nu au o sursă de alimentare proprie sunt alimentate la 24 sau 48 V DC. Terminația este alimentată la 12 sau 5 V, obținută prin conversia tensiunii de intrare. Sistemele care comunică cu senzori sau actuatori la distanță necesită protecție tranzitorie, EMI și potențial de masă.
Multe companii, cum ar fi Maxim Integrated, fac eforturi mari pentru a se asigura că circuitele integrate pentru aplicații industriale sunt foarte fiabile și rezistente la medii electromagnetice dure. Transceiver-urile RS-485 de la Maxim conțin încorporate circuite ESD de înaltă tensiune și protecție la supratensiune și sunt interschimbabile la cald, fără pierderi de date pe linie.
Descărcarea electrostatică (ESD) apare atunci când două materiale încărcate opus vin în contact, ducând la transferul sarcinilor statice și formarea unei descărcări de scânteie. ESD apare adesea atunci când oamenii vin în contact cu obiectele din jurul lor. Descărcările de scânteie care apar în timpul manipulării neglijente a dispozitivelor semiconductoare pot degrada semnificativ performanța acestora sau pot duce la distrugerea completă a structurii semiconductoare. ESD poate apărea, de exemplu, la schimbarea unui cablu sau pur și simplu atingerea unui port I/O și poate cauza oprirea portului din cauza defecțiunii unuia sau mai multor cipuri de interfață (Figura 4).
Astfel de accidente pot duce la pierderi semnificative, deoarece cresc costul reparațiilor în garanție și sunt percepute de consumatori ca o consecință. De calitate inferioară produs. În producția industrială, ESD este o problemă serioasă care poate provoca pierderi de miliarde de dolari anual. În condiții reale de funcționare, ESD poate duce la defectarea componentelor individuale și, uneori, a întregului sistem. Diodele externe pot fi folosite pentru a proteja interfețele de date, cu toate acestea, unele CI de interfață conțin componente de protecție ESD încorporate și nu necesită circuite suplimentare de protecție externă. Figura 5 prezintă o diagramă funcțională simplificată a unui circuit tipic de protecție ESD încorporat. Tranzitorii din linia de semnal sunt limitate de circuitul de protecție a diodei la nivelurile de tensiune de alimentare V CC și masă și astfel protejează partea internă a circuitului de deteriorare. Cipurile de interfață și comutatoarele analogice fabricate în prezent cu protecție ESD încorporată respectă în principal standardul IEC 61000-4-2.
Maxim Integrated a investit masiv în circuite integrate cu protecție ESD robustă încorporată și este acum lider în transceiver-uri RS-232 până la RS-485. Aceste dispozitive rezistă la impulsuri de testare ESD conforme IEC (IEC) 61000-4-2 și JEDEC JS-001 aplicate direct la porturile I/O. Soluțiile ESD de la Maxim sunt fiabile, accesibile, fără componente externe suplimentare și mai puțin costisitoare decât majoritatea colegilor lor. Toate cipurile de interfață fabricate de această companie conțin elemente încorporate care protejează fiecare ieșire de ESD care apare în timpul producției și al funcționării. Familia de transceiver MAX3483AE / MAX3485AE oferă protecție pentru ieșirile transmițătorului și intrările receptorului de supratensiuni de înaltă tensiune de până la ±20 kV. În același timp, se menține modul normal de funcționare al produselor, nu este nevoie să opriți și apoi să reporniți alimentarea. În plus, funcțiile de protecție ESD încorporate asigură pornirea, oprirea și funcționarea în standby la consum redus.
În aplicațiile industriale, intrările și ieșirile driverelor RS-485 sunt predispuse la defecțiuni din cauza supratensiunilor. Parametrii de supratensiune sunt diferiți de ESD - în timp ce durata ESD este de obicei în intervalul de până la 100 ns, tensiunile de supratensiune pot fi de 200 µs sau mai mult. Tensiunile de supratensiune pot fi cauzate de erori de cablare, conexiuni proaste, cabluri deteriorate sau defecte și căderi de lipire care pot forma o conexiune conductivă între liniile de alimentare și de semnal de pe placă de circuit imprimat sau într-un slot. Deoarece sistemele de alimentare industriale folosesc tensiuni care depășesc 24 V, expunerea la astfel de tensiuni pe transceiver-urile standard RS-485 care nu au protecție la supratensiune le va face să se defecteze în câteva minute sau chiar secunde. Pentru a proteja împotriva supratensiunilor, cipurile convenționale de interfață RS-485 necesită dispozitive externe scumpe realizate pe componente discrete. Transceiverele RS-485 cu protecție la supratensiune încorporată sunt capabile să reziste la zgomot în mod comun de până la ±40, ±60 și ±80 V pe linia de date și ies până la ±80 V față de masă. Elementele de protecție funcționează indiferent de starea actuală a cipul - indiferent dacă este pornit, oprit sau în modul standby - făcând aceste transceiver-uri cele mai fiabile din industrie, ideale pentru aplicații industriale. Transceiver-urile Maxim supraviețuiesc supratensiunilor cauzate de scurtcircuitarea liniilor de alimentare și semnal, erori de cablare, conectori conectați greșit, cabluri defecte și abuz.
O caracteristică importantă a cipurilor de interfață RS-485 este imunitatea receptoarelor la stări de linie nedefinite, care garantează setarea unui nivel logic ridicat la ieșirea receptorului atunci când intrările sunt deschise sau închise, precum și atunci când toate emițătoarele sunt conectate la linia intră în modul inactiv (starea de înaltă impedanță a ieșirilor). Problema percepției corecte de către receptor a semnalelor unei linii de date închise este rezolvată prin deplasarea pragurilor semnalului de intrare la tensiuni negative de -50 și -200 mV. Dacă tensiunea diferenţială de intrare a receptorului V A - V B este mai mare sau egală cu -50 mV, ieşirea R 0 este setată la un nivel ridicat. Dacă V A - V B este mai mic sau egal cu -200 mV - ieșirea R 0 este setată la un nivel scăzut. Când toate transmițătoarele intră în stare de repaus și linia este terminată, tensiunea diferenţială de intrare a receptorului este aproape de zero, drept urmare ieșirea receptorului devine ridicată. În acest caz, marja de imunitate la zgomot la intrare este de 50 mV. Spre deosebire de transceiverele din generația anterioară, pragurile -50 și -200 mV corespund valorilor de ±200 mV specificate de standardul EIA/TIA-485.
.jpg)
