¿Es esta una configuración razonable para terminar y proteger un transceptor RS-485?

Estoy trabajando en un diseño en el que un transceptor IC RS-485 está conectado a un cable Cat5e, con suerte a 96 kbaudios a una distancia de hasta 150 m. Me gustaría ofrecer algo de protección en el diseño, pero en realidad nunca he trabajado con diodos RS-485 o TVS, así que busco tranquilidad y consejos sobre la implementación de la protección.

Diagrama de circuito

Estoy usando un transceptor MaxLinear SP485EEN-L/TR RS-485 . Los diodos TPD1E1B04 TVS tienen un V BRF de 6,4 V y un V RWM de ±3,6 V.

Los datos se envían a través de uno de los pares trenzados. Otro pin en el RJ45 proporcionará una referencia a tierra al otro lado y el blindaje estará conectado a tierra.

Mis pensamientos en el diseño de arriba son los siguientes:

  • El extremo receptor tendrá un diseño de terminación y protección correspondiente, la única diferencia es que IC1 se configurará como un receptor (RE y DE conectados a tierra, datos de salida de RO).
  • Los valores de la resistencia de terminación (R3, R4, R5) se eligieron de manera bastante arbitraria en función de los cinco o seis ejemplos conflictivos diferentes que encontré en línea.
  • R6 y R7 están destinados a ofrecer una limitación de corriente mínima en el caso de un cortocircuito y actúan como fusibles para cortocircuitos de alto voltaje (por ejemplo, cortocircuito a la red eléctrica en un escenario de falla catastrófica). Con 10R en cada lado, devalué el valor especificado normalmente de R3 en 20R.
  • R6 y R7 más los demás en el lado receptor podrían ayudar a resolver la falta de coincidencia de impedancia entre el controlador RS-485 (esperando 120R) y el cable Cat5e (que entiendo es 100R). Sin embargo, probablemente no importe demasiado a 96k baudios.
  • Las curvas TLP positivas y negativas de los diodos TVS no muestran una conducción significativa hasta alrededor de 6,3 V, lo que debería ser suficiente para proteger IC1 pero no debería activarse hasta que haya una sobretensión real.
  • No estaba seguro si dejar flotando el pin RO en el SP485 IC, ya que no se usa en este lado del circuito. Lo mismo para DI en el lado receptor. No pude ver nada en la hoja de datos que especificara esto, o mostrara cómo se veía el circuito IO. Probablemente incluiré almohadillas para resistencias en ambos, pero márquelos como DNP, a menos que alguien tenga más información para ofrecer.

¿Este diseño parece sensato? ¿Algún error importante? ¿Hay alguna mejora que se pueda hacer?

¿De dónde viene el poder? ¿Y es este un dispositivo completamente aislado (como una cámara PoE), un dispositivo con el mismo potencial de tierra (como en un centro de datos) o, en el peor de los casos, un dispositivo separado, conectado a tierra y alimentado de forma independiente (como conectar dos PC en diferentes edificios?) Eso determinará qué protección se requiere.
Vaya, debería haber aclarado la función de este diseño. El lado del transmisor es un concentrador de interruptores de automatización del hogar, que será un dispositivo de red conectado a tierra en una caja de montaje en rack. La PCB del transmisor se alimentará mediante un módulo de suministro de conmutación de CC, por lo que la red nunca debería llegar a la PCB. Los receptores serán botoneras alimentadas con +12V entregados por cable Cat5e, sin toma de tierra ni alimentación separada propia. Los cables Cat5e atravesarán las paredes, por lo que la principal preocupación es que alguien los atraviese con un clavo y al mismo tiempo una fuente de alimentación.

Respuestas (1)

Un bus RS485 real se configuraría para transmisión bidireccional y no se dedicaría al flujo unidireccional. Si desea utilizar flujo unidireccional, debería ser más apto para estudiar técnicas de terminación para RS422.

La terminación paralela simétrica en cada extremo, como se muestra, es lo que desea para un bus que necesita transmitir en ambas direcciones.

Para la transmisión unidireccional, realmente solo necesita la terminación de 100 ohmios en el extremo del receptor. También puede elegir resistencias de 50 ohmios en cada pata en el lado de transmisión, lo que sería una terminación óptima para un controlador.

Las resistencias de 680 ohmios solo se necesitan para una terminación a prueba de fallas en un lado del receptor para polarizar el receptor para ver un nivel de voltaje de "bit de parada" en caso de que se desconecte un cable. En su caso, no son necesarios en el lado del controlador de su transmisor.

No estoy seguro de entender tu respuesta. ¿Cómo afecta la direccionalidad a las cosas aquí? También creo que puede haber leído mal el esquema; las resistencias son 100R y 10R, no 100K y 10K.
Estaba leyendo en mi teléfono. Parecía K en lugar de R. 🙃. La naturaleza en RS485 es bidireccional. Unidireccional en un par sería más como RS422.
Todavía no estoy seguro de entender tu punto sobre la direccionalidad. ¿Es solo un tecnicismo o hay implicaciones de diseño reales que son importantes para mi caso de uso? Seguramente es lo mismo que una interfaz RS-485 cuyo firmware/software nunca envía ningún dato en una dirección en particular.
Lo que es tan difícil de entender. ¡La especificación RS485 es para un bus de comunicaciones bidireccional! Llamar a lo que estás haciendo RS485 es incorrecto. Para la transmisión unidireccional, realmente solo necesita la terminación de 100 ohmios en el extremo del receptor. También puede elegir resistencias de 50 ohmios en cada pata en el lado de transmisión, lo que sería una terminación óptima para un controlador.
La terminación paralela simétrica en cada extremo es lo que desea para un bus que necesita transmitir en ambas direcciones.
Ah, sí, por supuesto, porque el punto es evitar reflejos en el extremo receptor. Entonces, ¿50R en cada línea en el lado del transmisor, 100R en las líneas del receptor? ¿Qué pasa con las resistencias pullup/pulldown 680R?
Las resistencias de 680 ohmios solo se necesitan para una terminación a prueba de fallas en un lado del receptor para polarizar el receptor para ver un nivel de voltaje de "bit de parada" en caso de que se desconecte un cable. En su caso, no son necesarios en el lado del controlador de su transmisor.
RS422 es simplex, suministro V+ único, Tx= 150mA. RS485 es semidúplex +/-V bipolar Tx=250mA, pero ambos tienen las mismas limitaciones de velocidad*distancia de 100kbps*1200m pero aquí solo se necesitan 96kbps *150m. La impedancia equilibrada es clave para CMRR, pero una sola terminación Zo es mejor para un par frente a dos R con una tolerancia del x% para que coincida con el cable. Cat5e= 100 ohmios 15%
Gracias a todos, muy útil. Alteraré mi diseño a las especificaciones que diste.
@TonyStewartSunnyskyguyEE75: el RS485 es simplemente bipolar con respecto al aspecto diferencial de las dos líneas de transmisión de señal. El receptor y el controlador funcionan con los mismos +5V y GND que RS422.
Sí . ambos son básicamente controladores de nivel lógico de 5 V CMOS de 50 ohmios, aunque el lado Nch tiende a ser más bajo que el lado alto Pch. mientras que el multipunto FDX bidireccional usa terminadores en ambos extremos en RS485, mientras que RS422 es simplex usa solo UN terminador en el extremo Rx. Por lo tanto, Vout está entre 0 y 5 V sin carga y la elección de la carga depende totalmente de la elección del cable, por ejemplo, coaxial de 50 ohmios o cinta de 120 ohmios o UTP y Cat5 de 100 ohmios.
¿Es esta una configuración razonable para terminar y proteger un transceptor RS-485?
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