Большинство компьютеров в промышленном исполнении имеют в своем составе подсистему последовательного ввода/вывода информации на основе интерфейса RS-485. На крупных предприятиях оборудование часто располагается на расстоянии до 500 - 1200 метров и более от пульта управления диспетчера. Пример удаленного места управления иллюстрирует рисунок 1.

 

Рис. 1. Пример удаленного места оператора

 

Для передачи данных на дальние расстояния с высокими скоростями передачи компания Texas Instruments разработала специализированные интерфейсные микросхемы серии SN65HVD2x, основные характеристики которых сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Основные параметры интерфейсов RS485 серии SN65HVD2x

* Параметры измерены для витой пары (кабель Belden 3105 A при джиттере 15%)

Для конкретной дистанции разработчик может сделать оптимальный выбор между допустимой длиной линии передачи и быстродействием. Необходимо также помнить и о максимально допустимом количестве узлов тракта передачи. Повышенного быстродействия при увеличенной длине линии можно добиться с помощью нескольких отличий от стандартных интерфейсных микросхем RS-485:

• расширенный диапазон входных/выходных напряжений (от -20 до 25 В на рисунке 2 для SUPER-485, от -7 до 12 В для стандарта RS-485),
• наличие у некоторых микросхем корректора АЧХ усилителя на входе приемника.

Из рисунка 3 видно, что для витой пары длиной 300 м уже на частоте 1 МГц затухание сигнала составляет 10 дБ.

 

Рис. 3. Частотные характеристики витой пары длиной 300 м, корректирующего усилителя и скорректированной линии передачи

Внесение предварительных искажений в области высоких частот на передающей стороне также позволяет уменьшить искажения сигнала на выходе линии (см. рисунок 4).

Рис. 4. Внесение искажений на передающей стороне и их влияние на форму выходного сигнала тракта передачи

Коррекция частотной характеристики усилителя на входе приемника дополнительно позволяет улучшить форму сигнала и повысить быстродействие тракта передачи. Коррекцию АЧХ входного усилителя имеют интерфейсы SN65HVD23 и SN65HVD24 (см. таблицу 1). В некоторых случаях для компенсации частотной характеристики линии можно поставить активный фильтр на входе стандартной интерфейсной микросхемы. Практическая схема такого решения приведена на рисунке 5. Преимущество этого метода - в возможности оптимального выбора резисторов и конденсаторов корректирующего усилителя для конкретной длины линии передачи.

 

Рис. 5. Дополнительный корректирующий усилитель на входе стандартной интерфейсной микросхемы RS485

 

На рисунке 6 показаны зависимости скорости передачи интерфейсных микросхем серии SN65HVD2x в зависимости от длины кабеля (витой пары). Разнообразие этих микросхем позволяет сделать оптимальный выбор для конкретной длины линии и нужной скорости передачи информации. Для самых длинных расстояний подойдет HVD22, для средних дистанций целесообразно использовать HVD24 и HVD21, для небольших расстояний при высокой скорости передачи оптимальным выбором будут HVD23 и HVD20. Необходимо отметить, что при скоростях обмена выше 500 кбит/с рекомендуется использовать экранированные витые пары.

Джиттер - один из параметров оценки качества передачи цифрового сигнала

Качество передачи цифровой информации оценивают с помощью джиттера (Jitter). Джиттер - это дрожание или быстрые колебания фазы цифрового сигнала. Другими словами, джиттер - это паразитная фазовая модуляция формы цифровых импульсов. Цифровые схемы работают стабильно, пока колебания фазы не достигнут значительной величины по сравнению с общей длительностью импульсов. Джиттер приводит к нестабильному срабатыванию компараторов АЦП или ключей ЦАП, что приводит к ошибкам преобразования сигнала. В первом приближении можно считать, что джиттер порождает дополнительный шум и паразитные частотные составляющие, искажая исходный сигнал, особенно в высокочастотной области. Визуальное представление о величине джиттера дает рисунок 7.

Рис. 7. Джиттер при разных скоростях обмена для витой пары длиной 500 метров

На рисунке 8а приведена формула для расчета джиттера. Интервальной единицей называется промежуток времени, обратно пропорциональный частоте передачи данных. Максимальный временной сдвиг или амплитуда джиттера - это максимальное значение смещения по времени (обычно измеряется в наносекундах или пикосекундах). Большое значение джиттера может привести к потере битов и сбою в работе устройства, если ничего не принято для коррекции и устранения ошибок.

Рис. 8а. Джиттер (Jitter) и его измерение

Рис. 8б. Джиттер для MAX485, 160 м, 25 Mбит/с

Рис. 8в. Джиттер для SN65HVD23, 160 м, 25 Mбит/с

Из рисунков 8б и 8в видно, что при одинаковых расстояниях и скоростях обмена джиттер у SN65HVD23 значительно меньше, чем у стандартного интерфейса MAX485.

Компанией Texas Instruments были произведены измерения скорости передачи для интерфейсов RS-485 дальнего радиуса действия серии SN65HVD2x. Результаты измерений сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты измерений быстродействия для при разной длине линии

Из таблицы 2 хорошо видно, что при одинаковой длине линии для интерфейсных микросхем с коррекцией АЧХ входного усилителя скорость передачи существенно выше. Использование ИС-серии SNHVD2x от Texas Instruments позволяет значительно повысить помехоустойчивость тракта передачи при увеличении пропускной способности и дистанции между передатчиками и приемниками.

Подробную информацию об интерфейсах SUPER-485 можно найти на сайте производителя http://www.ti.com/.