Terminación RS485: CA + a prueba de fallas + paralelo + bidireccional

Esta es una pregunta interesante :-) Aprobado por pensarlo detenidamente. Veo que muchas personas todavía usan RS485, pero casi nadie intenta entender la terminación (casi nadie conoce las reglas básicas de los libros de texto, en realidad). Además, ¿entiendo correctamente que ha intentado ver la línea con un 'alcance? Excelente, casi nadie hace eso también.

Yo mismo hice un ejercicio sobre la terminación RS485 el otro día... No consideré la terminación de CA (no en el sentido diferencial habitual), pero sí me concentré en el papel de la conexión a tierra de referencia, la polarización ("a prueba de fallas") y el común. terminación del modo, ya que eso sí pareció marcar la diferencia.

La única deficiencia clásica de RS485 es el hecho de que no se garantiza que los nodos estén aislados de tierra por definición. Ethernet de par trenzado es mucho más fácil de manejar por esa única razón.

Mirando su terminador solo R con seguridad en el esquema que publicó, encuentro su asimetría intrigante y extraña. Aprecio que la resistencia diferencial neta sea de 100 ohmios, pero no apruebo que la línea B esté ligada por solo 24 ohmios a GND... ¿cómo llegaste a esa configuración asimétrica? Creo que los pines RX y TX en los transceptores 485 son bastante equivalentes. Mantendría la polarización simétrica.

A diferencia de otros carteles aquí, no intentaría buscar transceptores con resistencias de polarización (a prueba de fallas) integradas. Los nodos deben tener una Z alta al escuchar, la protección contra fallas (¡y la terminación!) debe ser una función del bus, en lugar de un transceptor individual. Para lograr que las entradas A/B estén siempre "dentro del campo de juego" en cada nodo individual, debe usar una conexión a tierra de referencia, con una resistencia de 100 ohmios en cada nodo, como dirían algunos, o conectada directamente. Si la oscilación del suelo local es demasiado, utilice aislamiento. La polarización en cada nodo no lo lleva a ninguna parte. A menos que sus tierras de referencia estén aisladas (flotantes), cualquier resistencia de polarización es demasiado débil para superar los bucles de tierra duros. Y, si el blindaje del par de señales es individual y estricto, es decir, la línea de transmisión se parece más a un twinax,un terreno de referencia apropiado! ya que el blindaje es efectivamente un tercer conductor en el sentido de transmisión de energía de RF. Cualquier conductor que conecte a tierra en un solo extremo, se convierte en una antena en su propia longitud de onda.

He intentado la terminación de CA antes (RC) con líneas coaxiales (para IRIG). Debería echar un vistazo con un alcance, cuál es el resultado real: en el terminador y en cualquier nodo transceptor a la mitad de la línea. Intente experimentar con demasiada y muy poca capacidad.

Sus fórmulas generales para la elección de condensadores parecen correctas, está razonando en la dirección correcta. Y creo que al menos la terminación RC (enfocada en CA) es apropiada incluso en líneas que son "demasiado cortas y demasiado lentas", ya que los UART pueden tener varios puntos de muestreo dentro de una sola longitud de bit, o si solo hay un solo muestreo punto, no puede estar seguro de dónde está exactamente...

Dicho esto, mi sensación general es: no debería preocuparse tanto por la carga de CC. Los transmisores (IC del transceptor y sus fuentes de alimentación) están diseñados principalmente para manejar 60 ohmios de CC en su salida, 24 horas al día, 7 días a la semana. Y la mejor opción es la terminación directa de CC en ambos extremos de la línea de transmisión.

Si su patrón TX/RX es dúplex completo y el transmisor siempre está encendido, su preocupación puede tener algo de crédito: si OTOH el patrón de comunicación es "escaso", es decir, los transceptores pasan la mayor parte del tiempo en Z alto, no es así. No tiene mucho sentido estar obsesionado con la carga de CC.

Y, en una línea de transmisión, ¡el transmisor también debe tener una impedancia adaptada! En los sistemas misceláneos de RF, esto normalmente se realiza mediante una terminación en serie en el transmisor. No estoy seguro exactamente acerca de RS485 (el FET cambia con fuerza a los rieles de alimentación), especialmente si su transmisor está siempre encendido; tal vez verifique con un 'alcance, con y sin terminación "en el extremo del transmisor" (si su "siempre en el maestro" realmente es en un extremo TML) pero como ya dije, no se preocupe demasiado por la carga presentada por el segundo terminador. Como tarea, probablemente debería tomar un alcance y ver un transmisor 485 en un extremo de la línea cambiando de estado activo a Z alto :-)

Por cierto, se ha conectado a algún dongle USB/485 (su nodo maestro) pero ese es un circuito completo en una caja de plástico opaca, no conocemos los detalles de su cableado interno. Apuesto a que dentro de él encontrarás un SN75176 o algún trabajo similar más moderno. Y es probable que vuelva a Z alta si el FIFO y el "registro de espera del transmisor" alguna vez se vacían.

===EDITAR===

Para una perfecta coincidencia de impedancia RF TML en el transmisor, el chip TX necesitaría cambiar los rieles de alimentación al TML a través de una resistencia local de 60 ohmios diferenciales, o en el mundo real 30 ohmios efectivos en serie con cada pin (A/B ). Esto también tiene sentido como protección contra cortocircuitos (límite de corriente). Mirando la hoja de datos SN75176, no puedo ver una terminación en serie explícita, ni en serie con las salidas de línea, ni con interruptores de tótem individuales, pero sí recuerdo que la amplitud de la señal disminuye un poco, a medida que conecta el primero y el segundo terminador. La hoja de datos menciona un límite de corriente de 60 mA durante TX en los terminales A/B; nuevamente considerando el esquema interno, esto tendría que ser algún límite inherente no destructivo de los interruptores del tótem (o tal vez en realidad son fuentes actuales). Tenga en cuenta que cualquier actividad que ocurra en los tótems de salida del chip está limitada por los rieles de alimentación de 0/+5V. Un total de 5V en 120 ohmios significaría 83 mA. A 60 mA, la amplitud de salida diferencial en una línea terminada correctamente será de 60 ohmios * 60 mA = 3,6 VIe en ese escenario, la impedancia diferencial efectiva del chip es de 23 ohmios (1,4 V a +5 V, /60 mA).

Creo que tienes cosas más complicadas. ¿Por qué no usar una resistencia de terminación de 120 ohmios en ambos extremos? Es simple y más confiable.

Como dijiste, no tienes stubs, toda la línea de transmisión está conectada en cadena, el cable tiene las características de impedancia especificadas, entonces lo mejor es usar una resistencia de 120 ohmios en ambos extremos.

Lo inteligente cuando se usa una PC es tener un transceptor RS485 de tipo aislado y tener esos pullup/pulldown habilitados. No a todos los dispositivos les gustan los pull-ups. Algunos de ellos funcionan esperando que A tire hacia arriba y B hacia abajo, y algunos A tiran hacia abajo y B tiran hacia arriba. Mira esto.

EDITAR: Mi recomendación. No utilice el blindaje como tercer conductor. El blindaje debe estar conectado a tierra en cada nodo, pero solo en un extremo. En general, cada parte del escudo está conectada en erath solo en un punto. No existe una conexión directa del maestro al nodo final sobre el escudo.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Lo que desea hacer es encontrar el valor de histéresis mínimo para una señal diferencial y conducir suficiente corriente a través de la resistencia de terminación de línea para al menos el doble del voltaje Vrh mínimo (voltaje de histéresis del receptor) en tantas cargas como vaya a tener. La resistencia de carga es otro valor de la hoja de datos y la resistencia de impedancia de línea 120 se agrega en paralelo a eso.

Para el MAX485, por ejemplo, Vrh (histéresis del receptor) es de 70 mV y Rrl (resistencia de carga del receptor) es de 12 K. Con solo 2 de estos, la carga en cada extremo con resistencias de terminación dobles de 120 ohmios es de 59 ohmios. Con 140 mV y 59 ohmios, necesitamos 2,37 mA de corriente. Eso significa que VDC menos Vrh*2 dividido por nuestra corriente de carga calculada nos da 2.050K. Dividiendo por 2, nuestras resistencias ideales a prueba de fallas son 1K. Solo necesita uno de estos en las ubicaciones de la resistencia de terminación. Los valores que usaría en otro lugar necesitarían solo 12.5uA (12K Rrl), por lo que serían resistencias duales de 180K.

Su mejor apuesta por debajo de 115K y símplex o dúplex completo es la terminación de un solo extremo, ya que una salida de chip de solo transmisión no necesita terminación. Half duplex es donde ayuda la terminación de ambos extremos.