En los campos de control industrial y automatización de edificios, la comunicación RS-485 es ampliamente favorecida debido a su transmisión diferencial, capacidad de larga distancia,y excelente rendimiento antiinterferenciaSin embargo, en la ingeniería práctica, la "impedencia del bucle", que afecta la estabilidad de la comunicación, a menudo se pasa por alto, lo que lleva a la pérdida ocasional de paquetes e interrupciones de comunicación del equipo.La solución de estos problemas requiere mucho tiempo y esfuerzo.
Este artículo tomará un enfoque "cerca de la vida y fácil de entender" para ayudarle a obtener una comprensión profunda de lo que es la impedancia de bucle, por qué es tan importante,y cómo optimizarlo en el diseño y depuración, para que la comunicación RS-485 pueda ser tan suave como una carretera pavimentada.
Imagínese el sistema de tuberías de agua en su hogar: la bomba de agua (conductor) empuja el agua al punto de consumo de agua (receptor), y luego el agua regresa a la bomba de agua a través de otra tubería,formando un ciclo.
Factores como el diámetro de la tubería, los codos, las ramas y la presión del agua afectarán al flujo suave del agua.es la manifestación integral de la "resistencia" ejercida sobre la señal CA en todo el circuito cerrado donde la señal comienza desde el extremo transmisor, transmite a lo largo del par diferencial, alcanza el extremo receptor y luego regresa al extremo transmisor.
- Resistencia (R): Es como la resistencia a la fricción determinada por el diámetro del tubo.
- Inductancia (L): Es similar a las válvulas y codos en la tubería, lo que causará un efecto de "histeresis" cuando la señal cambia.
- Capacidad (C): Se puede comparar con un tanque de agua o un tanque de almacenamiento de agua, que almacena energía y la libera instantáneamente, afectando las fluctuaciones.
En el sistema RS-485, la "impedencia de bucle" total bajo la acción combinada de estos tres factores determina directamente la calidad y confiabilidad de la señal.
Los cables de comunicación RS-485 suelen utilizar pares retorcidos blindados de 120 Ω, al igual que la elección de una tubería de agua con un diámetro interno constante para garantizar la pérdida mínima de flujo de agua (señal eléctrica).
Una resistencia de 120 Ω está conectada en paralelo en cada extremo de la línea para "absorber" la energía de la señal y evitar el "eco" - al igual que la instalación de una válvula silenciadora en el extremo de la tubería para evitar el martillo de agua.
Cuando varios dispositivos están conectados en paralelo en el bus, es equivalente a conectar múltiples ramas a la tubería.y es más probable que la señal sea "desviada", lo que puede dar lugar a que el extremo receptor no reciba un nivel suficiente.
Cada conector, cada diodo TVS, o cada dispositivo de protección añadirá un poco de discontinuidad, al igual que la unión en la interfaz de la tubería no está sellada bien, lo que causará una fuga o bloqueo local.
Aunque RS-485 es comunicación diferencial, el cable de tierra seguirá formando un bucle, que es "no invitado" a la interferencia de modo común.La diferencia de potencial del suelo entre diferentes dispositivos es como la diferencia de nivel de agua entre diferentes torres de agua en un sistema de suministro de agua, lo que causará problemas como "retroceso" o "flujo cruzado".
El desajuste de la impedancia hará que la señal "rebote" como si chocara contra una pared reflectante, lo que resulta en distorsión de la forma de onda, zumbido y sobrecarga.el receptor no puede distinguir si es "1" o "0".
La impedancia inestable equivale a una mayor fuga de agua en la tubería.y la señal puede "agotarse" antes de llegar al destino.
La impedancia discontinua es como un hueco en la tubería, que es más probable que se "infiltre" por interferencia electromagnética externa, aumentando la tasa de error de bits.
El conductor emitirá una mayor corriente para compensar la atenuación de la señal, al igual que una bomba de agua que funciona a un gran caudal durante mucho tiempo se desgastar más rápido, lo que conduce a la generación de calor,Consumo de energía, y riesgos para la vida.
Principio básico: Mantener la continuidad de la impedancia, haciéndola tan plana, constante en ancho y con pocas ramas como una carretera pavimentada.
Se utilizarán pares trenzados blindados con un valor nominal de 120 Ω.
La capa de protección debe estar conectada a tierra de manera fiable: se debe sopesar si se debe conectar a tierra un extremo o ambos extremos de acuerdo con el entorno de interferencia real.
El par de diferenciales debe ser encaminado con la misma longitud y el mismo espaciamiento para evitar la impedancia desigual causada por un lado que es demasiado largo.
Las huellas diferenciales en el PCB no deben cruzar la división del plano de tierra y deben colocarse en la misma capa o utilizar un plano de tierra simétrico en la medida de lo posible.
Conectar una resistencia de terminación de 120 Ω en paralelo en cada extremo del bus.
Si es necesario suprimir el ruido del modo común, se puede utilizar "terminado dividido": conectar dos resistencias de 60 Ω en serie, y conectar un pequeño condensador en paralelo en el punto medio a la tierra,que es equivalente a añadir un "sombreador" a la trayectoria de la señal.
Mantenga la salida del receptor en un nivel conocido estable (generalmente lógica "1") cuando el bus esté inactivo.
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.
Priorizar el uso de la "topología lineal" (línea recta) e instalar resistencias de terminación solo en los extremos físicos.
Evite estrellas, anillos o ramas muy largas, así como evitar colocar ramas al azar en la carretera principal para evitar atascos.
Cuanto más rápido (más empinado) sea el borde de la señal, más grave será el reflejo.se puede utilizar un transceptor de inclinación limitada o la velocidad de transmisión puede reducirse adecuadamente para que coincida con la "velocidad del vehículo" con las "condiciones de la carretera".
Utilice una sonda diferencial para observar la forma de onda de voltaje de la línea A/B, y compruebe si suena, sobrepasa o atenúa.Compare la velocidad de transmisión con la forma de onda teórica de la señal para determinar si se necesita limitar la pendiente o ajustar la velocidad.
Desconecte las ramas sección por sección, observe los cambios en la forma de onda y localice la posición de la discontinuidad de la impedancia o los problemas de modo común.
Pruebe a reemplazar el cable, la resistencia de terminación o añadir un estrangulamiento de modo común en el área sospechosa para ver el efecto del cambio.Optimizar el diseño de puesta a tierra para reducir la interferencia de la bucle de tierra causada por la puesta a tierra de múltiples puntos.
Configurar los tubos de TVS y los estranguladores de modo común razonablemente para resistir las sobrecargas externas sin absorción excesiva de la señal.
Se asegurará de que los parámetros parasitarios (capacidad, inductancia) de los componentes de protección tengan un impacto controlable en la impedancia total.
- Solo se instala un extremo de la resistencia de terminación, lo que resulta en un serio reflejo en el otro extremo.
- La posición de la resistencia de terminación es incorrecta y no se coloca en el extremo físico.
- Hay demasiadas ramas o demasiado largas, y la señal rebota repetidamente en las ramas.
- Elegir ciegamente cables que no sean de 120 Ω, que tienen una gran diferencia de coincidencia con el receptor.
- Ignorando la diferencia de potencial de tierra entre los dispositivos, lo que resulta en un voltaje excesivo de modo común.
- Confiando completamente en el fallo interno - Seguro del transceptor sin sesgo externo, lo que lleva a frecuentes errores de juicio cuando se rompe la línea.
