Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
Мета цієї статті - надати базові рекомендації з вибору схеми з'єднань для мереж на основі RS-485. Специфікація RS-485 (офіційна назва TIA / EIA-485-A) не дає конкретних пояснень з приводу того, як повинна здійснюватися розводка мереж RS-485. Однак вона надає деякі рекомендації. Ці рекомендації та інженерна практика в області обробки звуку покладені в основу цієї статті. Однак представлені тут поради ні в якому разі не охоплюють усього розмаїття можливих варіантів побудови мереж.
RS-485 передає цифрову інформацію між багатьма об'єктами. Швидкість передачі даних може досягати 10 Мбіт / с, а іноді і перевищувати цю величину. RS-485 призначений для передачі цієї інформації на значні відстані, і 1000 метрів добре вкладається в його можливості. Відстань і швидкість передачі даних, з якими RS-485 може успішно використовуватися, залежать від багатьох моментів при розробці схеми межсоединений системи.
Кабель RS-485 спроектований як балансная система. Простіше кажучи, це означає, що, крім земляного, є два дроти, які використовуються для передачі сигналу.
Мал. 1. Балансна система використовує, крім земляного, два дроти для передачі даних
Система називається балансної, тому що сигнал на одному проводі є ідеально точною протилежністю сигналу на другому дроті. Іншими словами, якщо один провід передає високий рівень, інший дріт буде передавати низький рівень, і навпаки. Див. Рис. 2.
Мал. 2. Сигнали на двох проводах балансної системи ідеально протилежні
Незважаючи на те, що RS-485 може успішно здійснювати передачу з використанням різних типів передавальної середовища, він повинен використовуватися з проводкою, яку часто називають "вита пара".
Що таке кручена пара і чому вона використовується?
Як випливає з її назви, кручена пара - це просто пара проводів, які мають рівну довжину і свити разом. Використання передавача, що відповідає вимогам специфікації RS-485, з кабелем на основі кручений пари, зменшує два головних джерела проблем для розробників швидкодіючих територіально розподілених мереж, а саме випромінює електромагнітні перешкоди і індуковані електромагнітні перешкоди (наводка).
Випромінювані електромагнітні перешкоди.
Як показано на малюнку 3, всякий раз, коли для передачі інформації використовуються імпульси з крутими фронтами, в сигналі присутні високочастотні складові. Ці круті фронти потрібні при більш високих швидкостях, ніж здатний забезпечити RS-485.
Мал. 3. Форма сигналу послідовності прямокутних імпульсів з частотою 125 кГц і її БПФ
Отримані в результаті високочастотні компоненти цих крутих фронтів разом з довгими проводами можуть привести до випромінювання електромагнітних завад (EMI). Балансна система, яка використовує лінії зв'язку на основі кручений пари, зменшує цей ефект, роблячи систему неефективним випромінювачем. Це працює на дуже простому принципі. Оскільки сигнали на лініях рівні, але інверсний, випромінювані від кожного проводу сигнали будуть також мати тенденцію бути рівними, але інверсними. Це створює ефект придушення одного сигналу іншим, що, в свою чергу, означає відсутність електромагнітного випромінювання. Однак, це засноване на припущенні, що дроти мають точно однакову довжину і точно однакове розташування. Оскільки неможливо одночасно мати два дроти абсолютно однаково розташованими, проводи повинні бути близько один до одного наскільки можливо. Скручування проводів допомагає нейтралізувати будь-залишкове електро-магнітне випромінювання через кінцевого відстані між двома проводами.
Індуковані електромагнітні перешкоди.
Індуковані електромагнітні перешкоди - в основному та ж сама проблема, що і випромінюються, але навпаки. Межсоединения, використовувані в системі на основі RS-485, також діють як антена, яка отримує небажані сигнали. Ці небажані сигнали можуть спотворювати корисні сигнали, що, в свою чергу, може привести до помилок в даних. З тієї ж самої причини, з якої кручена пара допомагає запобігати випромінювання електромагнітних завад, вона також допоможе знизити вплив наводяться електромагнітних завад. Оскільки два дроти розташовані разом і скручені, шум, наведений на одному проводі буде мати тенденцію бути тим же самим, що і наведений на другому дроті. Цей тип шуму називають "синфазним шумом". Оскільки приймачі RS-485 призначені для виявлення сигналів, які є протилежністю один одного, вони можуть легко придушувати шум, який є загальним для обох проводів.
Хвильовий опір кручений пари.
Залежно від геометрії кабелю і матеріалів, використовуваних в ізоляції, кручена пара буде мати відповідний "хвильовим опором (характеристичним імпедансом)", яке зазвичай визначається її виробником. Специфікація RS-485 рекомендує, але явно не нав'язує, щоб це хвильовий опір дорівнювало 120 Ом. Рекомендація цього імпедансу необхідна для обчислення найгіршою навантаження і діапазонів синфазних напруг, визначених у специфікації RS-485. По всій видимості, специфікація не диктує цей імпеданс в інтересах гнучкості. Якщо з яких-небудь причин не може використовуватися 120-омний кабель, рекомендується, щоб найгірший варіант навантаження (допустиме число передавачів і приймачів) і найгірші діапазони синфазних напруг були повторно розраховані, щоб упевнитися, що проектована система буде працювати. Публікація TSB89 містить розділ, спеціально присвячений таким обчисленням.
Число кручених пар на кожен передавач.
Тепер, коли ми розуміємо, який потрібен тип кабелю, виникає питання про те, якою кількістю кручених пар може управляти передавач. Відповідь коротка - точно однієї. Хоча передавач і може при деяких обставинах керувати більш ніж однієї кручений парою, це не передбачено специфікацією.
Оскільки порушені високі частоти і великі відстані, належна увага має бути приділена ефектам, що виникають в лініях зв'язку. Однак, детальне обговорення цих ефектів і коректних методів узгодження далеко виходить за рамки цієї статті. Пам'ятаючи про це, техніка узгодження буде коротко розглянута в своїй простій формі, остільки, оскільки вона має відношення до RS-485.
Узгоджувальний резистор - це просто резистор, який встановлений на крайньому кінці або кінцях кабелю (Рис. 4). В ідеалі, опір узгоджувального резистора одно хвильовому опору кабелю.
Мал. 4. Узгоджувальні резистори повинні мати опір, рівний хвильовому опору кручений пари і повинні розміщуватися на далеких кінцях кабелю
Якщо опір узгоджувальних резисторів не дорівнює хвильовому опору кабелю, відбудеться відображення, тобто сигнал повернеться по кабелю назад. Це описується рівнянням (Rt-Zo) / (Zo + Rt), де Zo - опір кабелю, а Rt - номінал узгоджувального резистора. Хоча, в силу допустимих відхилень в кабелі і резистори, певне відображення неминуче, значні розбіжності можуть викликати відображення, досить великі для того, щоб привести до помилок в даних. Див. Малюнок 5.
Мал. 5. Використовуючи схему, показану на верхньому малюнку, сигнал зліва був отриманий з MAX3485, навантаженим на 120-омную виту пару, і 54-омним согласующим резистором. Сигнал справа була отримана при коректному погодження за допомогою 120-омного резистора
Пам'ятаючи про це, важливо забезпечити максимально-можливу близькість значень опору узгоджувального резистора і хвильового опору. Місце установки узгоджувального резистора так-же дуже важливо. Погоджують резистори повинні завжди розміщуватися на далеких кінцях кабелю.
Як загальне правило, погоджують резистори повинні бути поміщені на обох далеких кінцях кабелю. Хоча правильне узгодження обох кінців абсолютно критично для більшості системних дизайнів, можна стверджувати, що в одному спеціальному випадку необхідний тільки один узгоджувальний резистор. Цей випадок має місце в системі, в якій є єдиний передавач, і цей єдиний передавач розташований на дальньому кінці кабелю. У цьому випадку немає необхідності розміщувати узгоджувальний резистор на кінці кабелю з передавачем, оскільки сигнал завжди поширюється від цього передавача.
Максимальне число передавачів і приймачів в мережі.
Найпростіша мережа на основі RS-485 складається з одного передавача і одного приймача. Хоча це і корисно в ряді додатку, але RS-485 привносить велику гнучкість, дозволяючи більш одного приймача і передавача на одній парі. Допустимий максимум залежить від того, наскільки кожне з пристроїв завантажує систему.
В ідеальному світі, всі приймачі і неактивні передавачі будуть мати нескінченний імпеданс і ніколи не будуть навантажувати систему. У реальному світі, однак, так не буває. Кожен приймач, підключений до мережі і всі неактивні передавачі збільшують навантаження. Щоб допомогти розробнику мережі на основі RS-485 з'ясувати, скільки пристроїв можуть бути додані до мережі, була створена гіпотетична одиниця, звана "одинична навантаження (unit load)". Всі пристрої, які підключаються до мережі RS-485, повинні характеризуватися ставленням множників або часткою одиничної навантаження. Два приклади - MAX3485, який специфікований як 1 одинична навантаження, і MAX487, який специфікований як 1/4 одиничної навантаження. Максимальне число одиничних навантажень на кручений парі (приймаючи, що ми маємо справу з належним чином узгодженим кабелем, що має хвильовий опір 120 Ом або більше) - 32. Для наведених вище прикладів це означає, що в одну мережу можуть бути включені до 32 пристроїв MAX3485 або до 128 MAX487.
Приклади правильних мереж.
Озброївшись наведеної вище інформацією, ми готові розробити деякі мережі на основі RS-485. Ось кілька простих прикладів.
Один передавач, один приймач.
Найпростіша мережа - це один передавач і один приймач (Малюнок 6). У цьому прикладі, що погоджує резистор показаний на кабелі на стороні передавача. Хоча тут це необов'язково, ймовірно доброю звичкою було б проектувати мережі з обома погоджують резисторами. Це дозволять переміщати передавач в місця, відмінні від далекого кінця кабелю, а також дозволяє, якщо в цьому виникне необхідність, додати в мережу додаткові передавачі.
Мал. 6. Мережа RS-485 з одним передавачем і одним приймачем
імпульс резистор кабель ізоляція
Один передавач, кілька приймачів
На малюнку 7 представлена мережа з одним передавачем і кількома приймачами. Тут важливо, щоб відстані від кручений пари до приймачів були як можна коротше.
Мал. 7. Мережа RS-485 з одним передавачем і кількома приймачами
На малюнку 8 представлена мережа з двома приймачами.
Мал. 8. Мережа RS-485 з двома приймачами
На малюнку 8 представлена мережа з декількома приймачами. Як і в прикладі з одним передавачем і кількома приймачами, важливо, щоб відстані від кручений пари до приймачів були як можна коротше.
Мал. 9. Мережа RS-485 з декількома приймачами
Приклади неправильних мереж.
Нижче представлені приклади неправильно сконфігурованих систем. У кожному прикладі порівнюється форма сигналу, отриманого від некоректно розробленої мережі, з формою сигналу, отриманого від належним чином розробленої системи. Форма сигналу вимірювалася диференційно в точках A і B (A-B).
У цьому прикладі, на кінцях кручений пари відсутні погоджують резистори. Оскільки сигнал поширюється від джерела, він стикається з відкритим ланцюгом на кінці кабелю. Це призводить до неузгодженості імпедансів, викликаючи відображення. У разі відкритої ланцюга (як показано нижче), вся енергія відбивається назад до джерела, викликаючи сильне спотворення форми сигналу.
Мал. 10. Непогоджене мережу RS-485 (вгорі) і її підсумкова форма сигналу (зліва) у порівнянні з сигналом, отриманим на правильно узгодженої мережі (праворуч)
Неправильне розташування термінатора.
На малюнку 11 узгоджувальний резистор (термінатор) присутній, але його розміщення відрізняється від далекого кінця кабелю. Оскільки сигнал поширюється від джерела, він стикається з двома неузгодженості імпедансу. Перше зустрічається на згоду резисторі. Навіть при тому, що резистор узгоджений з хвильовим опором кабелю, є ще кабель за резистором. Цей додатковий кабель викликає неузгодженість, а значить і відображення сигналу. Друге неузгодженість, це кінець неузгодженого кабелю, веде до додаткових віддзеркалень.
Мал. 11. Мережа RS-485 з неправильно розміщених согласующим резистором (верхній малюнок) і її підсумкова форма сигналу (зліва) у порівнянні з сигналом, отриманим на правильно узгодженої мережі (праворуч)
На малюнку 12 є цілий ряд проблем з організацією межсоединений. Перша проблема полягає в тому, що драйвери RS-485 розроблені для управління тільки однієї, правильним чином узгодженої, кручений парою. Тут же кожен передавач управляє чотирма паралельними крученими парами. Це означає, що необхідні мінімальні логічні рівні без гарантій. На додаток до важкої навантаженні, є неузгодженість імпедансів в точці, де з'єднуються кілька кабелів. Неузгодженість импедансов в черговий раз означає відображення і, як наслідок, спотворення сигналу.
Мал. 12. Мережа RS-485, некоректно використовує кілька кручених пар
На малюнку 13, кабель коректно узгоджений і передавач навантажений тільки на одну виту пару; проте сегмент проводу в точці підключення (ответвитель - stub) приймача надмірно довгий. Довгі відгалужувачі викликають значне неузгодженість імпедансів і, таким чином, відображення сигналу. Все ответвители повинні бути якомога коротше.
Розміщено на Allbest.ru