Efecto del controlador "incorrecto" con stubs RS-485 ligeramente largos

Tengo una instalación RS-485 planificada de 250 kbit/seg, de un solo par, de 36 metros, en la que es ventajoso para fines de cableado si las longitudes de los terminales pueden ser un poco más largas que las óptimas. Hay un solo transmisor casi siempre y tres receptores casi siempre. "Casi siempre" significa durante el funcionamiento normal, pero durante las visitas de mantenimiento mensuales, los receptores transmitirán durante unos segundos. (Es el control de iluminación DMX-512 con RDM muy ocasional). Está controlando la iluminación subacuática con fines arquitectónicos, por lo que la consecuencia negativa de la corrupción de datos sería meramente estética.

RS-485 está claramente diseñado para usarse con las longitudes de ramal más cortas que sean prácticas. Sin embargo, es una cuestión de ingeniería acerca de cómo la longitud del stub afecta la calidad de la señal y qué hacer si otros asuntos requieren stubs más largos.

Lo siguiente es de Texas Instruments " AN-1057 Ten Ways to Bulletproof RS-485 Interfaces"

Aunque la discusión de las configuraciones y la sección sobre stubs aconsejan minimizar la longitud de los stubs para evitar problemas en la línea de transmisión, es posible que la aplicación no permita minimizar la longitud de los stubs. Otro enfoque es aumentar el tiempo de transición del conductor para permitir tramos más largos sin efectos de línea de transmisión. Si utiliza el DS36C280, los cabos largos pueden derivarse del cable principal. Esta disposición mantiene corto el cable principal, mientras que enrollar el cable de un lado a otro para llegar a los nodos ubicados de manera inconveniente aumentaría en gran medida la longitud del cable principal. Además de permitir stubs más largos, las tasas de borde más lentas generan emisiones más bajas. Por lo tanto, este transceptor también es útil para aplicaciones que limitan severamente el ruido emitido.

El cable es un par trenzado conductor de 0,34 mm 2 sin blindaje personalizado de alta calidad (aprox. 22 AWG) con 1,0 mm 2 24 VCC en la misma funda. La instalación se encuentra aproximadamente a 1 metro bajo el agua .

¿Cuál es el efecto de un controlador con un tiempo de subida de 10 ns frente a uno con un tiempo de subida de 1,2 μs?

Tengo entendido que el tiempo de subida/bajada está limitado al 30 % del tiempo de bit y que varias reglas generales sitúan la longitud del trozo en una distancia de propagación del 10 % al 25 % del tiempo de subida. (Usando varias notas de aplicación de TI y Maxim).

Nuestro controlador deseado es algo así como Maxim 3430, que tiene una velocidad de respuesta limitada adecuada para 250 kbit/seg ( hoja de datos ), pero podríamos vernos obligados a usar equipos con Maxim 3485 ( hoja de datos ); alternativamente Analog Devices 2582 con 15 ns cuando preferiríamos 2587 con 200-1100 ns ( hoja de datos ).

¿Qué efecto podría tener esto? ¿Deberíamos hacer algo especial si tenemos el controlador "incorrecto"?

mis calculos

  • La velocidad de datos es de 250 kbit/seg.
  • Tiempo de bit por lo tanto 4 μseg
  • Tiempo máximo de subida/bajada, por lo tanto, 1,2 μs (30 % del tiempo de bit)
  • A una velocidad de señal de 0,6 c esto es 216 m
  • 25 % de eso es 54 m

Diagrama simplificado:

            22m     14 m
    t-T-+--------+-------R-t
        | 6 m    | 6 m
        R        R

 T transmitter, R receiver, t termination, m is metres

Dado que mi longitud total es de 36 m y mis extremos son de 6 m, creo que esto sugiere que funcionará de manera confiable. ¿Estoy equivocado?

Muchas gracias por sugerencias y consejos.

¿Por qué no analizó la señal durante la puesta en servicio para verificar la integridad de la señal en el host? ¿Cuánto baja la impedancia en un medio dieléctrico de 80 vs aire de 1? Debería haber usado un cable STP para minimizar ese efecto.
Gracias por comentar, creo que es probable que lo probemos primero. Re blindaje, siguiendo el artículo de Perrin "Arte y ciencia de RS-485" (Circuit Cellar 1999) decidimos no hacerlo: tenemos muchos sitios con este cable, en su mayoría mucho más grandes (aproximadamente 200 m), típicamente 30 nodos, terminales de 500 mm y las señales parecen un libro de texto.
Por lo que leí en el artículo de Perrin. Daisy Chain es mejor, no Stubs, host common ground para cada objetivo es mejor (¡pero más $), pero STP es mejor (!) Y si su tiempo de subida es rápido, es mejor que tenga Daisy Chain, de lo contrario es un desastre.
También esperaría una reducción del margen de fluctuación de ISI con un tiempo de aumento del 30% de la distorsión de retardo de grupo con NRZ.
Todo el mundo está de acuerdo en que la conexión en cadena es mejor, todo el mundo está de acuerdo en que los escudos reducen el ruido. Mi pregunta es si los stubs un poco más largos son realmente problemáticos en este tipo de geometría, en este tipo de velocidades de datos, y si la elección del controlador es importante dentro de las restricciones que he descrito.
@jonanthanjo ¡El tiempo de subida del controlador no puede exceder 1,2 us a 250 kbps y no se permiten stubs (nada) a esta velocidad de datos! ¿Le gustaría ver una simulación con un tiempo de subida de 10 ns?
TI AN-1057 (enlace en q, sección 6) parece sugerir que está bien que el código auxiliar sea como máximo el 25 % del tiempo de transición. 1.2us = 216 m, 25% es 54m, calc en q. ¿Esto esta mal? La sección 3 dice que a los 10 ns, el trozo debe tener menos de 150 mm. ¿Por qué dices que "nada" está permitido?
La hoja de datos indicaba 128 transceptores en un bus "único" y mi Sim parecía ruidoso en ese momento, por lo que sospeché que había nerviosismo. Pero mi falla en la simulación y ahora el 1.2us tiene una mejor impedancia y se ve bien con el tiempo de subida de 1.2uS, excepto tal vez el borde del primer bit, así que retractaré esa restricción. Pero sin control de tiempo de subida, es un desastre con fallas de eco.
El filtrado tinyurl.com/y6l9roce 1.2us y el no filtrado tinyurl.com/yxg5nbvr no son tan buenos, pero se pueden filtrar externamente
No tengo experiencia real en esto, así que tómalo con pinzas, pero la señalización RS485 en sí también es bastante robusta contra los reflejos. Siempre que no sean lo suficientemente fuertes y largos para alterar el estado del bit en la mitad del intervalo del bit (cuando el receptor lo muestrea), incluso los picos grandes no causarán problemas reales. Esto se debe a que solo el bit de inicio es sensible al borde y está precedido por un retraso de bit de parada. Una señal sensible al borde (como un pulso de reloj) sería mucho más sensible a los picos.
@SunnyskyguyEE75 gracias por estos sims tan interesantes... Confieso que los estoy mirando lentamente hasta que creo que los entiendo.
@jonathanjo El OpAMp es ideal para mostrar el ancho de pulso de latencia. Las líneas de transmisión están definidas por Zo y t delay con longitud de onda equivalente dada usando v/c=66% Creo que los cables son ideales (conexiones no inductivas) Las reflexiones se basan en la física. Puede elegir cualquier cable 50 o 60 de un solo extremo o 100 o 120 diferencial, pero el agua y la falta de coincidencia afectan el CMRR del cable que no se muestra en la simulación. pero afectará la calidad de su señal. Puede agregar capacitancia de carga parásita si cree que es relevante (10pF) en Rx.

Respuestas (2)

RS485 especifica claramente una topología de red sin stubs, excepto unos pocos milímetros desde el conector hasta el transceptor IC. Así que depende de ti decidir.

Me gustaría sugerirle que use 2x6m = 12m adicionales de cable y elimine los stubs, después de todo, 250 kbps no es una velocidad lenta.

250 kbps es a) bastante lento yb) lo que importa más para el ancho de banda de la señal que depende del tiempo de subida del transmisor. Con tr=15ns, la longitud permitida del talón se reducirá a decenas de centímetros. La cantidad de cable adicional es solo 2x6m = 12m BTW.
@ Manu3l0us b) tiene razón, he editado, solo se necesitan 12 m de cable adicional.
No estoy en desacuerdo por un segundo, sería mejor eléctricamente pasar el cable adicional. Pero esto es ingeniería: mi pregunta es qué sucede realmente si usamos el controlador de 10 Mbit/s en lugar del controlador de 250 Kbit/s. ¿Deberíamos agregar algún otro tipo de acondicionamiento de señal? Modifiqué la pregunta con una cita de la nota de la aplicación TI sobre talones más largos.
Desde la nota de la aplicación TI que ha vinculado: "Minimizar la longitud del stub minimiza los problemas de la línea de transmisión. Para los transceptores estándar con tiempos de transición de alrededor de 10 ns, los stubs deben tener menos de 6 pulgadas".
@jonathanjo De todos modos, si está limitado con esos stubs de 6 m, entonces podría haber una solución al alterar/agregar resistencias de terminación. He visto esto en redes CAN, no sé si se puede aplicar a rs485.
@MarkoBuršič sí, por supuesto, acortar los stubs minimiza los problemas, si los hay ... mi pregunta es, nuevamente, qué sucede realmente si usamos el controlador de 10 Mbit/s en lugar del controlador de 250 Kbit/s en circunstancias como esta. Estamos prácticamente fuera de la parte inferior del gráfico de velocidad frente a distancia, y podemos soportar un jitter de aproximadamente un 5 %, ¿realmente habrá algún problema?
tinyurl.com/yxg5nbvr ¿Qué opinas de estos fallos de tiempo de subida de 20 ns de Zo perfectamente combinado?
Estoy de acuerdo con Marko. Hace mucho tiempo, mis "gerentes" querían colgar un trozo de 50 pies en un autobús 1553. Hice una simulación en el dominio del tiempo y les mostré las feas consecuencias. Pero con una terminación adecuada, los reflejos del receptor se redujeron considerablemente. Por supuesto, estos sistemas de bus necesitan receptores de alta impedancia, por lo que puede haber un precio a pagar si cuelga una carga en el bus.

Clásicamente, si puede OCULTAR los reflejos dentro de los tiempos de subida y bajada, entonces tiene un sistema robusto, SI tiene algo de histéresis.

Con SÍMBOLO (NRZ, en ese momento) de 4 microsegundos, ¿configurará el enlace para tiempos de subida y bajada de 3 microsegundos? e histéresis al 25% y al 75% de la oscilación de escala completa?

sí, si la latencia 2x es < tiempo de subida, pero si el tiempo de subida es del 75 %, el ISI puede aumentar debido a que el retraso del grupo no es tan plano, pero eso puede compensarse a veces.
Efecto del controlador "incorrecto" con stubs RS-485 ligeramente largos
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