имя пользователя:
пароль:
зарегистрироваться
Главная Каталог Статьи Контакты прайс-лист
bannerbanner
статьи
Untitled
Источник :www.bb-europe.com
Перевод: Анастасия Кияновская, Сергей Лютенко

Рекомендации по применению интерфейсов RS422 и RS485

Глава 2: Конфигурация системы

Топология сети

Стандарты RS-422 и RS-485 не определяют топологические параметры сетевой конфигурации. Как правило, разработчики систем используют такую топологию, которая лучше всего соответствует физическим характеристикам системы.

Двух-  и  четырехпроводные  системы

RS-422 использует строго разделенные пары проводов для каждого сигнала: одну пару для передачи, одну - для приема, а также по одной для каждого сигнала квитирования/контроля (если в этом есть необходимость). RS-485 благодаря наличию третьего состояния (tristate) позволяет обойтись одной парой проводов как для приема, так и для передачи данных по полудуплексному протоколу. Такая конфигурация, называемая двухпроводной (хотя следует использовать еще дополнительный заземляющий провод), значительно снижает стоимость системы. Устройства RS-485 могут быть изначально рассчитаны на использование в двухпроводных системах либо иметь внешние органы управления (переключатели, перемычки) для установки их в двухпроводный режим. Устройства для двухпроводных систем оборудованы двумя сигнальными выводами (далее – выходами) – А и B, часто имеющими маркировку «–» и «+». Устройства, разработанные для четырехпроводных систем, имеют внешние выводы A и B для обеих пар проводов: приемной и передающей. Соединив попарно выводы A и B передающей и приемной сторон приемопередатчика, разработчик может подключить такой приемопередатчик к двухпроводной линии. Устройство последнего типа предоставляет разработчикам систем возможность организовывать большое число вариантов конфигурации сетей. Важным условием является наличие провода сигнальной земли, с помощью которого уровень синфазного напряжения Vcm на стороне приемника поддерживается в диапазоне допустимых значений. Линия связи может работать и без провода к сигнальной земли, но это может привести к снижению помехоустойчивости и надежности при обмене данными. На рисунках 2.1 и 2.2 изображены варианты топологии двух- и четырехпроводных систем.


dwg2.1
Типовая топология четырехпроводной многоточечной системы



dwg2.2
Типовая топология двухпроводной многоточечной системы

Согласование сопротивлений

Согласование используется для выравнивания сопротивлений узла и линии передачи. Если сопротивления не совпадают, то передаваемый сигнал поглощается приемником не полностью и его часть возвращается передающему источнику. Устранение такого рода отражений достигается путем согласования сопротивлений передатчика, линии связи и нагрузки при помощи согласующих элементов (терминаторов). Впрочем, этот метод имеет и ряд недостатков, так как повышает нагрузку на передатчики, усложняет конфигурацию сети, изменяет параметры смещения, а также затрудняет модификацию системы.

Необходимость использования согласующих резисторов определяется протяженностью линии связи и скоростью передачи данных. За основу можно принять следующее правило – если задержка распространения сигнала в одну сторону по линии связи намного меньше длительности одного бита, то согласование не требуется. Данное правило предполагает, что затухание отражений произойдет в течение нескольких циклов отражения сигнала в линии связи. Поскольку принимающий приемопередатчик (UART) производит выборку данных в середине бита, уровень сигнала в этой точке должен быть стабильным. Например, для кабеля длиной 600 м задержку распространения сигнала можно рассчитать путем умножения его длины на скорость распространения сигнала. Это значение, варьирующееся от 66 до 75% от скорости света («c»), указывается производителем кабеля. В нашем случае расстояние, проходимое сигналом от передатчика к приемнику и обратно составляет 1200 метров. При скорости распространения 0,66*c двустороннее прохождение сигнала длится примерно 6,1 мкс. При предположении, что отражения затухают в течение трех циклов двустороннего прохождения сигнала по всей длине кабеля, уровень сигнала стабилизируется через 18,3 мкс после прохождения фронта бита. При скорости 9600 бод длительность одного бита составит 104 мкс. Поскольку затухание отражений происходит значительно раньше достижения центра бита, согласование не требуется.


Примечание:   Понятие "середина бита" подразумевает графическое изображение процессов передачи сигналов. Физическая суть процесса такова : каждый бит данных представляется электрическим импульсом, в начале которого напряжение между проводниками в линии или между сигнальными выводами приёмника/передатчика отрицательное, затем резко возрастает до некоторого предела (уровня логической единицы) и остаётся таким в течение некоторого времени (называемого длительностью импульса), а затем вновь резко падает до прежнего значения. Если изобразить процесс графически, по горизонтальной оси откладывая время, а по вертикальной - напряжение, то изображение импульса будет напоминать прямоугольник. Такой сигнал именуется прямоугольным импульсом или прямоугольным электрическим сигналом. Говоря о середине бита, подразумевают середину электрического импульса. Ширина импульса - это на самом деле его длительность. «Выборка данных в середине бита» означает, что выборка производится примерно в середине (по времени) импульса. «Данные» здесь используются во множественном числе только потому, что этот термин никогда не используется в единственном числе.

Существует несколько способов согласования сопротивлений. Разработчики компании B&B рекомендуют использовать параллельное согласование, при котором на каждом конце линии связи устанавливаются согласующие резисторы с номиналом, соответствующим ее волновому сопротивлению, – обычно 120 ом. Эта величина соответствует значению внутреннего импеданса линии связи и не является функцией длины линии. Не рекомендуется использовать согласующие резисторы с номиналом, меньше чем 90 ом. Согласующие резисторы должны устанавливаться только на крайних концах кабеля, а в системах, не использующих повторители, их число не должно превышать двух. Недостатком такого вида согласования является очевидное увеличение нагрузки по постоянному току, что может быть причиной перегрузки, например, RS232–RS485 конвертеров, питаемых от портa. От описанного недостатка свободен другой способ согласования – со связью по переменному току. В последнем случае последовательно с согласующим резистором включается небольшой конденсатор, устраняющий протекание постоянного тока. Однако несмотря на это преимущество, параметры конденсатора напрямую зависят от характеристик системы. Подробнее об использовании конденсаторов можно прочитать в Руководстве No.903 компании NSC (National Semiconductors Application Note 903) (см. примечание 2). На рисунке 2.3 иллюстрируются оба способа согласования на двухпроводном узле RS-485. В четырехпроводных системах согласующие резисторы устанавливаются на приемной паре выводов узла.


dwg2.3
Размещение согласующих резисторов и конденсаторов

H3 style="font-style: italic">Защитное смещение в сети RS-485

При неактивном состоянии сети RS-485 все узлы находятся в режиме приема, а все драйверы не активны, т.е. приведены в «третье» состояние. Так как в сети нет явных возбудителей сигнала, ее состояние неопределенно. Если разность потенциалов на входах A и B приемника меньше порогового значения +/-200 мВ, то логическим уровнем на выходе приемника будет значение последнего полученного бита данных. Для обеспечения должного уровня напряжения в неактивном состоянии сети используются резисторы защитного смещения: резистор задания начального высокого уровня (pullup) на линии B (обычно до 5 вольт) и низкого уровня (pulldown) на линии A. На рисунке 2.4 изображено размещение резисторов защитного смещения на трансивере при двухпроводной конфигурации. Обратите внимание, что в четырехпроводной реализации системы на базе RS-485 резисторы защитного смещения должны быть установлены на стороне приемника.
  Номинал резисторов защитного смещения зависит от используемого вида согласования, а также от числа узлов в системе. Задачей является генерация достаточного тока смещения в сети, так как на выходах А и В необходимо гарантировать разность потенциалов > 200 мВ. Рассмотрим два примера расчета величин сопротивлений для резисторов защитного смещения.


dwg24
Трансивер с элементами защитного смещения


Пример 1: 10-ти узловая сеть RS-485 с согласующими резисторами с номиналом 120 ом
Сопротивление нагрузки каждого узла сети RS-485 составляет 12кОм, соответственно, на 10 узлов, соединенных параллельно, приходится 1200 ом. Кроме того, два 120-ти омных согласующих резистора дают еще 60 ом нагрузки, и общее сопротивление оказывается 57 ом. Очевидно, что согласующие резисторы и создают основную нагрузку. Для гарантии разности потенциалов А и В >200 мВ необходим ток смещения 3.5 мА. Для получения такого тока от источника напряжения 5В, полное сопротивление цепи не должно превышать 1428 ом. Вычтем 57 ом, которые и так уже являются частью нагрузки, и получим остаток 1371 ом. Распределим это значение пополам между резисторами для задания высокого (5В) и низкого (земля) уровней и получим, что на каждый резистор защитного смещения приходится не более 685 ом.



Пример 2: 32-х узловая сеть RS-485 без согласующих элементов
Сопротивление нагрузки каждого узла сети RS-485 составляет 12 Ком, соответственно на 32 узла в параллели приходится 375 ом. При этом сопротивлении для поддержания разности потенциалов не менее 200 мВ необходим ток 0.53 мА. Для генерации такого тока от пятивольтового источника, полное сопротивление не должно превышать 9375 ом. Поскольку 375 ом из этого общего значения приходятся на приемник, то сопротивление резисторов защитного смещения не должно превышать 9 кОм. Обратите внимание, что в системах, не использующих согласование, требуется очень малый ток смещения.

Резисторы защитного сопротивления могут быть установлены на любом узле сети или быть распределены между несколькими узлами. Сопротивление всех резисторов защитного смещения в системе должно быть меньше или равно рассчитанному значению. B&B Electronics использует 4,7 кОм-ные резисторы защитного сопротивления во всей линейке продуктов RS-485. Это значение применимо практически ко всем системам, не использующим согласование. Для каждой проектируемой сети необходимо рассчитывать значение сопротивления смещения. Недостаточное смещение (т.е. когда ток смещения мал из-за излишнего значения сопротивления резисторов смещения) может привести к различным эффектам, включая снижение помехозащищённости и даже полную потерю данных. Избыточное смещение меньше влияет на работоспособность системы, в первом приближении приводя лишь к повышению нагрузки на драйверы. Системы с конверторами RS-232 в RS-485, питающимися от порта, могут иметь повышенную чувствительность к превышению тока смещения.

Расширение возможностей

В некоторых случаях системы должны иметь большую протяженность линии связи или большее число узлов, чем предусмотрено стандартами RS-422 и RS-485. Для решения этих задач обычно используются повторители. Для разделения нагрузки на несколько сегментов в системе могут быть установлены повторители, например 485OP от B&B Electronics. Использование повторителей позволяет увеличить расстояние передачи еще на 1200 метров или добавить еще 32 узла.
    Другим методом увеличения числа узлов в сети RS-485 является использование маломощных приемников RS-485. Приемники этого вида характеризуются более высоким входным сопротивлением для снижения нагрузки на драйверы RS-485, благодаря чему число узлов в сети может быть увеличено. В настоящее время существуют приемники с характеристиками, с помощью которых можно расширить сеть до 64 и 128 узлов.


 
| главная | каталог | статьи | конттакты | прайс-лист |
..:: KAZUS.RU ::.. - 720 000 даташитов + поиск по складам поставщиков   eFind.ru - Система моментального поиска электронных компонентов непосредственно на on-line складах поставщиков Схемы и обзоры по электронике