W dziedzinie sterowania przemysłowego i automatyki budynków komunikacja RS-485 jest szeroko preferowana ze względu na różnicę w transmisji, zdolność do transmisji na duże odległości,i doskonałe działanie przeciw zakłóceniomJednakże w praktyce inżynieryjnej "impedancja pętli", która wpływa na stabilność komunikacji, jest często pomijana, co prowadzi do okazjonalnej utraty pakietów i przerw w komunikacji sprzętu.Rozwiązywanie takich problemów wymaga czasu i wysiłku.
W tym artykule przyjmiemy "życiowe i łatwe do zrozumienia" podejście, które pomoże Ci uzyskać dogłębne zrozumienie, czym jest impedancja pętli, dlaczego jest tak ważna,i jak zoptymalizować go w projektowaniu i debugowaniu, dzięki czemu komunikacja RS-485 może być gładka jak autostrada.
Wyobraź sobie system rur wodociągowych w domu: pompa wodna (przewodnik) przenosi wodę do punktu zużycia wody (odbiornik), a następnie woda wraca do pompy wodnej przez inną rurę,tworzenie cyklu.
Czynniki takie jak średnica rury, łokcie, gałęzie i ciśnienie wody będą miały wpływ na płynny przepływ wody.jest to kompleksowa manifestacja "oporu" wywieranego na sygnał AC w całej zamkniętej pętli, w której sygnał rozpoczyna się od końca nadającego, przesyła wzdłuż pary różnicowej, dociera do końca odbiorcy, a następnie wraca do końca nadającego.
- Opór (R): Jest podobny do oporu tarcia określonego przez średnicę rury.
- Indukcja (L): jest podobna do zaworów i łokci w rurociągu, co spowoduje efekt "histerezy" w przypadku zmiany sygnału.
- Pojemność (C): Można ją porównać do zbiornika wody lub zbiornika zapasowego wody, który przechowuje energię i uwalnia ją natychmiast, wpływając na wahania.
W systemie RS-485 całkowita "impedancja pętli" pod połączonym działaniem tych trzech czynników bezpośrednio określa jakość i niezawodność sygnału.
Kable komunikacyjne RS-485 zazwyczaj wykorzystują 120 Ω osłonięte pary skręcone, podobnie jak wybór rury wodnej o stałej średnicy wewnętrznej w celu zapewnienia minimalnej utraty przepływu wody (sygnału elektrycznego).
120 Ω rezystor jest podłączony równolegle na każdym końcu linii, aby "absorbować" energię sygnału i uniknąć "echo" - tak jak instalowanie zaworu tłumiącego na końcu rury, aby zapobiec młot wodny.
Kiedy wiele urządzeń jest połączonych równolegle na autobusie, jest to równoznaczne z podłączeniem wielu gałęzi do rurociągu.i sygnał jest bardziej prawdopodobne, aby być "shunted", co może spowodować, że odbiorca nie otrzymuje wystarczającego poziomu.
Każdy z złączy, każda dioda TVS lub każde urządzenie ochronne będzie dodawać niewielką nieciągłość, podobnie jak złącze w interfejsie rury nie jest szczelnie uszczelnione, co spowoduje lokalne wycieki lub zablokowanie.
Chociaż RS-485 jest komunikacją różniczkową, drut uziemiony nadal tworzy pętlę, która jest "niezaproszona" do zakłóceń w trybie normalnym.Różnica potencjału gruntu między różnymi urządzeniami jest jak różnica poziomu wody między różnymi wieżami wodociągowymi w systemie dostaw wody, co spowoduje problemy takie jak "odpływ" lub "przepływ".
Niezgodność impedancji spowoduje, że sygnał odbija się jak uderzenie w odblaskową ścianę, powodując zniekształcenie formy fali, dzwonienie i przesunięcie.Odbiornik nie rozróżnia, czy jest to "1" czy "0".
W przypadku transmisji na duże odległości lub przy dużych prędkościach, utrata jest poważniejsza.i sygnał może zostać "wyczerpany" przed dotarciem do miejsca przeznaczenia.
Impedancja niespójna jest jak luka w rurze, która jest bardziej narażona na "infiltrację" przez zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne, zwiększając współczynnik błędu bitowego.
Kierowca będzie wydawać większy prąd, aby zrekompensować osłabienie sygnału, tak jak pompa wodna pracująca z dużym natężeniem przepływu przez długi czas będzie się szybciej zużywać, co prowadzi do wytwarzania ciepła,zużycie energii, i ryzyko życia.
Podstawowa zasada: Utrzymanie ciągłości impedancji, czyniąc ją płaską, stałą w szerokości i z niewielką liczbą gałęzi jak asfaltowana droga.
Należy stosować osłonięte pary skręcone o wartości nominalnej 120 Ω.
Warstwa osłony powinna być niezawodnie uziemiona: należy rozważyć, czy uziemić jeden koniec, czy oba końce, w zależności od rzeczywistego środowiska zakłóceń.
Parę różnicową należy przeprowadzić o równej długości i równej odległości, aby uniknąć nierównomiernej impedancji spowodowanej zbyt długą jedną stroną.
Ślady różnicowe na płytce PCB nie powinny przekraczać podziału płaszczyzny podłoża i powinny być układane na tej samej warstwie lub stosować symetryczną płaszczyznę podłoża w miarę możliwości.
Podłącz 120 Ω rezystora końcowego równolegle do każdego końca przewodnika.
Jeśli konieczne jest tłumienie hałasu w trybie wspólnym, można zastosować "split termination": podłączyć dwa rezystory 60 Ω w serii i podłączyć mały kondensator równolegle w środkowym punkcie do ziemi,co jest równoznaczne z dodaniem "tłumika" do ścieżki sygnału.
Utrzymuj wyjście odbiornika na stabilnym znanym poziomie (zwykle logicznym "1") podczas pracy bezczynnej.
A pull - up resistor can be added to pull up the differential line A and a pull - down resistor to pull down the differential line B to avoid signal floating when the line is broken or no one is transmitting.
Należy przyznać pierwszeństwo zastosowaniu "topologii liniowej" (liniowej) i instalować rezystory końcowe tylko na końcach fizycznych.
Unikaj gwiazdek, pierścieni lub zbyt długich gałęzi, tak jak unikaj przypadkowego umieszczania gałęzi na głównej drodze, aby uniknąć korków.
Im szybszy (krótszy) brzeg sygnału, tym poważniejsze odbicie.można użyć nadajnika ograniczonego nachylenia lub można odpowiednio zmniejszyć częstotliwość baudów, aby dopasować "prędkość pojazdu" do "warunków drogowych".
Wykorzystaj sondę różnicową do obserwacji fali napięcia linii A/B i sprawdź, czy nie występuje dzwonek, przesunięcie lub osłabienie.Porównaj częstotliwość baudów z teoretyczną formą fali sygnału, aby określić, czy potrzebne jest ograniczenie nachylenia lub regulacja częstotliwości.
Odłączyć odcinek od odcinka, obserwować zmiany w formie fali i zlokalizować położenie niespójności impedancji lub wspólnych problemów trybu.
Spróbuj zastąpić kabel, rezystor końcowy lub dodać w podejrzanym miejscu gniazdo, aby zobaczyć, jak się zmieni.Optymalizacja układu uziemienia w celu zmniejszenia zakłóceń pętli uziemienia spowodowanych uziemieniem wielopunktowym.
Rury TVS i wstrzykiwacze standardowe powinny być odpowiednio skonfigurowane tak, aby wytrzymać napięcia zewnętrzne bez nadmiernego pochłaniania sygnału.
Upewnij się, że parametry pasożytnicze (zdolność, indukcyjność) elementów ochronnych mają kontrolowany wpływ na całkowitą impedancję.
- Zainstalowany jest tylko jeden koniec rezystora końcowego, co powoduje poważne odbicie na drugim końcu.
- Pozycja rezystora końcowego jest nieprawidłowa i nie jest umieszczony na fizycznym końcu.
- Jest zbyt wielu lub zbyt długich gałęzi, a sygnał odbija się wielokrotnie na gałęziach.
- Ślepo wybierając kable o pojemności nieprzekraczającej 120 Ω, które mają dużą różnicę dopasowania z odbiornikiem.
- Ignorując różnicę potencjału uziemienia między urządzeniami, powodując nadmierne napięcie wspólnego trybu.
- Całkowicie polegając na wewnętrznej awarii - bezpieczny nadajnik bez zewnętrznego uprzedzenia, co prowadzi do częstych błędnych osądów, gdy linia jest przerwana.
