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 네트워크를 통해 다음을 구현할 수 있습니다. 효과적인 의사 소통산업 응용 및 시스템에서 자동 제어산업 공정, 간섭, 정전기 방전 및 과전압에 대한 저항을 제공합니다. RS-485 인터페이스의 독특한 기능으로 인해 업계에서 널리 사용되었습니다.

RS-485 및 RS-422 인터페이스 비교

RS-485 트랜시버는 산업 및 빌딩 자동화 애플리케이션의 열악한 환경을 위한 직렬 데이터 네트워크를 구현하기 위한 가장 일반적인 물리 계층 인터페이스입니다. 이 표준 직렬 인터페이스단일 차동 라인(연선)을 통해 비교적 장거리에 걸쳐 고속 데이터 교환을 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 신호를 왜곡할 수 있다는 것입니다. 데이터 또는 실패의 원인이 됩니다.

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 환경에서 여전히 가장 안정적입니다. 정황.

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 따라 RS-422 인터페이스는 최대 10개의 슬레이브를 연결할 수 있는 하나의 데이터 버스 마스터가 있는 산업용 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 산업 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)와 최대 라인 부하에서 충분한 수신기 신호 레벨을 제공하는 약간 더 작은 차동 전압 범위(±2V 대신 ±1.5V). 멀티드롭 데이터 버스의 고급 기능을 사용하여 단일 RS-485 직렬 포트에 연결된 장치 네트워크를 만들 수 있습니다. 높은 노이즈 내성과 멀티드롭 기능으로 인해 RS-485는 프로그래머블 네트워크에 연결된 산업용 분산 시스템에 사용하기 위한 최고의 직렬 인터페이스입니다. 로직 컨트롤러(PLC), 그래픽 컨트롤러(HMI) 또는 기타 데이터 수집 컨트롤러. 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.

RS-485는 가장 널리 사용되는 산업용 인터페이스입니다.

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. 장거리 및 높은 데이터 전송률을 모두 달성해야 하는 경우 MAX3291과 같은 내장형 고주파 이퀄라이제이션 기능이 있는 RS-485 트랜시버를 사용하는 것이 좋습니다. RS-485 인터페이스는 단일 연선을 사용하여 반이중 모드로 사용하거나 데이터를 동시에 전송 및 수신하는 전이중 모드에서 사용할 수 있습니다. 꼬인 쌍(4개의 전선). 멀티드롭 반이중 구성에서 RS-485는 최대 32개의 송신기와 최대 32개의 수신기를 지원할 수 있습니다. 그러나 최신 세대의 트랜시버 IC는 입력 임피던스가 더 높기 때문에 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 환경에서 직렬 인터페이스 사용과 관련된 문제

산업 시스템 설계자는 장비를 파괴하거나 작동을 방해할 수 있는 전자기 환경에서 안정적인 작동을 보장해야 하는 복잡한 문제에 직면해 있습니다. 디지털 시스템데이터 전송. 그러한 시스템의 한 예는 자동 제어자동화된 산업 기업의 기술 장비. 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 받기 쉽습니다.

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 애플리케이션을 위한 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 핫스왑이 가능합니다.

불리한 외부 영향으로부터 데이터 전송 시스템 보호

향상된 ESD 보호

정전기 방전(ESD)은 반대 전하를 띤 두 물질이 접촉할 때 발생하며, 그 결과 정전기가 이동하고 스파크 방전이 형성됩니다. ESD는 사람들이 주변의 물체와 접촉할 때 종종 발생합니다. 반도체 장치를 부주의하게 취급하는 동안 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 소비자에게 불량 제품 품질의 결과로 인식되기 때문에 상당한 손실로 이어질 수 있습니다. 산업 생산에서 ESD는 연간 수십억 달러의 손실을 초래할 수 있는 심각한 문제입니다. 실제 작동 조건에서 ESD는 고장으로 이어질 수 있습니다. 개별 구성 요소때로는 전체 시스템. 외부 다이오드를 사용하여 데이터 인터페이스를 보호할 수 있지만 일부 인터페이스 IC에는 ESD 보호 부품이 내장되어 있어 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 생산되는 인터페이스 칩과 아날로그 스위치내장형 ESD 보호 기능은 기본적으로 IEC 61000-4-2 표준을 준수합니다.

Maxim Integrated는 강력한 내장형 ESD 보호 기능이 있는 IC에 막대한 투자를 했으며 현재 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.

서지 보호

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. 때문에 산업 시스템 24V를 초과하는 전압이 사용되는 경우 서지 보호 기능이 없는 표준 RS-485 트랜시버에서 이러한 전압에 노출되면 몇 분 또는 몇 초 이내에 고장이 발생합니다. 서지 보호를 위해 기존 RS-485 인터페이스 칩에는 고가의 외부 장치개별 구성 요소에서 수행됩니다. 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, 잘못된 연결커넥터, 결함 케이블 및 부적절한 작동.

불확실한 회선 상태에 대한 수신기의 복원력

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 레벨의 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 - V B의 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.

핫 스왑 가능

문학

  1. 애플리케이션 노트 4491, "번개나 불꽃으로 인한 피해 - 키에 따라 다릅니다!";
  2. 애플리케이션 노트 5260, "가혹한 산업 환경을 위한 설계 고려 사항";
  3. 애플리케이션 노트 639, Maxim은 ESD 보호 분야를 선도합니다.

RS-485는 전자산업협회에서 처음으로 채택한 표준입니다. 현재까지 이 표준은 다양한 평형 디지털 시스템에 사용되는 다양한 수신기 및 송신기의 전기적 특성을 고려합니다.

그는 무엇을 나타냅니까?

전문가들 사이에서 RS-485는 다양한 산업 공정 제어 시스템에서 활발히 사용되어 여러 컨트롤러와 다른 많은 장치를 서로 연결하는 데 널리 사용되는 인터페이스의 이름입니다. 이 인터페이스와 동일하게 일반적인 RS-232의 주요 차이점은 여러 유형의 장비를 동시에 조합할 수 있다는 것입니다.

RS-485의 도움으로 반이중 모드에서 단일 2선 통신 회선을 통해 여러 장치 간의 고속 정보 교환이 제공됩니다. 그것은 공정 제어 시스템을 형성하는 과정에서 현대 산업에서 널리 사용됩니다.

범위 및 속도

도움으로 이 표준정보는 최대 10Mbps의 속도로 전송되지만 가능한 최대 범위는 데이터가 전송되는 속도에 직접적으로 의존합니다. 따라서 최대 속도를 보장하기 위해 데이터는 120미터 이상 전송될 수 없으며 100kbps 속도로 정보는 1200미터 이상에서 방송됩니다.

연결된 장치 수

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.

커넥터 및 프로토콜

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 교환 프로토콜 작업 현대 시스템이는 "마스터-슬레이브" 원칙에 따라 수행됩니다. 즉, 네트워크의 일부 장치가 마스터이고 논리 주소가 다른 모든 슬레이브 장치 간에 전송 요청을 교환하는 데 주도권을 가집니다. 오늘날 가장 인기 있는 프로토콜은 Modbus RTU입니다.

RS-485 케이블에는 특정 유형의 커넥터 또는 디솔더링이 없습니다. 즉, 터미널 커넥터, DB9 등이 있을 수 있습니다.

연결

이 인터페이스의 가장 일반적인 용도는 로컬 네트워크, 동시에 여러 트랜시버를 결합합니다.

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.

  • 신호 전송에 가장 적합한 매체는 트위스트 페어 케이블입니다.
  • 케이블의 끝은 특수 종단 저항으로 종단되어야 합니다.
  • 표준 또는 USB RS-485를 사용하는 네트워크는 스퍼 없이 실행되어야 합니다.
  • 장치는 가능한 한 짧은 길이로 연결해야 합니다.

조정

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 페어 기반 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 저항이 장치 자체에 설치되어 있으므로 저항을 연결하려면 점퍼를 설치해야 합니다. 이 경우 장치가 꺼져 있으면 회선이 완전히 일치하지 않습니다. 그리고 나머지 시스템이 정상적으로 작동하려면 일치하는 플러그를 연결해야 합니다.

신호 레벨

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.

편견

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.

예시

필요한 오프셋과 전원 공급 장치의 전압에 따라 계산이 수행됩니다.예를 들어, 소스의 전압이 12인 동안 종단 저항을 사용할 때 250mV의 오프셋을 얻어야 하는 경우 R T = 120 Ohm V. 이 경우 두 개의 저항이 서로 병렬로 연결되고 수신기 측의 부하를 전혀 고려하지 않은 것을 고려하면 바이어스 전류는 0.0042A이고 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 사용하는 바이어스를 구현하기 위한 다른 많은 옵션이 있지만 어떤 경우에도 바이어스 회로를 배치할 때 이를 제공할 노드가 주기적으로 꺼지거나 결국 네트워크에서 완전히 제거될 수도 있습니다.

바이어스가 존재하는 경우 완전 유휴 상태에서 회로 A의 전위는 회로 B와 관련하여 양수이며, 이는 새 장치가 와이어 표시 없이 케이블에 연결되는 경우 지침입니다.

오배선 및 왜곡

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.

프로그래밍하는 방법?

프로그래밍 중 다양한 응용 RS-485 스플리터를 사용하는 장치 및 이 인터페이스가 있는 다른 장치로 작업하려면 몇 가지 사항을 고려해야 합니다. 중요한 포인트. 다음과 같이 나열해 보겠습니다.

  • 소포 배달이 시작되기 전에 송신기를 활성화해야 합니다. 특정 출처에 따르면 전원을 켠 직후 발행이 수행될 수 있다는 사실에도 불구하고 일부 전문가는 처음에는 일시 중지를 유지하는 것이 좋습니다. 이 일시 중지는 시간이 지나면 한 프레임의 전송 속도와 같습니다. 이 경우 올바른 수신 프로그램은 과도 프로세스의 오류를 완전히 결정하고 정규화 절차를 수행하며 후속 데이터 수신을 준비할 시간을 갖습니다.
  • 데이터의 마지막 바이트가 발행된 후 RS-485 장치를 끄기 전에 일시 중지하는 것이 좋습니다. 특히 이것은 직렬 포트 컨트롤러가 종종 두 개의 레지스터를 동시에 가지고 있기 때문입니다. 첫 번째는 병렬 입력이고 데이터 수신용이고 두 번째는 시프트 출력이고 직렬 출력에 사용됩니다. 정보가 이미 시프트 레지스터에 제공되었지만 아직 발행되지 않은 경우 입력 레지스터가 비어 있으면 모든 컨트롤러 전송 인터럽트가 생성됩니다. 이러한 이유로 방송이 중단된 후 송신기를 끄기 전에 프레임보다 약 0.5비트 더 길어야 하는 특정 일시 중지를 유지해야 합니다. 보다 정확한 계산을 위해서는 사용된 직렬 포트 컨트롤러의 기술 문서를 자세히 연구하는 것이 좋습니다.
  • 송신기, 수신기 및 RS-485 변환기가 단일 회선에 연결되어 있으므로 자체 수신기도 자체 송신기의 전송을 수락합니다. 회선에 대한 임의 액세스가 특징인 시스템에서 이 기능은 두 송신기 간의 충돌이 없는지 확인하는 과정에서 사용되는 경우가 많습니다. 에 표준 시스템"마스터-슬레이브" 원칙에 따라 작동하려면 전송 중에 수신기에서 인터럽트를 완전히 닫는 것이 좋습니다.

버스 형식 구성

이 인터페이스는 모든 장치가 한 쌍의 와이어를 사용하여 결합될 때 "버스" 형식으로 장치를 결합할 수 있는 가능성을 제공합니다. 이 경우 통신선은 반드시 양단의 종단저항에 의해 정합되어야 합니다.

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.

보다 긴 통신회선을 제공하기 위해서는 전용 중계기-중계기 사용을 권장합니다. 자동 전환전송 방향.

별 구성

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 별도의 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. 만약 이 요구 사항이 경우 리모컨이 장치와 불안정하게 연결될 수 있습니다. 여러 개의 꼬인 전선이 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.

무엇을 고려해야합니까?

압도적 다수에서 전위 균등화 와이어를 통과하는 전류는 매우 작지만 0V 장치 또는 전원 공급 장치 자체가 여러 로컬 접지 버스에 연결되면 서로 다른 0V 회로 간의 전위차가 여러 장치가 될 수 있습니다. 어떤 경우에는 수십 볼트까지 발생하지만 전위 균등화 회로를 통해 흐르는 전류는 상당히 중요할 수 있습니다. 이것이 무엇인가 일반적인 원인리모콘과 장치 사이의 연결이 불안정하여 실패할 수도 있다는 사실.

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.

에 현대 기술사이의 정보 교환 다양한 장치. 그리고 이를 위해서는 킬로미터 단위로 단거리와 장거리 모두에서 데이터를 전송해야 합니다. 이러한 유형의 데이터 전송 중 하나는 RS-485 인터페이스를 통한 장치 간의 통신입니다.

RS 485를 통해 데이터를 전송해야 하는 경우.

데이터 교환을 위해 장치를 사용하는 가장 일반적인 예 중 하나는 다음과 같습니다. 단일 네트워크로 결합된 전기 계량기는 서로 상당한 거리에 있는 캐비닛, 개폐 장치 셀 및 변전소에 분산되어 있습니다. 이 경우 인터페이스는 하나 이상의 측정 장치에서 데이터를 보내는 데 사용됩니다.

"1미터-1 모뎀" 시스템은 개인 주택 및 소규모 기업의 계량 스테이션에서 에너지 판매 회사의 서비스로 데이터를 전송하기 위해 적극적으로 구현되고 있습니다.

또 다른 예: 마이크로프로세서 릴레이 보호 터미널에서 실시간으로 데이터를 수신하고 변경을 위해 중앙 집중식으로 액세스합니다. 터미널이 같은 방식으로 통신 인터페이스를 통해 묶인 이유와 그 데이터는 디스패처에 설치된 컴퓨터로 전송됩니다. 보호 트립이 발생한 경우 운영 요원은 조치 장소와 전원 회로 손상의 특성에 대한 정보를 즉시 얻을 수 있습니다.

그러나 대부분의 어려운 과업, 통신 인터페이스로 해결되는 것은 복잡한 생산 공정을 위한 중앙 집중식 제어 시스템인 자동화된 공정 제어 시스템입니다. 산업 플랜트의 운영자는 책상 위에 컴퓨터를 가지고 있으며 디스플레이에서 온도, 생산성, 켜기 및 끄기 장치, 작동 모드와 같은 프로세스의 현재 상태를 볼 수 있습니다. 그리고 마우스의 가벼운 클릭으로 이 모든 것을 관리할 수 있는 기능이 있습니다.

반면에 컴퓨터는 컨트롤러와 통신합니다. 즉, 센서의 명령을 기계가 이해할 수 있는 언어로 변환하고 역변환: 기계어에서 제어 명령으로 변환하는 장치입니다. 컨트롤러와의 통신은 물론 서로 다른 컨트롤러 간의 통신은 통신 인터페이스를 통해 수행됩니다.


 RS-232 인터페이스는 RS 485의 동생입니다.

직렬이라고도하는 RS-232 인터페이스는 적어도 간략하게 언급하지 않을 수 없습니다. 일부 랩탑에는 해당 포트에 대한 커넥터가 있고 일부 디지털 장치(동일한 릴레이 보호 단자)에는 RS-232를 사용하여 통신하기 위한 출력이 장착되어 있습니다.

정보를 교환하려면 정보를 주고 받을 수 있어야 합니다. 이를 위한 송신기와 수신기가 있습니다. 그들은 모든 장치에 있습니다. 또한 한 장치(TX)의 송신기 출력은 다른 장치(RX)의 수신기 입력에 연결됩니다. 따라서 신호는 동일한 방식으로 다른 도체를 따라 반대 방향으로 이동합니다.

이것은 반이중 통신 모드를 제공합니다. 즉, 수신기와 송신기가 동시에 작동할 수 있습니다. RS-232 케이블의 데이터는 한 방향과 다른 방향으로 동시에 이동할 수 있습니다.

이 인터페이스의 단점은 낮은 노이즈 내성입니다. 이는 수신 및 전송 모두를 위한 연결 케이블의 신호가 공통 전선인 접지를 기준으로 형성되기 때문입니다. 차폐 케이블에도 존재하는 간섭은 통신 장애, 개별 정보 손실로 이어질 수 있습니다. 그리고 이것은 오류가 사고이고 통신 손실이 긴 가동 중지 시간인 복잡하고 값비싼 메커니즘을 관리할 때 용납할 수 없습니다.

따라서 주로 노트북의 소규모 임시 연결에 사용됩니다. 디지털 기기, 예를 들어 초기 구성을 설치하거나 오류를 수정합니다.


 RS-485 인터페이스 구성.

RS-458과 RS-232의 주요 차이점은 모든 수신기와 송신기가 통신 라인인 한 쌍의 전선에서 작동한다는 것입니다. 이 경우 접지선은 사용하지 않으며, 선로의 신호는 차동 방식으로 형성됩니다. 역 형태로 두 개의 와이어("A"와 "B")에서 동시에 전송됩니다.

송신기의 출력이 논리 "0"이면 도체 "A"에 0 전위가 부여됩니다. 도체 "B"에서 "0이 아닌"신호, 즉 "1"이 형성됩니다. 송신기가 "1"을 브로드캐스트하면 그 반대입니다.

결과적으로 우리는 꼬인 쌍인 두 전선 사이의 신호 전압 변화를 얻습니다. 케이블에 들어가는 모든 픽업은 쌍의 두 와이어에서 동일한 방식으로 접지에 상대적인 전압을 변경합니다. 그러나 유용한 신호의 전압은 전선 사이에 형성되므로 전선의 전위에 전혀 영향을받지 않습니다.

RS-485를 통한 장치 간의 데이터 교환 순서.

RS-485 인터페이스로 연결된 모든 장치에는 "A"와 "B"라는 두 개의 터미널만 있습니다. 연결하려면 공통 네트워크이 단자는 병렬 회로로 연결됩니다. 이를 위해 케이블 체인이 한 장치에서 다른 장치로 배치됩니다.

이 경우 전송되는 데이터의 형식뿐만 아니라 송수신 순서를 설정하여 장치 간의 데이터 교환을 간소화해야 합니다. 이것을 위해 그것은 봉사한다 특별 지시프로토콜이라고 합니다.

RS-485 인터페이스를 통한 데이터 교환을 위한 많은 프로토콜이 있으며 가장 일반적으로 사용되는 것은 Modbas입니다. 가장 간단한 프로토콜이 작동하는 방식과 이 프로토콜을 사용하여 해결해야 하는 다른 문제에 대해 간단히 살펴보겠습니다.

예를 들어, 하나의 장치가 여러 데이터 소스에서 데이터를 수집하는 네트워크를 생각해 보십시오. 모뎀과 전기 계량기 그룹이 될 수 있습니다. 데이터가 어느 측정기에서 오는지 알기 위해 각 트랜시버에는 해당 네트워크에 대해 고유한 번호가 할당됩니다. 이 번호는 모뎀 트랜시버에도 할당됩니다.

전력 소비에 대한 데이터를 수집할 때가 되면 모뎀이 요청을 생성합니다. 첫째, 시작 임펄스가 전송되며 이에 따라 모든 장치는 0과 1 시퀀스의 소포가 지금오고 있음을 이해합니다. 그것에서 첫 번째 비트는 네트워크의 가입자 번호에 해당하고 나머지는 데이터, 예를 들어 필요한 정보를 전송하는 명령입니다.

모든 장치는 메시지를 수신하고 호출된 가입자의 번호를 자신의 번호와 비교합니다. 일치하면 요청의 일부로 전달된 명령이 실행됩니다. 그렇지 않은 경우 장치는 텍스트를 무시하고 아무 작업도 수행하지 않습니다.

이 경우 많은 프로토콜에서 명령이 실행을 위해 수락되었거나 완료되었다는 확인 메시지가 다시 전송됩니다. 응답이 없으면 송신 장치는 요청을 특정 횟수만큼 반복할 수 있습니다. 반응이 없으면 자동 가입자와의 통신 채널 실패와 관련된 오류 정보가 생성됩니다.

고장이 났을 때뿐만 아니라 답이 나오지 않을 수도 있습니다. 통신 채널에 여전히 침투하는 강한 간섭이 있는 경우 명령이 목적지에 도달하지 못할 수 있습니다. 또한 왜곡되어 올바르게 인식되지 않습니다.

명령의 잘못된 실행은 허용될 수 없으므로 고의로 중복 정보가 소포의 데이터인 체크섬에 도입됩니다. 전송 측에서 프로토콜에 규정된 특정 법률에 따라 계산됩니다. 수신기에서 체크섬은 동일한 원리에 따라 계산되고 전송된 것과 비교됩니다. 일치하면 수신이 성공한 것으로 간주되고 명령이 실행됩니다. 그렇지 않은 경우 장치는 전송 측에 오류 메시지를 보냅니다.

케이블 연결 요구 사항.

연선 케이블은 RS-485 인터페이스가 있는 장치를 연결하는 데 사용됩니다. 데이터 전송에는 한 쌍의 와이어로 충분하지만 일반적으로 두 개 이상의 케이블을 사용하여 예비를 마련합니다.

간섭에 대한 더 나은 보호를 위해 케이블은 차폐되어 있으며 차폐는 전체 라인을 따라 서로 연결되어 있습니다. 이를 위해 "A" 및 "B" 결론 외에도 결합할 장치에 "COM" 단자가 있습니다. 라인은 일반적으로 컨트롤러, 모뎀 또는 컴퓨터 위치의 한 지점에만 접지됩니다. 그라운드 포인트의 전위차로 인해 필연적으로 화면을 따라가는 픽업을 피하기 위해 두 포인트에서 이것을 하는 것은 금지되어 있습니다.

케이블은 서로 직렬로만 연결되어 분기를 만드는 것은 불가능합니다. 선로를 맞추기 위해 저항이 120옴인 저항을 끝에 연결합니다(이것이 케이블의 특성 임피던스임).

일반적으로 인터페이스 케이블 라인의 설치는 간단한 작업입니다. 특별한 지식을 가진 사람들이 필요한 장비를 설정하는 것이 훨씬 더 어려울 것입니다.

RS-485 인터페이스의 작동을 더 잘 이해하려면 다음 비디오를 시청하는 것이 좋습니다.

RS-485 인터페이스는 소규모 산업 자동화 네트워크를 구성하기 위한 가장 일반적인 인터페이스일 것입니다.

이것은 높은 명세서구현이 용이합니다. RS-485 인터페이스를 사용하면 간단한 하드웨어로 네트워크를 만들 수 있습니다.

  • 버스 토폴로지;
  • 데이터 전송 매체로 트위스트 페어 사용;
  • 통신 라인의 길이는 1200m에 달할 수 있습니다.
  • 최대 10Mbps의 데이터 전송 속도.

RS-485를 기반으로 하는 분산 시스템을 제어하기 위해 ModBus를 비롯한 많은 표준 프로토콜을 사용할 수 있습니다. 인터페이스를 사용하면 특수 프로토콜을 사용하여 네트워크를 만들 수 있습니다. RS-485의 하드웨어 구현을 위해서는 마이크로 컨트롤러에 집적도가 낮은 마이크로 회로를 하나만 추가하면 됩니다.

RS-485는 ANSI TIA/EIA-485-A:1998 표준에 설명되어 있습니다. 이 표준은 전기 및 타이밍 매개변수만 지정합니다. 그는 다음을 규정하지 않습니다.

  • 교환 프로토콜;
  • 케이블 및 커넥터 유형;
  • 갈바닉 절연네트워크 가입자.

RS-485 표준의 기본 매개변수.

데이터 전송 방식 RS-485.

RS-485 인터페이스 표준은 다음 신호를 정의합니다.

  • A - 비 반전;
  • B - 반전;
  • C - 공통 라인(옵션 신호).

때로는 대체 신호 지정이 사용됩니다.

  • 데이터+ / 데이터-;
  • D+ / D-;
  • + / -.

인터페이스는 차등 데이터 전송 방법을 사용합니다. 정보는 두 개의 역상 신호 A와 B를 사용하여 전송되며 RS-485 버스의 상태는 공통 라인 C에 대한 라인 A와 B 사이의 전위차에 의해 결정됩니다. 접지에 대한 각 라인의 전압은 무엇이든 가능하지만 -7 ... +12 V 범위 내에 있습니다.

RS-485는 차동 수신기와 송신기를 사용해야 합니다.

송신기는 최소 1.5V의 전압 차이를 갖는 2개의 역위상 신호를 형성합니다(표준에 따름).

데이터를 수신하기 위해 라인 A와 B 사이에 전압 차이를 할당하는 차동 수신기가 사용됩니다. 차이가 200mV 이상이지만 최대 +12V인 경우 라인 상태는 논리 단위와 동일한 것으로 간주됩니다. 전압 차이가 -200mV 미만이지만 -7V 미만인 경우 라인은 논리적 0 상태에 있습니다.

  • Va > Vb는 로그에 해당합니다. 하나;
  • 버지니아< Vb соответствует лог. 0.

간섭 수준과 라인의 활성 저항에 걸친 전압 강하는 1.3V(송신기의 출력 전압 1.5V에서 수신기의 응답 임계값 0.2V를 뺀 값)에 도달할 수 있다는 것을 쉽게 계산할 수 있습니다. 이러한 마진은 상당한 활성 저항을 갖는 긴 통신 라인에서 인터페이스의 작동을 보장합니다. 통신 라인의 최대 길이(1200m)는 이 파라미터에 의해 결정됩니다. 송신기 출력의 실제 전압 차이는 5V에 도달할 수 있습니다.

선 A와 B는 접지 C에 대해 대칭입니다. 그 사이의 간섭과 간섭은 모양과 크기가 유사하게 유도됩니다. 차동 수신기에서 라인의 전압은 차감되고 신호는 절연되며 간섭 전압은 0으로 판명됩니다. 물론 실제 조건에서는 항상 라인과 부하의 약간의 비대칭이 있어 출력 신호에 노이즈가 나타나지만 상당히 약해집니다.

인터페이스의 송신기와 수신기의 대칭으로 인해 연선을 통신 회선으로 사용하면 전자기 간섭과의 싸움에서 상당한 효과가 제공됩니다. 인접한 턴의 픽업 전류는 서로 반대 방향으로 향하고 서로 상쇄됩니다.

RS-485 표준은 다음을 정의합니다. 전기 매개변수송신기 및 수신기.

매개변수 자귀 의미 측정 단위
최소 최대
무부하 트랜스미터 출력 전압 Rload = ∞ 1,5
-1,5 		6
-6 		에
부하 시 송신기 출력 전압 부하 = 54옴 1,5
-1,5 		5
-5 		에
송신기 출력 임피던스 54 옴
송신기 단락 전류 출력을 전원 공급 장치 +12V 또는 -7V로 단락 - ±250 엄마
송신기 출력의 공통 모드 전압 부하 = 54옴 -1 3 에
수신기 감도 공통 모드 전압 -7V ~ +12V - ±200 mV
수신기 입력의 공통 모드 전압 -7 +12 에
수신기 입력 임피던스 12 - 옴
총 입력 임피던스 375 - 옴

일반적으로 RS-485 인터페이스가 있는 장치는 "공통 버스" 토폴로지로 네트워크로 연결됩니다. 가입자는 추가 공통선이 있는 하나의 2선 통신선으로 병렬로 연결됩니다.

각 가입자는 차동 송신기(D)와 수신기(R)를 통해 네트워크에 연결됩니다. 한 번에 하나의 네트워크 송신기만 활성화(켜짐)될 수 있습니다. 다른 모든 송신기는 세 번째(고임피던스) 상태에 있어야 합니다. 송신기 상태는 별도의 신호(DE)에 의해 제어됩니다.

데이터 교환의 일반적인 순서는 다음과 같습니다. 마스터 장치는 송신기를 켜고 데이터를 전송한 다음 끄고 응답을 받습니다. 현재 다른 모든 장치는 송신기가 비활성화된 상태입니다. 슬레이브 장치는 데이터를 수신한 다음 송신기를 켜고 마스터 장치에 응답을 전송합니다.

당연히 모든 송신기가 꺼지는 "라인이 공중에 매달리는" 순간이 있습니다. 특별한 조치를 취하지 않으면 회선 상태가 불확실해집니다. 수신기의 출력은 모든 레벨이 될 수 있습니다.

수신기의 비반전 입력을 저항을 통해 전원 버스에 연결하고 반전 입력을 접지에 연결하면 이러한 불확실성을 제거할 수 있습니다.

저항기의 저항은 응답 임계값(200mV)보다 작지 않은 수신기의 입력 사이에 바이어스를 생성할 수 있어야 합니다. 종단 저항을 계산할 때 이러한 저항을 고려해야 합니다.

모든 송신기가 꺼져 있을 때 네트워크 상태의 불확실성을 제거하기 위한 다른 옵션이 있습니다. 그러나 그것들은 모두 프로토콜 수준입니다.

교환이 시작될 때 코드의 서비스 시퀀스를 전송할 수 있습니다. 그러나 이것은 교환을 크게 복잡하게 만들고 추가 데이터를 전송해야 합니다.

네트워크에 항상 활성 장치가 있으면 두 번째 송신기가 이미 켜져 있지만 둘 다 로그 상태에 있는 순간에 송신기를 끄는 옵션이 있습니다. 1. 마스터가 데이터를 전송하고 있다고 가정해 봅시다. 그런 다음 송신기의 출력을 로그 상태로 설정합니다. 1. 슬레이브 장치는 로그 상태에서도 송신기를 켭니다. 1. 다음으로 마스터는 송신기를 끄고 슬레이브는 데이터 전송을 시작합니다. 회선이 끊어진 상태로 유지되지 않습니다. 이러한 알고리즘은 정확한 동기화를 필요로 하며, 송신기 전환을 위한 시간 간격을 계산합니다.

또 다른 성가신 메아리. 장치의 송신기가 전송하는 모든 것은 자체 수신기를 인식합니다. 우리는 이것을 고려해야 합니다. 일부 시스템에서는 에코 데이터가 프로토콜의 일부로 처리됩니다. 그 외의 경우에는 전송 시 수신기의 작동이 금지됩니다. 내 Tiny_ModBusRTU_Master 및 Tiny_ModBusRTU_Slave 라이브러리에서 각 데이터 전송 후 마스터는 수신 버퍼를 지웁니다.

통신 라인 매칭.

상당한 거리에서 데이터를 전송할 때 통신 라인에서 눈에 띄는 신호 왜곡이 발생할 수 있습니다. 전자파는 케이블 끝에서 반사되어 송신기로 되돌아와 공진 현상이 발생합니다.

그 이유는 케이블의 분산된 용량성 및 유도성 특성 때문입니다. 실제로 케이블은 전체 길이에 걸쳐 균일한 디자인을 가지므로 동일한 분포 매개변수가 있습니다. 따라서 케이블의 특성은 하나의 매개 변수인 파동 임피던스로 특징지을 수 있습니다. 따라서 케이블의 파동 임피던스와 같은 저항을 갖는 저항을 수신단에 연결하면 케이블의 신호 왜곡을 크게 줄일 수 있습니다. 이러한 저항을 터미네이터라고 합니다. RS-485 네트워크에서 터미네이터는 케이블의 양쪽 끝에 배치됩니다. 양쪽 모두 수신 및 송신이 될 수 있습니다.

연선의 특성 임피던스는 일반적으로 100 ... 150 옴입니다. RS-485 네트워크의 경우 특성 임피던스가 120옴인 특수 케이블이 개발되었습니다. 표준으로 간주되는 것은 이 터미네이터 저항입니다. 종종 120옴 터미네이터는 RS-485 인터페이스가 있는 장치에 이미 설치되어 있으며 스위치로 비활성화할 수 있습니다.

실제로 터미네이터는 케이블의 파동 임피던스보다 더 큰 저항으로 사용됩니다. 케이블의 활성 저항이 크고 터미네이터의 저항과 비슷하면 수신 측의 신호 진폭을 크게 줄일 수 있습니다. 이 경우 허용 가능한 신호 왜곡과 진폭 사이의 절충안을 찾아야 합니다. 9600 baud 이하의 낮은 전송 속도에서 저저항 터미네이터를 사용하면 수신 품질이 저하될 수도 있습니다.

네트워크의 토폴로지도 통신 라인의 신호 왜곡에 영향을 줍니다. 분기를 포함하여 라인의 모든 불균일성에서 신호 반사가 발생합니다. 따라서 통신 회선은 긴 탭 없이 물리적으로 네트워크 장치를 순서대로 우회해야 합니다.

데이터 속도가 낮은 네트워크와 리피터를 사용하는 네트워크는 예외입니다. 중계기로 인해 RS-485 통신 라인의 전체 길이도 증가할 수 있습니다.

갈바닉 절연.

RS-485 표준은 통신 라인에서 인터페이스의 갈바닉 절연을 제공하지 않습니다. 그러나 네트워크 장치가 다음 위치에 있는 경우 긴 거리서로 다른 접지선의 전위는 상당한 전압에 의해 발산할 수 있습니다. 이 경우 차동 신호가 저장되지 않고 전위가 허용 가능한 -7 ... + 12V보다 많이 발산할 수 있습니다. 이로 인해 인터페이스가 작동 불능 상태가 되고 오류가 발생할 수도 있습니다.

RS-485를 이용하여 구조물을 얇게 만드는 것은 동시에 저장하는 방법을 이해하면 쉽습니다. 양질사이. 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 표준에 의해 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 CPU로 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 계속 이 명칭을 사용하고 있지만 EIA/TIA는 공식적으로 "RS"를 "EIA/TIA"로 대체하여 표준의 출처를 더 쉽게 식별할 수 있도록 했습니다. 현재까지, 다양한 확장 RS-485 표준은 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 이전 버전과 호환되며 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 정전기 방전(ESD)과 관련된 상당히 높은 전압 레벨로부터 보호하기 위해 추가 조치를 취해야 합니다.

인체의 충전 용량은 사람이 파괴 할 수 있습니다. 집적 회로간단한 터치로. 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 단일 표준 RS-485 수신기(12kΩ)의 입력 임피던스로 정의되는 단위 부하로 정량화됩니다. 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 32 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 현상으로 인한 반사를 제어하는 ​​데도 도움이 됩니다. 고속데이터 전송 또는 긴 통신 회선. 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 무부하 전류(IQ)이며, 이는 최신 장치에서 크게 감소합니다. 표 2는 저전력 CMOS 트랜시버의 대기 전류를 업계 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 개방 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 추가, 종단 저항 2개 및 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 두 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 송수신기는 보호 바이어스 저항을 설치해야 합니다. 한 라인(A)에는 초기 하이 레벨(풀업)을 설정하고 다른 라인(A)에는 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 수행되는 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 수신기의 입력에서 0V가 출력이 높아지도록 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 5개의 주소 비트, 8개의 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. 안전한 송금을 위해 다음을 보내야 합니다. 추가 정보, 데이터 크기, 발신자 주소 및 방향과 같이 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 드라이버를 비활성화하여 전력 소비를 최소화해야 합니다. 표 4는 전송 간 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 서로 다른 트랜시버에 의해 소비되는 전류를 비교합니다. 75ALS176 및 MAX1483은 링크의 양쪽 끝에 표준 560Ω/120Ω/560Ω 종단 회로를 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 VCC 전원 라인에 대한)이 필요하지 않습니다. ). 선택한 RS-485 트랜시버의 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 표 5에 나와 있으며, 여기에는 저항기 없음, 종단 저항만, 종단 및 안전 바이어스 저항 조합에 대한 다양한 트랜시버(드라이버 활성화 포함)의 전류 소비가 나열되어 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 통신 회선 및 저속리시버가 데이터를 처리하기 전에 반사가 진정되도록 하는 데이터 전송. 실습에서 알 수 있듯이 신호의 상승 시간이 케이블을 통한 단방향 신호의 지연 시간의 4배 이상인 경우 매칭이 필요하지 않습니다. 다음 단계에서는 이 규칙을 사용하여 일치하지 않는 케이블의 최대 허용 길이를 계산합니다.

  • 1 단계.문제의 케이블에 대해 자유 공간에서 빛의 속도에 대한 백분율로 케이블 제조업체에서 일반적으로 제공하는 단방향 속도를 찾으십시오(c = 3x10 8 m/s). 표준 PVC 절연 케이블(#24 AWG 트위스트 페어로 구성)의 일반적인 값은 203mm/ns입니다.
  • 2 단계. RS-485 트랜시버 사양에서 최소 상승 시간(t r min)을 찾습니다. 예를 들어, MAX3471의 경우 750ns입니다.
  • 3단계. 이 최소 상승 시간을 4로 나눕니다. MAX3471의 경우 t r min /4 = 750ns/4 = 187.5ns가 됩니다.
  • 4단계. 매칭이 필요하지 않은 최대 케이블 길이를 계산하십시오: 187.5ns(230mm/ns) = 38m.

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. 그러나이 기술이 부과한다는 것을 알게 될 것입니다. 특정 조건. 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 제공하므로 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 값을 신중하게 선택해야 합니다.

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 유발합니다. 간단히 말해서 RC 터미네이션은 전력 소모를 줄이는 데는 효과적이지만 신호 품질을 떨어뜨리는 경향이 있습니다. RC 협상은 사용에 많은 제한을 두기 때문에 최고의 대안많은 경우 - 전혀 동의하지 않습니다.

쇼트키 다이오드에서 매칭

쇼트키 다이오드는 높은 전력 소비가 우려되는 경우 대체 종단 방법을 제공합니다. 다른 유형의 일치와 달리 쇼트키 다이오드는 버스의 특성 임피던스를 일치시키려고 시도하지 않습니다. 대신 반사로 인한 펄스 에지의 스파이크와 스파이크를 단순히 억제합니다. 결과적으로 전압 변화는 양의 임계 전압과 0으로 제한됩니다.

쇼트키 다이오드는 양수 및 음수 스파이크가 존재할 때만 전도되기 때문에 에너지를 거의 낭비하지 않습니다. 반면에 표준 저항성 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 있다.

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 전송률에 대해 지정된 제한은 쇼트키 터미네이터 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 시스템(원래 "유효 전력" - "유효 전력", - 약 레인)에서 초저 소비를 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.

저속 및 더 짧은 케이블의 경우 전력 소비의 차이가 큽니다. 120옴 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.