RS-485 (1032047), страница 3
Текст из файла (страница 3)
КабелиBelden RS-485 (9841-9844) обладаютволновым сопротивлением 120 Ом.Волновое сопротивление кабелей AlphaWire (Alpha 6222-6230) составляет 100 Ом.Третья методика терминированияназываетсядвунаправленной(bidirectionaltermination)и позволяетРис. 6 – Несколько методик терминирования, широко применяемых вдобитьсянизкойстепениискаженностирамках сетей RS485.сигнала. Использование этой методикипозволяет разместить линейные драйверы в любом месте сети.
Недостаток – энергопотребление. Этаметодика является, пожалуй, самой надежной технологией терминирования сетей RS-485.Четвертый, наиболее сомнительный, метод называется терминированием по переменному току(AC termination). Основная мысль заключается в использовании конденсатора в качестве блокирующегоэлемента по постоянному току с целью снижения энергопотребления. Вообще, автор не встречалэффективного применения этой методики.
Эта методика включена в руководство, опубликованноекомпанией National Semiconductor [7], надеемся, что у этой методики все-таки есть какие-то приложения,но мы также уверены, что потребуется большое количество тонких настроек для надежногофункционирования системы.И последний вопрос и области терминирования – что делать с неиспользуемыми проводникамикабеля? Неиспользуемые проводники, подверженные авторезонансу, наводят помехи на проводапередачи данных. Если неиспользуемые кабели не подвергнуть терминированию, они будутрезонировать на всевозможных неизвестных частотах; если их заземлить с одного конца, они будутрезонировать при длине волны, равной L/2, а если их заземлить с обоих концов, они будут резонироватьпри длине волны, равной L/4.ООО «ИМАГ» дистрибьютор компании TELDOR на территории РФwww.emag.ru, т.
(495)3627714 ф. (495)3627699Стр. 6 из 10TELDOR Wires&Cables Ltdwww.teldor.comЛучшим методом минимизации энергии в неиспользуемом проводнике является ее выделение степлом. Проще говоря, необходимо выполнить терминирование обоих концов неиспользуемогопроводника на землю с использованием резисторов (двунаправленное терминирование). Сопротивлениетерминального резистора должно равняться волновому сопротивлению линии.ЗАЩИТНОЕ СМЕЩЕНИЕСтатья об интерфейсе RS-485 будет неполной без упоминания технологии защитного смещения(idle-state biasing, также именуемой failsafe biasing). Опять-таки, компанией National Semiconductor иДжоном Голди (John Goldie) был опубликован научный труд на эту тему, к которому автор и советуетВам обратиться для получения подробностей [8].При прекращении передачи данных в сетях RS-485, состоящих из множества передатчиков,подключенных к одному каналу связи, линейные драйверы входят в «третье состояние» (tristate, т.е.отключенное состояние).
В этом случае оба проводника в линии передачи могут работать в холостую снебольшой нагрузкой, в результате линейные приемники, прослушивая сеть, могут регистрироватьложные данные. В стандарте TIA/EIA-485-A происходит сознательное приравнивание диапазона менее200 мВ дифференциального напряжения к неопределенному состоянию.Во избежание подобной ситуации требуется установка резисторов защитного смещения: резисторзадания начального высокого уровня (pullup) на одну линию и низкого уровня (pulldown) на другую.Подобный процесс называется защитным смещением, т.к.
линия «получает команду» перейти внерабочее состояние, как только передатчик прекращает вести линию.Следует учитывать воздействие резисторов защитного смещения на терминирование линии, такжестоит обратить внимание на их физическое расположение в сети. В зависимости от приложения, болееполезным может оказаться применение нескольких высокоомных резисторов, распределенных по узламсети, чем двух резисторов с меньшим сопротивлением, установленных на конце линии.Следует обратить внимание на ситуацию, когда питание подается на узел, к которому подключенырезисторы защитного смещения. Также следует озаботиться вопросом – что произойдет третьимсостоянием сети, если демонтировать узел с защитным смещением? Эти проблемы подробнорассматриваются в книге Голди (Goldie) [8].ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫПри проектировании сетей разработчики часто забывают об электростатических разрядах и другихемкостно или индуктивно передаваемых переходных помехах.
Не так давно автор принимал участие вработе комиссии, задачей которой было выяснение причин ежедневного выхода из строя 200-400 из4000 узлов RS-485 на объекте заказчика. Как выяснилось, проблема заключалась в переходныхнапряжениях на линиях передачи данных.К сети было подключено множество оборудования интерфейса RS-485, поставленного разнымипроизводителями. В основном из строя выходили чипы приемников RS-485.В течение несколько лет сбои в работе оборудования доставляли беспокойство, но не достигаликритического уровня. За последний же год произошел значительный рост интенсивности отказов. Кмоменту приезда комиссии ежедневно из строя выходило до 10% узлов.За прошедшие годы объект посетило несколько консультантов по проблемам сетей, никому из нихне удалось справиться с проблемой.
К моменту нашего приезда интенсивность отказов достиглакатастрофического уровня.При построении сети заказчик почти во всем следовал указаниям книги. В основе сети лежалакоммерческая кабельная система категории 5. Была выбрана несложная топология сети. Линии былиправильно терминированы. Источник питания каждого узла был изолирован от земли. В состав кабелявходил дополнительный проводник для соединения сигнальных земель узлов.В состав каждой подсети входило по 50–150 узлов, а узел, в свою очередь, состоял из приемника,специфицированного как одна единичная нагрузка.
И хотя это нарушало стандарт TIA/EIA-485-A, припомощи осциллографа было установлено, что линии передавали чистые квадратные волны приемлемойвеличины и с допустимым смещением. Кроме того, сгорали чипы приемников, а не передатчики.Большинство чипов представляло собой двойные или четверные устройства. Вскрытиеповрежденных чипов показало, что зачастую сгорал только один из приемников чипа, в то время какдругие функционировали нормально.Вскоре стало очевидным, что в линии передачи данных попадали переходные напряжения. Нам неудалось выявить основной источник переходных напряжений или механизм их проникновения в линию.Но даже если бы наши попытки увенчались успехом, система была установлена, и изменить ееконфигурацию для минимизации воздействия переходных напряжений не представлялось возможным.Перед комиссией встала задача разработать методику устранения проблемы на уровне плат.Для начала нам предстояло сымитировать симптомы в лабораторных условиях.
Для этого мыиспользовали электростатическую разрядную пушку Shaffner NSG-435, позволяющую имитироватьООО «ИМАГ» дистрибьютор компании TELDOR на территории РФwww.emag.ru, т. (495)3627714 ф. (495)3627699Стр. 7 из 10TELDOR Wires&Cables Ltdwww.teldor.comвоздействие переходных явлений на линии передачи. Построив в лаборатории небольшую сеть инаправив разряд непосредственно на линии передачи данных, мы обнаружили, что четверной приемникTI 75175, который чаще всего использовался в системе заказчика, подвергался разрушению послеединичного искрового разряда напряжением 2 кВ, попавшего на одну или обе линии.
Некоторыеустройства выходили из строя под воздействием напряжения 1 кВ. Наиболее распространеннымпорогом напряжения, приводящим к поломке устройства, стал диапазон 1,4–1,7 кВ.Стоит отметить, что искровой разряд напряжением 1 кВ находится как раз на границечеловеческого восприятия. Это значит, что чипы разрушались в результате воздействия невидимогочеловеческому глазу электростатического заряда, и инженеры просто не могли заметить причиныполомок.На используемых приемниках было опробовано две схемы подавления выбросов напряжения, обеиз которых привели к повышению защищенности приемников от переходных влияний.На Рис. 7a представлен самый простой и эффективный метод.
Цепь (см. Рис. 7a) защищаетприемники 75175 от напряжения до 8 кВ. Платой за высокий уровень защиты от переходного напряжениястановится довольно высокая емкостная нагрузка. Мы использовали подавители TranZorb с емкостьюразомкнутой цепи, павной 500 пФ.На Рис. 7b представлен второй эксперимент комиссии, обеспечивающий защиту приемников 75175от напряжения порядка 4 кВ. В цепь включен мост с низкой емкостью (около 13 пФ) вместе сподавителями TranZorb. Получилась довольно распространенная цепь, применяемая для защиты линийскоростной передачи данных.Мыставилиэкспериментывнекоторой спешке, хотя и соблюдали всеправила лабораторного исследования, темне менее, прежде чем окончательно принятьзначения 4 и 8 кВ следует провестидальнейшиеиспытания.Ивсежеполученные результаты действительны всмысле их качества.
Использование обеихсхем подавления выбросов напряженияпозволяетдобитьсязначительногоулучшения защищенности приемника TI75175 от переходных напряжений.В нашем последнем экспериментеиспользовалосьустройствоMAX3095производства компании Maxim. Согласноспецификацииприборагарантируетсязащита от искрового разряда IEC1000-4-2напряжением±15-kV,отконтактногоразряда IEC1000-4-2 напряжением ±8 kV иот напряжения ±15 кВ в соответствии смодельючеловеческоготела.Хотяустройство компании Maxim присутствует нарынке порядка года, оно уже получилонекоторое распространение.Используяэлектростатическуюразряднуюпушку,мыметодичновоздействовали на устройство Maxim, нонам не удалось уничтожить или дажезаметно ухудшить производительность тестируемых приборов MAX3095.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
