In den Bereichen der industriellen Steuerung und Gebäudeautomation wird RS-485-Kommunikation aufgrund ihrer Differenzübertragung, ihrer Langstreckenfähigkeit,und eine hervorragende StörungshemmungIn der praktischen Technik wird jedoch die "Schleifenimpedanz", die die Kommunikationsstabilität beeinträchtigt, oft übersehen, was zu gelegentlichen Paketverlusten und Kommunikationsunterbrechungen von Geräten führt.Die Behebung solcher Probleme ist zeitaufwendig und mühsam.
Dieser Artikel wird einen "lebensnahen und leicht verständlichen" Ansatz verfolgen, um Ihnen zu helfen, ein tieferes Verständnis davon zu erlangen, was Schleifenimpedanz ist, warum sie so wichtig ist,und wie man es in Design und Debugging optimiert, so dass die RS-485-Kommunikation so reibungslos wie eine asphaltierte Autobahn verläuft.
Stellen Sie sich das Wasserleitungssystem in Ihrem Haus vor: Die Wasserpumpe (Treiber) schiebt das Wasser zum Wasserverbrauchspunkt (Empfänger) und dann kehrt das Wasser durch ein anderes Rohr zur Wasserpumpe zurück.Ein Kreislauf bildet.
Faktoren wie Rohrdurchmesser, Ellbogen, Zweige und Wasserdruck beeinflussen alle den reibungslosen Wasserfluss.es ist die umfassende Manifestation des "Widerstands", der auf das Wechselstromsignal im gesamten geschlossenen Kreislauf ausgeübt wird, in dem das Signal vom Sendeende ausgeht, überträgt entlang des Differentialpaares, erreicht das empfangende Ende und kehrt dann zum übertragenden Ende zurück.
- Widerstand (R): Es ist wie der Reibungswiderstand, der durch den Durchmesser des Rohres bestimmt wird.
- Induktivität (L): Ähnlich wie bei den Ventilen und Ellenbogen im Rohr, die bei Signaländerungen eine "Hysteresie" bewirken.
- Kapazität (C): Sie kann mit einem Wasserbehälter oder einem Wasserspeicher verglichen werden, der Energie speichert und sofort freisetzt, was Schwankungen beeinflusst.
Im RS-485-System bestimmt die Gesamtimpedanz der Schleife unter der kombinierten Wirkung dieser drei Faktoren direkt die Qualität und Zuverlässigkeit des Signals.
RS-485-Kommunikationskabel verwenden in der Regel 120 Ω geschützte verdrehte Paare, genau wie die Wahl eines Wasserrohrs mit einem konstanten Innendurchmesser, um den minimalen Wasserflussverlust (elektrisches Signal) zu gewährleisten.
Ein 120 Ω Widerstand ist parallel an jedem Ende der Leitung angeschlossen, um die Signalenergie zu "absorbieren" und "Echo" zu vermeiden - genau wie die Installation eines Schalldämpferventils am Ende des Rohres, um Wasserhammer zu verhindern.
Wenn mehrere Geräte parallel am Bus angeschlossen sind, entspricht dies dem Anschließen mehrerer Zweige an die Pipeline.und das Signal wird eher "shunted", was dazu führen kann, dass der Empfänger nicht ausreichend Menge erhält.
Jeder Steckverbinder, jede TVS-Diode oder jede Schutzvorrichtung wird eine kleine Diskontinuität hinzufügen, genau wie das Gelenk an der Rohroberfläche nicht fest versiegelt ist, was zu lokalen Lecks oder Blockaden führt.
Obwohl RS-485 eine Differenzkommunikation ist, bildet der Erdungsdraht immer noch eine Schleife, die für die Interferenz im allgemeinen Modus "unerwünscht" ist.Der Bodenpotentialunterschied zwischen verschiedenen Geräten ist wie der Wasserstandunterschied zwischen verschiedenen Wassertürmen in einem Wasserversorgungssystem, was zu Problemen wie "Backflow" oder "Cross-Flow" führt.
Im Gegensatz dazu wird das Signal wie gegen eine reflektierende Wand "rückprallen", was zu Wellenverzerrungen, Klingeln und Überschreiten führt.Der Empfänger kann nicht unterscheiden, ob es "1" oder "0" ist..
Bei der Übertragung über große Entfernungen oder bei hohen Geschwindigkeiten ist der Verlust schwerwiegender.und das Signal kann vor Erreichen des Bestimmungsortes "ausgeschöpft" werden.
Diskontinuierliche Impedanz ist wie eine Lücke im Rohr, die eher durch externe elektromagnetische Störungen "infiltriert" wird und die Bitfehlerrate erhöht.
Der Treiber wird einen größeren Strom ausführen, um die Signaldämpfung auszugleichen, genau wie eine Wasserpumpe, die lange Zeit mit einem hohen Durchfluss läuft, schneller abnutzt wird, was zu Wärmeerzeugung führt,Stromverbrauch, und Lebensrisiken.
Grundprinzip: Impedanzkontinuität aufrechtzuerhalten, so daß sie eben, konstant breit und mit wenigen Zweigen wie eine asphaltierte Straße ist.
Verwenden Sie abgeschirmte verdrehte Paare mit einem Nennwert von 120 Ω.
Die Schildschicht sollte zuverlässig geerdet sein: ob ein Ende oder beide Enden geerdet werden sollen, ist nach der tatsächlichen Störumgebung abzuwägen.
Das Differentialpaar muss mit gleicher Länge und gleichem Abstand geleitet werden, um eine ungleiche Impedanz zu vermeiden, die durch eine zu lange Seite verursacht wird.
Differenzspuren auf der PCB sollten die Bodenebene nicht durchqueren und soweit möglich auf derselben Schicht oder symmetrisch platziert sein.
An jedem Ende des Busses soll ein 120 Ω-Endwiderstand parallel angeschlossen werden.
Wenn zur Unterdrückung von Lärm im gemeinsamen Modus eine "Split-Termination" erforderlich ist, kann man zwei 60 Ω-Widerstände in Serie anschließen und einen kleinen Kondensator parallel am Mittelpunkt an die Erde anschließen.was gleichbedeutend ist mit dem Hinzufügen eines "Schalldämpfers" an den Signalpfad.
Halten Sie den Empfangsausgang bei einem stabilen bekannten Niveau (normalerweise Logik "1") bei Leerlauf des Busses.
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.
Vorrangige Verwendung von "linearer Topologie" (gerade Linie) und Installation von Endwiderständen nur an den physikalischen Enden.
Vermeiden Sie Sterne, Ringe oder zu viele lange Zweige, so wie Sie vermeiden sollten, auf der Hauptstraße zufällig Zweige einzusetzen, um Staus zu vermeiden.
Je schneller (steiler) die Signalkante ist, desto schwerwiegender ist die Reflexion.Ein geneigungsbegrenzter Empfänger kann verwendet werden oder die Baudrate kann entsprechend reduziert werden, um die "Fahrzeuggeschwindigkeit" mit den "Straßenbedingungen" zu entsprechen.
Verwenden Sie eine Differenzsonde, um die Spannungswellenform der A/B-Leitung zu beobachten, und prüfen Sie, ob sie klingelt, überschritten oder abgeschwächt ist.Vergleichen Sie die Baudrate mit der theoretischen Signalwellenform, um festzustellen, ob eine Steigungseinschränkung oder eine Rateanpassung erforderlich ist.
Trennen Sie die Zweige Abschnitt für Abschnitt, beobachten Sie die Wellenformänderungen und finden Sie die Position der Impedanzdiskontinuität oder der gemeinsamen Modusprobleme.
Versuchen Sie, das Kabel, den Endwiderstand zu ersetzen oder in der vermuteten Gegend einen normalen Schlucker hinzuzufügen, um zu sehen, wie sich die Änderung auswirkt.Optimieren Sie die Erdungsanordnung, um die Störungen der Erdungsschleife durch mehrere Punkte zu reduzieren.
Die TVS-Röhren und die Standardschnalle müssen so konfiguriert sein, dass sie äußeren Spannungen ohne übermäßige Signalabsorption standhalten.
Es ist sicherzustellen, dass die parasitären Parameter (Kapazität, Induktivität) der Schutzkomponenten eine kontrollierbare Auswirkung auf die Gesamtimpedanz haben.
- Nur ein Ende des Endwiderstands ist installiert, was zu einer ernsthaften Reflexion am anderen Ende führt.
- Die Position des Endwiderstands ist falsch und er ist nicht am physischen Ende platziert.
- Es gibt zu viele oder zu lange Zweige, und das Signal springt wiederholt an den Zweigen zurück.
- Blinde Wahl von Nicht-120-Ω-Kabeln, die einen großen Abgleichsunterschied zum Empfänger haben.
- Die Bodenpotenzialdifferenz zwischen den Geräten wird ignoriert, was zu einer übermäßigen Spannung im gemeinsamen Modus führt.
- Vollständig auf die interne Ausfallsicherheit des Empfängers ohne äußere Verzerrung angewiesen, was zu häufigen Fehleinschätzungen führt, wenn die Leitung unterbrochen wird.
