¿Se necesita una conexión a tierra entre maestro y esclavo para este escenario RS485/422?

En resumen: no se necesita tierra, debido a las características de RS485. El aislamiento es en la mayoría de los casos lo mejor.

TIA/EIA 485 especifica que no más de ±7 V de potencial entre las tierras de dos dispositivos separados (que se muestran a continuación como GPD).

El método correcto para diseñar un enlace de datos diferencial es sin cables de tierra. Para diferencias de potencial de tierra superiores a los ±7 V especificados en EIA-485, utilice transceptores con capacidad de modo común alto o transceptores de bus aislado.

Fuente: https://www.planetanalog.com/signal-chain-basics-84-why-rs485-does-not-need-ground-wires/

En algunas aplicaciones industriales, es completamente posible tener grandes oscilaciones de tierra entre diferentes ubicaciones. Esto se puede medir usando un multímetro entre las dos ubicaciones a tierra. No debe exceder los 7 V (en los modos CC o CA). Si es así, para mantenerse dentro de las especificaciones, se necesitará aislamiento.

¿Debería ser mejor conectar la tierra del codificador directamente a la tierra del controlador a través de un cable dedicado?

La conexión a tierra del codificador debe volver a la fuente de alimentación, si la fuente de alimentación está alejada del Arduino, entonces no es necesario unir las conexiones a tierra (asumiendo que hay menos de ± 7 V entre Arduino y el codificador como se describe anteriormente).

SI el para el codificador se ejecuta de nuevo al arudino y no está conectado a una fuente de alimentación en el otro extremo (o la fuente de alimentación está en el arudino), entonces el diseño anterior también debería funcionar (suponiendo que el ruido de modo común de la resistencia del cable es aceptable (grandes corrientes a través de cables largos pueden causar rebotes a tierra, y la corriente depende de la corriente del codificador) La caída de voltaje del cable también es una preocupación si la fuente de alimentación está ubicada en el Arduino.

Si utilizo la misma fuente para los transceptores y el codificador, ¿importa la ubicación de la fuente de alimentación? ¿Puede la fuente de alimentación del codificador ser remota al codificador?

Realmente depende de la resistencia de los cables entre el codificador y el transceptor/Arduino. Si la fuente de alimentación se encuentra en el extremo de Arduino, se debe tener en cuenta la pérdida del cable.

Por ejemplo: 22AWG tiene 0.053Ω de pérdida por metro. SI el codificador consume 10 mA de corriente, eso es solo 5 mV de pérdida por 10 m de cable. 100mA y son ~50mV, más de 50mV y podría ser un problema.

Por lo tanto, hay algunas opciones, un tamaño de cable más grande o colocar la fuente de alimentación en el codificador, lo cual está bien para RS485 (siempre que las conexiones a tierra estén dentro de la tolerancia)

¿Dónde deberían estar las resistencias de terminación?

Para una configuración Rs422, lo que tiene está bien (el diagrama a continuación tiene datos debajo y un reloj arriba, opuesto al suyo), una resistencia de terminación debe ir en el lado receptor maestro y en el dispositivo esclavo (el codificador) también debe estar encendido El receptor.

Fuente: https://en.wikibooks.org/wiki/Serial_Programming/RS-485

Si usa solo un dispositivo RS845, una resistencia en el extremo del codificador y en el extremo del arudino es adecuada, como se muestra a continuación.

Fuente: https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/tutorials/7/763.html

Si tuviera que usar varios codificadores, entonces necesita una resistencia en el último dispositivo y en el maestro (Arduino).

Fuente: https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/tutorials/7/763.html

Como los transceptores no están aislados, permiten que los cables del bus estén 7 V por debajo de su pin GND y 7 V por encima de su pin VCC.

Esto significa que no puede haber más de 7 V de diferencia de potencial entre GND de esta placa y tierra del codificador.

Como esta placa tiene su potencial de tierra en el chasis de la PC conectado a tierra a través de una conexión USB, significa que la tierra del codificador también debe conectarse al mismo potencial de tierra a través de alguna ruta, con una impedancia adecuadamente baja que no permitirá más que los +/- 7V dados. diferencia entre ellos.

1) Basado en lo anterior, el codificador no puede flotar con referencia al controlador. Si el codificador se alimenta con una fuente de alimentación flotante separada en el lado del codificador, y esta fuente o codificador no tiene otra referencia al potencial de tierra, significa que debe haber un cable de tierra desde la placa del transceptor al codificador para mantener su potencial entre ambos. termina igual. No debe fluir corriente en este cable durante el uso normal, ya que es solo para mantener su potencial igual. Si la fuente de alimentación separada no es flotante pero tiene una referencia a tierra, es posible que no sea necesario un cable de tierra separado entre los dispositivos. Siempre puede elegir un conector y un cable para que la puesta a tierra pueda ser configurable, de modo que pueda decidir más tarde si conectar la puesta a tierra o dejarla desconectada, tal vez con un puente de soldadura o un puente.

2) Si usa el mismo suministro tanto para el codificador como para el controlador, entonces ya habrá una conexión a tierra entre el controlador y el codificador. La ubicación de la fuente de alimentación no importa si está cerca del codificador o del controlador. Debido a la corriente que fluye en el cable de tierra, habrá una pequeña diferencia de potencial entre los extremos, pero puede ignorar esto siempre que la caída de voltaje no sea demasiado y aún pueda proporcionar suficiente voltaje al extremo remoto para una operación adecuada. Pero tenga en cuenta que la tierra del controlador todavía está conectada a tierra a través de la conexión a tierra USB de la PC al controlador, incluso si el controlador recibe alimentación de una fuente separada en lugar de +5 V desde el USB.

3) La parte del controlador del transceptor puede manejar una carga de hasta 60 mA o hasta 54 ohmios, o una terminación de aproximadamente 110 ohmios en ambos extremos. Como las líneas de transmisión son solo unidireccionales y solo entre dos dispositivos como una conexión punto a punto en lugar de un bus de múltiples receptores, a menudo es suficiente terminar en el receptor con la impedancia característica del cable. También es común terminar ambos extremos de la línea de transmisión, por lo que en este caso las resistencias de terminación estarían justo en los pines del chip del transceptor. Entonces dibuje las resistencias en el chip, y puede omitir la resistencia de terminación del transmisor si descubre que no es necesaria, o coloque un puente o puente de soldadura para habilitarlo/deshabilitarlo.

Cita de la nota de aplicación de TI slla070d.pdf página 18:

Por lo general, las configuraciones del sistema RS-422 y RS-485 se presentan sin un cable de tierra separado. Sin embargo, las leyes de la física aún requieren una conexión a tierra sólida para garantizar una comunicación sin errores entre los controladores y los receptores.

Cita de "Understanding EIA-485 Networks" de Contemporary Controls:

El estándar establece claramente que los generadores y receptores requieren una ruta de retorno entre las tierras del circuito en cada extremo de una conexión. Esta ruta de retorno podría ser un alambre real en el cable que conecta cada una de las tierras lógicas juntas o la tierra puede proporcionar la ruta de retorno haciendo que cada tierra lógica regrese a tierra.

Cita de la versión 1 de las Notas de aplicación de Integrity Instruments:

La conexión a tierra es esencial para el funcionamiento confiable de cualquier red RS-485. También es el más pasado por alto y el menos comprendido. La forma más fácil de conectar a tierra su red RS-485 es simplemente usar la conexión a tierra como su ruta de retorno. Si bien es fácil, este puede no ser el mejor método para conectar a tierra su aplicación, ya que la fuga de corriente del equipo, las descargas electrostáticas (ESD) y los rayos impulsan la corriente a través de esta ruta, lo que da como resultado un alto contenido de ruido. La razón de este aumento del nivel de ruido se debe al hecho de que la tierra “tierra” presenta una resistencia relativamente alta. RS-485 está diseñado para funcionar normalmente con una diferencia de potencial de tierra de +/- 7 voltios. ... Una buena manera de reducir esta conexión a tierra y mantener esta diferencia de potencial de conexión a tierra dentro de los estándares es colocar un tercer cable

Cita de la nota 5 de Robust DataComm, supuestamente citando el propio estándar RS485. ( Enlace a la nota ):

"La operación adecuada de los circuitos generador y receptor requiere la presencia de una ruta de retorno de señal entre las tierras del circuito del equipo en cada extremo de la interconexión. La referencia del circuito puede establecerse mediante un tercer conductor que conecta los cables comunes de los dispositivos, o pueden establecerse mediante conexiones en cada equipo de uso a una referencia de tierra".

Es sencillo. Sí, necesita una conexión a tierra para asegurarse de que el modo común no se salga de las clasificaciones del receptor. La conexión a tierra puede no ser necesariamente buena, corta o lo que sea, pero tiene que estar ahí.

La única exclusión es cuando tiene alguna otra forma extraña de asegurarse de que no flote, como quizás conectar gnd en un lado a un vcc aislado en el otro lado. Pero es raro y requiere un análisis muy cuidadoso de ambos lados.

Una cosa más. Existe una forma estándar de manejar los encoders: suministrar alimentación (5V y GND) en el mismo cable por donde va la comunicación. De todos modos, en el lado del codificador no hay nada eléctrico. Una especie de callejón sin salida.

1. Siempre debe tener una CONEXIÓN (no necesariamente un cable) ya que no está aislada galvánicamente. Sin embargo, no es necesario un cable de tierra dedicado a menos que esté alimentado por batería o un extremo no esté conectado a tierra. Eso es lo que dice el artículo que vinculaste.

2. No importa. Para eso están los condensadores de desacoplamiento.

3. Con RS422/RS485, se usa una terminación en paralelo, por lo que va a continuación (idealmente más allá) del último receptor en la conexión en cadena.