Повторитель rs485 своими руками

Обновлено: 10.10.2024

Интерфейс RS-485, наверное, самый распространенный интерфейс для организации малых сетей промышленной автоматизации.

Этому способствуют его высокие технические характеристики при простоте реализации. Интерфейс RS-485 позволяет простыми аппаратными средствами создавать сети:

шинной топологии ;
с витой парой в качестве среды передачи данных;
длина линии связи может достигать 1200 м;
скорость передачи данных до 10 Мбит/сек.

Для управления распределенными системами на базе RS-485 могут быть использованы многие стандартные протоколы, в том числе и ModBus. Интерфейс позволяет создавать сети и со специализированными протоколами. Для аппаратной реализации RS-485 достаточно добавить к микроконтроллеру только одну микросхему малой степени интеграции.

RS-485 описан в стандарте ANSI TIA/EIA–485–A :1998. Стандарт задает только электрические и временные параметры. Он не оговаривает:

протокол обмена;
типы кабелей и разъемов;
гальваническую развязку абонентов сети.

Основные параметры стандарта RS-485.

Параметр	Значение
Топология сети	Шина
Линия связи	Витая пара
Гальваническая развязка	Стандартом не оговаривается
Режим обмена данными	Полудуплекс
Способ передачи данных	Дифференциальные сигналы
Число абонентов сети	До 32, может быть увеличено за счет повторителей
Максимальная длина линии связи	1200 м
Максимальная скорость передачи данных	10 мБит/сек

Способ передачи данных RS-485.

Стандарт интерфейса RS-485 определяет следующие сигналы:

A – неинвертирующий;
B – инвертирующий;
C – общая линия (необязательный сигнал).

Иногда используют альтернативные обозначения сигналов:

В интерфейсе применяется дифференциальный способ передачи данных. Информация передается с помощью двух противофазных сигналов A и B, а состояние шины RS-485 определяется разностью потенциалов между линиями A и B относительно общей линии C. Напряжение каждой линии относительно земли может быть любым, но в пределах диапазона -7 … +12 В.

RS-485 требует применения дифференциальных приемников и передатчиков.

Передатчики формируют 2 противофазных сигнала с разностью напряжений не менее 1,5 В (согласно стандарту).

Для приема данных используются дифференциальные приемники, которые выделяют разность напряжений между линиями A и B. При разности более 200 мВ, но до +12 В состояние линии считается равным логической единицы. При разности напряжений менее – 200 мВ, но не ниже – 7 В линия находится в состоянии логического нуля.

yamato1945

kosmos440o

yamato1945

Неее , мне надо чтобы улучшала
Нет, если серьёзно, есть подозрение, что кто-то наводит в сеть помехи, например, частотные
преобразователи, есть ли смысл в защитном смещении ?

kosmos440o

Ну да, 5-10 кОм поставить на растяжку не помешает. Кто-то из производителей даже рекомендует. Но на витую пару трудно навести помеху, посмотрите лучше утечку на землю на пределе прибора 200 МОм.

yamato1945

ОК, спасибо, попробую.
Извините только мою глупость, но :
1. Почему 5-10 кОм ? Вроде я встречал в инете 560 кОм - 680 кОм ?
2. В доках написано "прямой вход (А) следует подтянуть к питанию, а инверсный ( - к "земле".
Я профан в электронике . Это надо отдельный блок питания на 5В подключить ?

kosmos440o

Этого достаточно, чтобы растянуть линию. В инете вы скорее встречали 560-680 Ом, это может быть сильно малое сопротивление для протяжённой сети. Линия с 560 кОм от любого чиха будет прыгать по напряжению. Но если в сети есть терминаторы 120 Ом, тогда ставьте 560 Ом. (Для низких скоростей до 38600 терминаторы не нужны).

В доках написано правильно.
По 5 вольтам - да, надо внешний блок питания или преобразователь с такой опцией. Кажется, для USB "Меркурий 221" имеет такое.

yamato1945

Большое Вам спасибо, буду пробовать .

yamato1945

Извините, уточню еще :
Беру блок питания на 5В, выход "+" с этого блока питания подключаю к выходу A Modbus (через резистор),
а выход "-" с того же блока питания к выходу B Modbus (через резистор) ? Правильно, или нет ?

yozik

Забанили в гугле?
RS-485 для чайников там же и расчет резисторов
и схема тоже. И учитывайте что у Ваших устройств уже может быть такая "подтяжка"

yamato1945

Да читал я эту статью, и не только эту. Я в схемах не разбираюсь, мне эти стрелочки непонятны. А если у них есть такая подтяжка, тогда что ?

yozik

Многие производители приемопередатчиков заявляют о функции безотказности (failsafe) своих изделий, заключающейся во встроенном смещении. Следует различать два вида такой защиты:

ну и все что ниже.

То Вам проще "напихать в свою линию" вот этих устройств
Промышленный повторитель интерфейса RS-485
незаменим для связи удаленных промышленных устройств на больших расстояниях. Кроме того, его использование гарантированно повысит стабильность сигнала

yamato1945

Да.
Там же есть ответ на этот вопрос.

ну и все что ниже.

Читать-то я читал, но хотелось бы услышать от коллег, которые имели практический опыт применения. В частности, не повредит ли
Modbus-устройство защитное смещение, примененное дважды.
Прежде чем покупать повторитель, хотелось бы узнать причину.

В любом случае, спасибо за ответ

Сергей А. Ефремо.

В любом случае, спасибо за ответ

У меня только такой опыт: сжег однажды 8 приёмник-передатчиков, включив на всех устройствах тумблер терминатора 120 Ом. Не делайте так. ))

В смысле как я не делайте.

Хотя на устройствах с гальванической развязкой это пофиг, но это не точно. Ради интереса попробовал, микросхемы с гальванической развязкой сжечь таким образом не удалось, хотя возможно просто я плохо старался. ))

yamato1945

В смысле как я не делайте.

Та да, свой опыт бесценен

yozik

Самый дешевый повторитель (с гальванической развязкой) стоит около 20$

Искать откуда приходят помехи. Не имея достаточной квалификации можно долго и нудно.

Проще наставить повторителей.

yamato1945

Самый дешевый повторитель (с гальванической развязкой) стоит около 20$

А можно ссылку ? На такой, за 20$

yozik

yamato1945

Спасибо Вам, добрый человек

yozik

Плюс многие любят кабель FTP прокладыватть.
Плюс часто вместе с силовыми кабелями.

Потому, я сейчас не мучаюсь. Мне проще наставить дешевых повторителей.

yamato1945

Плюс многие любят кабель FTP прокладыватть.
Плюс часто вместе с силовыми кабелями.

Потому, я сейчас не мучаюсь. Мне проще наставить дешевых повторителей.

yozik

Можно.
Повторитель не повторяет форму сигнала
Там полноценный приемопередатчик. Его упрощенно можно расматривать как два устройства
одно мастер, второе слейв

Так что он востанавливает форму сигнала.
Кроме того я не зря писал про гальваническую развязку.
Она будет "мешать" проходить помехам из одного сегмента сети в другой.

Во вложении программка для опроса по Модбас.
У нее есть одно достоинство. Она умеет делать опрос "бесконечно" и считает количесто переданных и ошибочных пакетов.
Берете ноут, преобразователь.
Отключаете из сети мастер. вместо него запускаете опрос программкой.
И смотрите начиная с какого участка опрашивается "плохо". Это и будет место для повторителя
Если все плохо. тогда придется разрывать сеть и начинать от края, постепенно добавляя новые участки.

LordN

yamato1945

Это я понимаю. Проблема в том, что Modbus-slave находится очень близко к частотникам, прямо "сидит" на них,
плюс Modbus-кабель идет прямо впритирку с кабелями питания, и, такое ощущение, что Modbus-сигнал, грубо говоря,
ну прям выходит со слейва уже искаженным, и я пытаюсь найти способ ну чтоб совсем исключить влияние помехи, прямо в месте
ее зарождения. Думал, поможет защитное смещение.

PS. За программку спасибо, у меня есть нечто подобное, но ваша удобнее

yozik

Вот прямо там его и поставте.
Может приемопередатчик слейва "слабенький".
Это могут быть и не помехи. Может у вас "таймаут" маленький и слейв просто не успевает отвечать.

GYUR22

yamato1945

Ну, он всего один на линии, период опроса 10 секунд

Была такая идея, попробую реализовать

yozik

yamato1945

Тайм-аут 2000 мс, ставил 5000 мс, не помогало

Сергей А. Ефремо.

Респект. Давно мучаюсь с поиском такой программки, скачал уже несколько штук - всё не то, одна неделю работает, потом плати деньги, другая только эмулирует слейв-сеть. Хотели свою написать, но год прошел, а воз и ныне там, других забот хватает.

ТС, а в чём проблема то у вас, не выходит на связь какое-то устройство что-ли?

yamato1945

ТС, а в чём проблема то у вас, не выходит на связь какое-то устройство что-ли?

При построении сети для общения между большим количеством устройств, можно задуматься: а какой интерфейс выбрать? У каждого интерфейса есть свои плюсы и минусы, которые определяют их применение: CAN – автомобилестроение, RS485/RS232 – промышленность, Ethernet – потребительская электроника/сервера. Какие “фичи” микросхемы приёмопередатчика помогают обезопаситься от множества проблем при монтаже и эксплуатации? Как происходит процесс измерений и исследования микросхем приемопередатчиков? Новая микросхема RS485 готова к выходу на рынок!

RS485 – что ты такое?

Итак, прежде, чем говорить о самой микросхеме необходимо разобраться что из себя представляет сам стандарт передачи данных.

В RS-485 для передачи и приёма данных используется витая пара. Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов, а это в свою очередь обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Разница напряжений одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности означает логический ноль.

Устойчивость к синфазной помехе

Устойчивость к синфазной помехе является очень важным свойством для приемопередатчиков данного типа – когда к сети подключено множество устройств, очень часто возникают всплески напряжения.

На практике для реализации топологии RS485 нужны микросхемы приемо-передатчиков. При этом, разумеется, характеристики микросхемы должны полностью соответствовать требованиям стандарта.

По интерфейсу RS485 при организации сети микросхема, которая передает информацию называется Master, а которая принимает информацию — Slave. Максимальное количество устройств в линии может быть 256.

Типовая схема применения микросхем приемо-передатчиков RS485

Для того, чтобы создать сеть на основе RS485 для микроконтроллеров, необходимо использовать дополнительную микросхему приемопередатчика. Микроконтроллер подключается к ней по протоколу UART после чего приемопередатчик начинает вещание.

Мы уже выпускаем серийно микросхему К5559ИН10БSI, но ввиду того как быстро увеличиваются объемы данных, которые передают контроллеры скорости 2.5Мбит уже не достаточно. Итак далее будем рассматривать нашу новую микросхему К5559ИН86SI – теперь 30 Мбит. Возникает вопрос: зачем вообще тратить деньги на разработку данной схемы?

Новое поколение RS485 — К5559ИН86SI

И правда, зачем выпускать микросхему, аналогов которой на рынке большое множество? Тут, наверное, можно выделить несколько причин:

Электросчетчики. Мы долгое время занимаемся разработкой счетчиков, и постепенно переходим на свою элементную базу (контроллер для счетчика). В большинстве счетчиков применяется микросхема RS485 предыдущего поколения — К5559ИН10БSI, однако с каждым годом растут объемы передаваемых данных, поэтому необходимо повышать скорость приемопередатчиков.
Поддержка напряжения 3В. Постепенно 5-вольтовый стандарт теряет свою актуальность, и новые продукты уже разрабатываются с 3-вольтовыми приемопередатчиками. Этот переход дает существенные преимущества в потребляемой мощности и скорости передачи данных.
Pin to pin совместимость. Для выхода на коммерческий рынок мы разработали 2 основные стратегии: поиск маржинальных продуктов (подход детально описан в статье про АЦП) и совместимых по функционалу, выводам и характеристикам микросхем (pin to pin). Для того, чтобы не завязываться на одном поставщике, разработчики аппаратуры часто выбирают несколько совместимых микросхем. Такой подход дает несколько плюсов: независимость от поставщика и шанс удешевить свой продукт, выбрав микросхему по меньшей стоимости. Для микросхемы RS485 30Мбит есть множество аналогов (MAX14783EEUA, ST3485EB, ADM3490E, THVD14xx, и другие). Данный подход можно представить в виде мема:

Кристалл получился довольно маленький (1.3мм * 1.3мм), что позволит нам конкурировать в цене с сильными мира сего:

Более подробно о характеристиках микросхемы можно прочитать в спецификации. Сравним основные параметры К5559ИН86SI с зарубежными аналогами.

Защита от короткого замыкания

При организации сетей на базе RS485 возможна ситуация, когда передатчик “вещает” в линию, в которой устойчиво присутствует другой потенциал. Чаще всего такая ситуация встречается при одновременном “вещании” двух или более передатчиков. Что же будет с микросхемами передатчиков в таком включении? В принципе ничего хорошего. Рассмотрим на простом примере. Подключим напрямую два передатчика (берем только одно соединение для витой пары, для другой все будет тоже самое, но с инверсией): на выходе передатчика 1 будет потенциал +5В (питание), на выходе передатчика 2 будет 0 (Земля).

Транзисторы P1 и N2 будут открыты, и без наличия дополнительной защиты через них будет идти ток короткого замыкания, который будет ограничен только незначительными сопротивлениями самих транзисторов и проводника. Чаще всего в такой ситуации исход один – тепловой пробой транзисторов или любимое всеми на хабре слово – “выгорание”.

Угловой фрагмент фотографии кристалла (чипа) микросхемы RS485 неудачной ревизии

Простейший способ обезопасить схему от КЗ – добавить ограничивающие резисторы для каждого транзистора выходного буфера. Суть заключается в следующем: добавляем резисторы в систему, когда ток через них становится довольно приличным по закону Ома — – напряжение на резисторе начинает расти. Когда становится равным порогу срабатывания транзистора (на картинке ниже Pfb и Nfb), включается обратная связь, и ток КЗ уходит в насыщение. В одной ревизии мы так и сделали, но это оказался еще тот фейл…

Из-за того, что в цепи напряжение может быть выше питания, появляется обратный ток. Если бы система питалась от внешнего источника, он мог бы подавить это напряжение, но он питался от внутреннего LDO (линейный регулятор напряжения). Обратный ток повышал напряжение LDO, и схема сгорала. Решение, которое было придумано, выглядит следующим образом:

Источники опорного тока задают ток через транзисторы N3 и P3. Схема токового зеркала определяет максимальный ток, который может проходить через транзисторы N2 и P2, тем самым ограничивает как прямой ток КЗ, так и обратный. Решение получилось рабочим по моделированию, теперь осталось протестировать в железе.

Переходим к измерениям. Нам понадобится источник питания, точный источник-измеритель Keithley2602А и ПО, позволяющее управлять источником-измерителем и снимать ВАХ. Для автоматизации измерений нашими application инженерами был разработан матричный коммутатор, который позволяет автоматически переключать источник-измеритель к различным выводам микросхемы. Для общения с приборами используем LabView.

На коммутаторе остановимся отдельно, естественно, есть зарубежные аналоги, но конкретно данный экземпляр коммутатора 64х8 — собственная разработка нашей команды измерителей, с упором на их каждодневные задачи, позволяет коммутировать 64 вывода микросхемы на 8 каналов (к которым можно подключить какое-либо оборудование), избавляя от действий руками перед каждым измерением.

Ну и конечно же сам измерительный прибор:

Итого, получаем следующие ВАХ (Вольт-Амперные-Характеристики) для выхода передатчика:

Из ВАХ мы видим следующее: в худших случаях при устойчивых потенциалах в линии -7 В или 12 В, ток микросхемы ограничен примерно на уровне 90 мА.

Транзисторы микросхемы при коротком замыкании (при потенциале в линии) не разрушаются! Защита от короткого замыкания работает – проверено.

Однако если подержать в режиме КЗ какое-то время (около 2-х минут), то сработает следующая “фича” – термозащита и схема выключится.

Встроенная термозащита

Защита от перегрева встроена почти во все зарубежные микросхемы приемопередатчиков RS485 и является неотъемлемой функциональной частью схемы. При повышенной температуре параметры транзисторов начинают деградировать, а при токе короткого замыкания разогрев неизбежен и важно вовремя перевести микросхему в выключенное состояние.

Ситуацию с перегревом усугубляет и пластиковый корпус, который весьма плохо отводит тепло. Да и топология кристалла прошла серьезную оптимизацию, чтоб разместить максимум функционала на минимум площади. Если провести аналогию с реальным миром, то пластиковый корпус для кристалла — это как куртка-пуховик для человека.

Гарантированный диапазон температур, в котором должна функционировать микросхема: –40…+85 °С.

В К5559ИН86АSI порог срабатывания термодатчика расположен в районе температуры 165 ?С — при достижении этого значения произойдет выключение микросхемы. Но это речь о температуре кристалла, а не корпуса, цифра 165 ?С также не случайна: при такой температуре кристалл стопроцентно не получит повреждений и продолжит функционировать после остывания. Рабочий же диапазон температур в документации приводится относительно температуры среды, да и, справедливости ради, ее проще контролировать.

Проверка работы микросхемы в температуре происходила при помощи испытательной камеры тепла и холода SU-262. Камера позволяет задать температуру от –60 °С до 150 °С.

Испытательная камера тепла и холода – вид снаружи

Испытательная камера тепла и холода – вид внутри

В процессе измерений нужно проверить следующее: какой запас по температуре есть у кристалла в рабочем режиме?

Подключаем генератор ко входу микросхемы, и смотрим сигнал выхода. При данном тесте температура внешней среды меняется в диапазоне –60 °С до 125 °С. Итого на выходе передатчика видим следующую осциллограмму:

Осциллограмма: DI – информационный входной сигнал передачика, AY, BY – выходные сигналы передатчика, RO – выходной сигнал приёмника.

Во всем диапазоне температур схема функционировала нормально. Однако остается вопрос, а какой запас по температуре? Для того, чтобы ответить на данный вопрос, нужно понять какова температура самого кристалла, вне корпуса. Для измерения температуры кристалла мы придумали достаточно интересный подход, о котором могу поведать.

Практически во всех микросхемах существует ESD защита (защита от электростатических разрядов). В простейшем случае представляет из себя 2 диода, используемых в обратном включении (один на землю, другой на питание). Воспользуемся тем свойством, что физика полупроводников такова, что напряжение падения на диоде (pn-переходе) зависит от температуры. Используем следующую схему включения:

Используем ту же камеру тепла и холода. Задача стоит следующая: построить зависимость напряжения на диоде от температуры, что поможет вычислить температурный коэффициент. Режим измерения производился с выключенной схемой, которая исключает саморазогрев, то есть позволяет нам откалибровать шкалу:

Питание на микросхему не подается (VDD = 0)
К цифровому выводу DI подключаем источник тока 10мкА

Получено следующее значение температурного коэффициента напряжения: 1,78мВ/°С.
Откалибровав шкалу, можно перейти к оценке разогрева микросхемы внутри пластикового корпуса в рабочем режиме при штатных нагрузках и в случае короткого замыкания выходных каскадов. Режим измерения, следующий:

напряжения питания 5,5 В (VDD = 5,5 В)
вывод nRE — низкий уровень, вывод DE — высокий уровень;
тестируемый вывод DI;
установленный на источнике ток диода 10 мкА (Idiode=10 мкА);
нагрузка – 54 Ома.

Температура окружающей среды, °С	Температура на кристалле, °С
Температура окружающей среды, °С	К5559ИН86АSI	MAX1478
35	52,21	53,82
85	100,16	108,1
100	126,04	124,24

Вывод-1: кристалл нагревается в рабочем режиме на 26 °С при температуре внешней среды 100 градусов. Порог срабатывания термозащиты (165 ?С) еще далеко.

Вывод-2: в режиме короткого замыкания термозащита срабатывает, по имеющимся измерениям уже при 55 ?С внешней среды, но микросхема не выходит из строя и через некоторое время после того, как она охлаждается – может снова функционировать.

Так мы экспериментально подтвердили, что разработанные схемотехнические решения надежно защищают микросхему от нештатных ситуаций (таких как КЗ или конфликт драйверов) и не оказывает влияния на штатные режимы.

Заключение

В данной статье я постарался познакомить читателей с особенностями такого популярного интерфейса, как RS485. Процесс разработки микросхемы очень тесно переплетается с процессами измерений и прототипирования. И тут большая заслуга наших application инженеров, которые постоянно находят у нас косяки и недостатки. Наверное, двигатель любого прогресса – это конструктивная критика.

PS Образцы микросхемы можно получить бесплатно, оставив заявку на сайте. Да-да, только ленивый нас еще не пнул за то, как все туго с заказами для обычных пользователей. Мы все читаем, и понимаем, насколько это важно. В будущем будет улучшаться наш сайт, чтобы заказ коммерческих микросхем и отладочных плат стал проще.

Полудуплексный приемопередатчик STR485 производства STMicroelectronics позволяет выполнять высокоскоростную передачу данных (до 20 Мбит/с), работает от низких питающих напряжений – 1,8 и 3,3 В, позволяет управлять передающей и приемной частью с помощью разных сигналов, а также имеет встроенную защиту от ESD и переходных процессов.

STR485 – это малопотребляющий полудуплексный приемопередатчик RS-485 (передатчик и приемник на одном кристалле), соответствующий требованиям стандарта ISO-IEC 8482 (второе издание 1993-12-15).

STR485 позволяет работать с двумя источниками питания:

для питания логической части схемы используется напряжение 1,65…3,6 В, подаваемое на вывод VL. Обычно в типовых приложениях используется напряжение 1,8 В;
для питания драйвера передатчика используется напряжение 3…3,6 В, подаваемое на вывод VCC. Обычно в типовых приложениях используется напряжение 3,3 В.

Возможность работы с низкими питающими напряжениями является обязательными условием для современных малопотребляющих электронных систем.

STR485 также позволяет выбирать предельную скорость передачи данных. Для передачи данных на большие расстояния предлагается использовать скорость обмена до 250 кбит/с, а для высокоскоростной передачи данных по линиям связи небольшой длины может использоваться скорость до 20 Мбит/с.

В режиме ожидания, когда драйвер и приемник отключены, потребление устройства уменьшается до 0,5 мкА.

Основные области применения

STR485 – интерфейс, созданный на основе RS-485 и предназначенный для дифференциальной передачи данных между множеством узлов, подключенных к общей шине (витой паре). STR485 позволяет выполнять высокоскоростной обмен данными при большой длине кабеля. Приемопередатчики ST485 будут востребованы при реализации сетевых интерфейсов в промышленных, автомобильных и компьютерных приложениях. Эволюция коммуникационных интерфейсов позволила создать низковольтные устройства, обеспечивающие быстрый обмен данных с меньшим уровнем ошибок.

Двухточечное соединение

Передача сигналов между двумя трансиверами осуществляется по витой паре, к которой подключаются выводы A и B обеих микросхем. Резисторы на концах линии необходимы для согласования волнового сопротивления дифференциальной пары Z0 (рисунок 1).

Рис. 1. Передатчик напрямую подключен к приемнику

На рисунке 1 представлена простейшая схема, в которой два приемопередатчика соединяются напрямую друг с другом. Обе микросхемы подключены к земле, однако в реальности потенциалы этих земель могут существенно отличаться. Важно, чтобы возникающее между ними синфазное напряжение не превышало значения, установленного стандартом RS-485 (не более 7 В).

Выбор скорости передачи данных

На рисунке 1 входы SLR обоих трансиверов подключены к напряжению 1,8 В, поэтому скорость обмена данными будет ограничена 250 кбит/с. Чтобы использовать максимальную скорость передачи до 20 Мбит/с, входы SLR необходимо подключить к земле.

Предложенный способ выбора скорости обмена не зависит от числа узлов, подключенных к общей шине.

Для получения минимального уровня ошибок при передаче данных необходимо, чтобы предельная скорость передачи данных, определяемая подключением вывода SLR, была одинаковой у приемника и передатчика.

Рекомендуется напрямую подключать вход SLR к земле или напряжению питания (в соответствии с требованием конкретного приложения), даже при наличии встроенной подтяжки.

Реализация сетевого интерфейса RS-485

На рисунке 2 подставлена типовая сеть, образованная несколькими приемопередатчиками, подключенными к общей витой паре. Стоит особо подчеркнуть, что выводы A и B должны быть правильно соединены.

Рис. 2. К одной шине подключены несколько устройств

Скорость передачи всех трансиверов должна быть одинаковой, поэтому у всех микросхем входы SLR должны быть либо одновременно подключены к земле, либо одновременно подключены к напряжению питания VL.

Согласование импеданса витой пары выполняется с помощью пары резисторов, подключенных на концах линии. Таким образом, на промежуточных узлах согласующие резисторы отсутствуют.

Количество узлов на шине

Приемопередатчик STR485 поддерживает 1/8 UL. Спецификация RS-485 определяет единичную нагрузку как способность приемопередатчика управлять 32 устройствами с импедансом 12 кОм. Поскольку сопротивление STR485 выше 96 кОм, то к шине может быть подключено до 256 узлов.

Варианты управления и основные функциональные особенности

STR485 объединяет в одном корпусе передатчик (с драйвером) и приемник. Разрешение работы приемника и передатчика осуществляется независимо с помощью входов nRE и DE соответственно. Передатчик активируется, когда на входе DE присутствует высокий сигнал, а приемник активируется, когда на входе nRE присутствует низкий сигнал. Таким образом, при полудуплексном обмене эти входы можно объединить и управлять работой трансивера с помощью одного общего сигнала. При этом, когда передатчик будет активен (высокий уровень управляющего сигнала), работа приемника будет заблокирована и наоборот. Ниже рассматриваются типовые варианты управления трансивером STR485.

На рисунке 3 представлен вариант, при котором управление передатчиком и приемником осуществляется разными сигналами. Внешний управляющий микроконтроллер сам определяет, какой из блоков должен быть активным, исходя из требований приложения в конкретный момент времени.

Рис. 3. Независимое использование передатчика и приемника

На рисунке 4 представлен вариант, в котором входы nRE и DE объединены. В данном случае трансивер может работать только в двух режимах: в режиме приемника, когда передатчик отключен, и в режиме передатчика, когда приемник отключен. Главным преимуществом такого способа подключения является использование всего одного управляющего сигнала.

Рис. 4. Пример подключения приемопередатчика с одним общим управляющим сигналом

На рисунке 5 представлен еще один распространенный вариант управления STR485. В данном случае вход устройства nRE подключен к земле, а значит, приемник всегда находится в активном состоянии. Управление передатчиком осуществляется с помощью входа DE. Стоит отметить, что при таком способе управления пользователь может контролировать данные, отправляемые передатчиком, так как приемник всегда читает состояние шины. Это может быть полезно для обнаружения коллизий, когда сразу несколько передатчиков пытаются передать данные по шине.

Рис. 5. Использование трансивера только в режиме приема

Питание (типовая схема и трассировка)

Стандартное решение

Приемопередатчик STR485 предназначен для создания многоточечных сетей, кроме того, он может работать в составе традиционных шин RS-485. Типовая схема включения STR485 требует согласования входного/выходного сопротивления с импедансом линии связи Z0. На рисунке 6 представлена типовая схема включения STR485 с согласующим сопротивлением 120 Ом, равным импедансу шины RS-485.

Рис. 6. Типовая схема включения STR485

Для нормальной работы трансивера необходимо обеспечить развязку по питанию. Для этого следует использовать конденсаторы 0,1 мкФ, размещенные в непосредственной близости от выводов питания (на рисунке 6 это конденсаторы C2 и C3), и дополнительные конденсаторы 1 мкФ (C1 и C4), расположенные в непосредственной близости от микросхемы. На рисунке 7 представлен вариант трассировки приемопередатчика на печатной плате.

Рис. 7. Типовая трассировка STR485

Подключение питания и уровни питающих напряжений

STR485 работает с низковольтными источниками питания. Питание цифровой части схемы осуществляется через вывод VL, а питание аналоговой части схемы – через вывод VCC. Диапазон рабочих напряжений цифрового питания составляет 1,65…3,6 В, а диапазон напряжений аналогового питания – 3,0…3,6 В.

В типовой схеме включения (рисунок 6) для питания STR485 используются напряжения VL = 1,8 В и VCC = 3,3 В.

При необходимости для питания трансивера может использоваться один общий источник (VL = VCC), но диапазон его выходных напряжений будет ограничен 3,0…3,6 В (рисунок 8). Стоит отметить, что даже при использовании общего источника возле каждого вывода питания необходимо разместить собственный развязывающий конденсатор емкостью 0,1 мкФ.

Рис. 8. В данной схеме используется общий источник питания 3,3 В, подключаемый к VL и VCC

Если в схеме используются два источника питания, то напряжение питания VL должно быть меньше напряжения питания VCC, в противном случае возникающее внутри микросхемы смещение приведет к росту потребления.

Дополнительная защита линий связи

STR485 имеет встроенную защиту от электростатических разрядов (Electro Static Discharges, ESD) и быстрых переходных процессов (Electrical Fast Transient, EFT).

В документации на STR485 указан уровень устойчивости микросхемы ко внешним помехам при отсутствии дополнительных цепей защиты. Приемопередатчик STR485 способен выдерживать электростатические разряды ±4 кВ при использовании модели человеческого тела (HBM), ±8 кВ при контактном разряде и ±16 кВ при воздушном разряде. Два последних испытания выполняются в соответствии со стандартом IEC 61000-4-2.

STR485 обеспечивает устойчивость к EFT до ±2 кВ, в соответствии с IEC 61000-4-4 в класс B.

Если в приложении требуется обеспечить более высокий уровень помехоустойчивости, то в схему следует добавить дополнительные защитные компоненты (рисунок 9).

Рис. 9. Дополнительная защита от статики и быстрых переходных процессов

Компания STMicroelectronics предлагает несколько вариантов реализации дополнительной защиты. В частности, для повышения устойчивости к помехам были испытаны следующие защитные устройства:

– защитная диодная сборка Transil™, которая обеспечивает уровень защиты от быстрых переходных процессов до ±4 кВ (IEC 61000-4-4), защиту от электростатических разрядов (IEC 61000-4-2) до ±15 кВ (воздушный разряд) и ±8 кВ (контактный разряд), а также ±25 кВ (модель человеческого тела) согласно стандарту MIL 883 – Метод 3015-7, класс 3; – защитная диодная сборка для линий Ethernet.

Сборка ESDA14V2BP6 не была разработана специально для защиты RS485, но она может быть использована для повышения помехозащищенности STR485. Проведенные испытания подтвердили, что при наличии ESDA14V2BP6 устойчивость приемопередатчика к EFT возросла до ±4 кВ для пачек импульсов 40 А (5/5 нс), в соответствии с IEC 61000-4-4 (рисунок 10).

Рис. 10. Схема защиты линий связи с помощью ESD14V2BP6

Защитная диодная сборка ETPO1-2821 также позволяет защитить устройство от электростатических разрядов ±15 кВ (воздушный разряд) и ±8 кВ (контактный разряд), в соответствии со стандартом IEC 61000-4-2, а также ±25 кВ (модель человеческого тела) согласно стандарту MIL 883 – Метод 3015-7, класс 3 (рисунок 11).

Читайте также: