Правилните окабеляване RS-485 мрежа

Целта на тази статия - за предоставяне на основни насоки за избора на връзките на веригата за по RS-485-базирана мрежа. Спецификация RS-485 (официалното име на TIA / EIA-485-а) не се предвиждат конкретни обяснения за това как най-RS-485 кабелни мрежи трябва да се извърши. Въпреки това, тя дава някои насоки. Тези препоръки и инженерна практика в областта на аудио обработка като основа за тази статия. Въпреки това, съветите в никакъв случай не обхващат цялото многообразие от възможни варианти за изграждане на мрежи, представени тук.

RS-485 предава цифрова информация между различни места. Скоростта на данните може да бъде 10 Mbit / сек, а понякога надвишава тази стойност. RS-485 е предназначен за предаване на тази информация на дълги разстояния, а на 1000 метра са добре в рамките на своите възможности. разстояние и данни ставка, спрямо която успешно може да се използва RS-485, зависи от много точки на електропроводната система.

RS-485 е проектиран като балансирана система. Просто казано, това означава, че в допълнение към земята, има две жици, които се използват за предаване на сигнала.

Фиг. 1. балансирана система използва, различни от земята, две жици за пренос на данни.

Системата се нарича балансиран, тъй като сигналът на един проводник е съвършено точно обратното на сигнала на втория проводник. С други думи, ако един банкови преводи на високо ниво, друг проводник ще прехвърли на ниско ниво и обратно. Виж. Фиг. 2.

Фиг. 2. сигналите в двата балансирани проводници системи са идеално срещу.

Въпреки факта, че RS-485 може успешно да предава с помощта на различни видове преносна среда, тя трябва да се използва с окабеляване, обикновено се нарича "усукана двойка".

Какво е усукана двойка и защо се използва?

Както предполага неговото име, усукана двойка - това е просто един чифт проводници, които са с еднаква дължина и усукани заедно. Използване на предавател, които отговарят на изискванията спецификация RS-485, кабел усукана двойка намалява два основен източник на проблеми за агенти ускори географски разпределени мрежи, а именно излъчена електромагнитни смущения и електромагнитни смущения индуцирана (насоки маршрут).

Излъчена електромагнитна интерференция

Както е показано на Фигура 3, когато са налични за предаване на информация се използват импулси със стръмни ръбове, в компонентите на честота на сигнала. Тези остри ръбове са необходими по-високи скорости, отколкото може да осигури RS-485.

Фиг. 3. вълната на правоъгълен импулс влак с честота от 125 кХц и FFT

Получените високо-честотните компоненти на тези бързи ръбове заедно с дълги кабели могат да доведат до отделяне на електромагнитни смущения (EMI). Балансираната система, която използва комуникационните линии на базата на усукана двойка, намалява този ефект, което прави системата неефективна радиатор. Тя работи на много прост принцип. Тъй като сигналите на линиите са равни, но обратен, излъчвана от всеки проводник сигнали ще са склонни да бъдат равни, но обърнат. Това създава ефекта на взаимно унищожаващи, което от своя страна означава, че няма електромагнитно излъчване. Все пак, това се основава на предположението, че кабелите имат точно същата дължина и точно на същото място. Тъй като е невъзможно да има две жици в едно и също място, проводниците трябва да са близо един до друг, колкото е възможно. Усукване проводници помага да се неутрализира всяка остатъчна електромагнитна радиация, поради ограниченото разстояние между двата проводника.

Индуцирана електромагнитни смущения

Предизвикано от електромагнитни смущения - е в общи линии същия проблем като че излъчваната, но в обратна посока. Проводниците използва в системата на базата на RS-485, също така действа като антена, която получава нежелани сигнали. Тези нежелани сигнали могат да нарушат полезния сигнал, което от своя страна може да доведе до грешки в данните. По същата причина, че по усукана двойка помага за предотвратяване на емисиите на електромагнитни смущения, тя също така ще помогне за намаляване на последиците от електромагнитни смущения. Тъй като двата проводника са подредени заедно и усукани, шумът индуциран от един проводник ще са склонни да бъде същата като тази на втория проводник. Този тип шум се нарича "общ режим шум". Тъй като RS-485 приемници са проектирани за откриване на сигнали, които са противоположни една на друга, те могат лесно да потискат шум, който е общ за двете жици.

Характерните импеданс на усукана двойка

В зависимост от геометрията на кабел и материали, използвани в изолация, усукана двойка ще има "характеристика импеданс (характеристика импеданс)", която обикновено се определя от производителя. RS-485 спецификация препоръчва, но не диктува, че тази характеристика съпротивление е 120 ома. Препоръка на съпротивление е необходимо да се изчисли най-тежките вериги случай на натоварване и общ режим на напрежение, определени в спецификацията на RS-485. Очевидно е, че спецификацията не диктува този импеданс в интерес на гъвкавост. Ако по някаква причина не може да се използва в 120 ома кабел, се препоръчва най-лошия случай на натоварване (брой предаватели и приемници) и диапазоните на най-лошата фаза на напрежение бяха преизчислени, за да се гарантира, че очаква системата да работи. TSB89 публикация съдържа раздел, посветен специално на тези изчисления.

Броят на усукани двойки за всеки предавател

Сега, ние разбираме какво е необходимо вид кабел, възниква въпросът, колко усукани двойки могат да работят предавателя. Отговорът е кратък - само един. Въпреки предавателя и може в някои случаи да работи по един усукана двойка е снабдена спецификация.

Поради високите честотни и дълги разстояния, трябва да се обърне необходимото внимание на последиците, произтичащи от линии. Въпреки това, по-подробно обсъждане на тези ефекти и правилните методи са добре извън обхвата на тази статия. С оглед на това, прекратяването ще бъдат разгледани накратко в най-простата си форма, доколкото то е свързано с RS-485.

Ограничаващ резистор - това е просто един резистор, който е монтиран върху крайната края или краищата на кабела (Фигура 4). В идеалния случай, съпротивлението на резистор прекратяване равна на характерните импеданс на кабела.

Фигура 4. прекратяване резистори трябва да имат съпротивление равно на характеристика импеданс на усукана двойка и трябва да са разположени в отдалечените краища на кабела.

Когато съпротивлението на прекратяване не е равно на характерните импеданс на кабела, няма да има отражение, т.е. сигнал се връща по кабела. Това е описано чрез уравнение (RT-Zo) / (Zo + Rt), където Zo - кабел резистентност, и Rt - номинален ограничаващ резистор. Въпреки това, поради отклонения в кабела и резистора, отражение на неизбежните значителни разлики може да предизвика разсъждения достатъчно големи, за да доведе до грешки в данните. Вж. Фигура 5.

Фиг. 5. Използване на веригата, показана на горната фигура, лявата сигнал е получен от MAX3485, зарежда на 120 ома усукана двойка и 54 ома прекратяване резистор. Право сигнал е получен при правилно с 120 ома резистор.

С оглед на това, че е важно да се гарантира, че възможно най-точно стойностите на съпротивлението на ограничаващ резистор и съпротивлението на вълна. Позиция на ограничаващ резистор така същият е много важно. Прекратяване резистори винаги трябва да се поставят в далечния край на кабела.

Като общо правило, при прекратяване резистори трябва да се поставят в двата далечни краища на кабела. Докато правилното хармонизиране двата края е от огромно значение за по-голямата част от концепцията на системата, може да се твърди, че в един специален случай само един крайно съпротивление. Това събитие се провежда в една система, в която има само един предавател и единната предавателя, разположен в другия край на кабела. В този случай, не е необходимо да се постави резистор прекратяване в края на кабела към предавателя, тъй като сигналът е винаги размножава от предавателя.

Максималният брой предаватели и приемници в мрежата

Най-простият мрежа въз основа на RS-485 се състои от един предавател и един приемник. Въпреки, че това е полезно в редица приложения, но RS-485 дава възможност за по-голяма гъвкавост, което позволява повече от един предавател и приемник на същия усукана двойка. Максималната разрешена зависи от това как всеки ботуши устройство на системата.

В един идеален свят, всички приемници и предаватели неактивни ще имат безкрайно съпротивление и няма да се зареди системата. В реалния свят, обаче, това не се случи. Всеки приемник е свързан към мрежата и всички неактивни предаватели увеличат натоварването. За да помогне на дизайнера на RS-485-базирана цифра колко устройства може да се добавя към мрежата, хипотетичен елемент е бил създаден, наречен "товарната единица (единица товар)". Всички устройства, които са свързани към RS-485 мрежа, трябва да имат коефициент на множител или фракции от натоварването на единица. Пример Две - MAX3485, който е определен като една товарна единица и MAX487, който е описан като 1/4 товарна единица. Максималният брой на единични товари по усукана двойка (ако приемем, че се занимават с правилно прекратяване кабел с характеристика съпротивление от 120 ома или повече) - 32. За примерите, дадени по-горе, това означава, че една мрежа могат да бъдат включени до 32 устройства или MAX3485 128 MAX487.

Примери за валиден мрежов

Въоръжени с горепосочената информация, ние сме готови да се развиват някои мрежови RS-485 на базата. Ето няколко прости примери.

Един предавател, един приемник

Най-простият мрежа - е един предавател и един приемник (Фигура 6). В този пример, ограничаващ резистор е показано на кабела от страната на предавателя. Въпреки, че не е необходимо тук, вероятно е добър навик да се изработи и в двете прекратяване резистори. Това позволява на предавателя да се премести в места, различни от другия край на кабела, и дава възможност, ако е необходимо, добавете още предаватели мрежа.

Фиг. 6. RS-485 мрежа с един предавател и един приемник

Един предавател, няколко приемници

Фигура 7 показва мрежа с един предавател и няколко приемници. Важно е, че разстоянието от усукана двойка за приемниците възможно най-къси.

Фиг. 7. RS-485 мрежа с един предавател и множество приемници

Фигура 8 показва мрежа с две предаватели.

Фиг. 8. RS-485 мрежа с две предаватели

Фигура 8 показва мрежа с множество предаватели. Както в примера с един предавател и няколко приемници, важно е, че разстоянието от усукана двойка за приемниците възможно най-кратък.

Фиг. 9. RS-485 мрежа с множество предаватели

Примери неправилни мрежи

По-долу са примери за неправилно конфигурирани системи. Всеки пример сравнява форма на сигнала, получен чрез добре развита мрежа с форма на сигнала, получен от правилно проектирана система. диференциална форма на сигнала, измерена в точките А и В (А-В).

В този пример, в краищата на усукана двойка са незавършен. Тъй като сигналът се разпространява от източника, тя се натъква на отворена верига в края на кабела. Това води до несъответствие съпротивление, което води до размисъл. В случай на отворена верига (както е показано по-долу), цялата енергия се отразява обратно към източника, което води до силно изкривяване на сигнала.

Фиг. 10. противоречиви RS-485 мрежа (горе) и получената му форма на вълната (вляво) в сравнение със сигнала, получен от правилно прекратява мрежа (вдясно)

Неправилното поставяне на терминатора

Фигура 11 показва резистор (терминатор) присъства, но разположението му е различен от дисталния край на кабела. Тъй като сигналът се разпространява от източника, той е изправен пред две импеданс несъответствия. Първият се намира в резистор за прекратяване. Въпреки че резистора съвпадат с присъщата съпротивлението на кабела, има кабел за резистора. Този допълнителен кабел причинява несъответствие, а оттам и отражението на сигнала. Втората грешка е в края на непрекъсваем кабел, това води до допълнителни отражения.

Фиг. 11. RS-485 мрежа поставен правилно прекратяване резистор (горен панел) и получената му форма на вълната (вляво) в сравнение със сигнала, получен от правилно прекратява мрежа (вдясно)

На фигура 12, има редица проблеми, свързани с организацията на помежду си. Първият проблем се крие във факта, че RS-485 драйвери са проектирани да се контролира само един, правилно прекратен усукана двойка. Тук всеки предавател контролира четири паралелни усукани двойки. Това означава, че изискваните минимални нива логически не може да бъде гарантирана. В допълнение към тежкия товар, има импеданс несъответствие на мястото, където са свързани множество кабели. Импеданс несъответствия отново означава, отражения, а оттам и на изкривяването на сигнала.

Фиг. 12. RS-485 мрежа, неправилно използва множество усукани двойки

На фигура 13, кабелът е правилно прекратяване и предавателя е шофиране само една усукана двойка; Въпреки проводници, точката на свързване (разклонител - мъниче) приемник твърде дълго. Дълги муфи причиняват значителни импеданс несъответствие и по този начин, сигнал размисъл. Всички муфи трябва да са възможно най-къси.

Фиг. 13. RS-485 мрежа с използване на 3-м съединител (горе) и изход сигнал (вляво) в сравнение със сигнала, получен с кратко издънка