Cтандарт RS-485 (Recommended Standard 485 или EIA/TIA-485-A) - рекомендованный стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному многоточечному последовательному симметричному каналу связи, разработанный Electronic Industries Alliance (EIA) совместно с Telecommunications Industry Association (TIA). Стандарт определяет только физические уровни передачи сигналов и не описывает программную модель и протоколы обмена. RS-485 создавался для расширения физических возможностей интерфейса RS-232 по передаче двоичных данных.

Так как стандарт RS-485 описывает только физический уровень процедуры обмена данными, то все проблемы обмена, синхронизации и квитирования возлагаются на более высокий протокол - часто это стандарт RS-232 или другие верхние протоколы (ModBus, DCON и т.п.). Сам RS-485 выполняет только следующие действия:

• Преобразует входящую последовательность «1» и «0» в дифференциальный сигнал;
• Передает дифференциальный сигнал в симметричную линию связи;
• Подключает или отключает передатчик драйвера по сигналу высшего протокола;
• Принимает дифференциальный сигнал с линии связи.

Если подключить осциллограф к контактам А-В (RS-485) и GND-TDx (RS-232), то вы не увидите разницы в форме сигналов, передаваемых в линиях связи. Форма сигнала RS-485 полностью повторяет RS-232 за исключением инверсии (в RS-232 логическая единица передается напряжением -12 В, а в RS-485 - +5 В).

Преобразование уровней сигналов и новый способ их формирования позволили решить ряд проблем, которые не были учтены при создании стандарта RS-232.

Преимущества физического сигнала RS-485 перед сигналом RS-232:

• Используется однополярный источник питания (5В), который применяется для питания большинства электронных приборов и микросхем;
• Мощность сигнала передатчика RS-485 в 10 раз превосходит RS-232, что позволяет подключать к нему до 32 приемников;
• Используются симметричные сигналы, у которых имеется гальваническая развязка с нулевым потенциалом питающей сети. В результате исключается попадание помехи по нулевому проводу питания, как в RS-232.

 

Топология сети RS-485

Сеть RS-485 строится по последовательной шиной схеме, т.е. приборы в сети соединяются последовательно симметричными кабелями. Концы линий связи при этом должны быть нагружены согласующими резисторами (Terminator) (рис. 1), величина которых должна быть равна волновому сопротивлению кабеля связи.

 

 

Рис. 1. Топология сети RS-485

 

Эти резисторы выполняют следующие функции:

• Уменьшают отражение сигнала от конца линии связи;
• Обеспечивают достаточный ток через всю линию связи, что необходимо для подавления синфазной помехи с помощью кабеля типа «витая пара».

Если расстояние сегмента сети превышает 1200 м или количество драйверов в сегменте более 32 штук, нужно использовать повторитель (Repeater) для создания следующего сегмента сети, при этом каждый из них должен быть подключен к согласующим резисторам (здесь сегментом сети считается кабель между крайним прибором и повторителем или между двумя повторителями).

Компания Texas Instruments производит порядка 150 различных устройств для реализации приемников/передатчиков на основе интерфейса RS-485. В таблице 1 представлены отличительные особенности наиболее интересных устройств компании с разделением по напряжению питания (3,3 или 5 В) и по типу канала связи (полный/полудуплекс).

Таблица 1. Отличительные особенности трансиверов RS-485 компании Texas Instruments  

Напряжение, В	Полудуплекс	Особенности	Полный дуплекс
5	HVD1785/6/7	±70 В защита	HVD1791
	HVD22/21/20	-20...25 В напряжение на шине	–
	LBC184	Защищенный	–
	HVD3082/5/8E	Экономичный, маленький корпус	HVD3080/3/6E
	ISO3082/8	4 кВ изолированный RS-485	ISO3080/6
	HVD61	ControlNet	–
	HVD1176	PROFIBUS	–
	ISO1176	4 кВ изолированный PROFIBUS	–
3...5	HVD1781	±70 В защита, 3...5 В питание	–
	HVD08	3...5 В питание	–
3,3	HVD12/11/10	16 кВ ESD, маленький корпус:	–
	–	с входом разрешения	HVD32/31/30
	–	без входа разрешения	HVD35/34/33
	ISO15	4 кВ изолированный RS-485	ISO35

Для того, чтобы понять в чем заключается конкурентное преимущество трансиверов RS-485 компании TI, рассмотрим представителей линейки с наиболее высокими эксплуатационными характеристиками или какими-либо дополнительными функциями. Стоит отметить, что из этого обзора исключены трансиверы с изолированными входами/выходами, т.к. более подробному их рассмотрению посвящена отдельная статья.

 

Cерия SN65HVD178x

Устройства серии SN65HVD17xx (таблица 2) имеют усиленную электрическую защиту, которая обеспечивает работоспособность микросхемы в случае короткого замыкания линии питания, обрыва или короткого замыкания линии связи и при попадании на шину данных любого напряжения в диапазоне ±70 В. Также микросхемы устойчивы к воздействию электростатических разрядов (ESD) и влиянию статики человеческого тела.

Таблица 2. Различия микросхем серии SN65HVD178x  

Наименование	Скорость передачи данных, Мбит/с	Дуплекс	Особенности	Корпус
HVD1780	0,115	Полу	питание 3...5 В	SOIC/DIP
HVD1781	1	Полу		SOIC/DIP
HVD1782	10	Полу		SOIC/DIP
HVD1785	0,115	Полу	питание 5 В, широкий диапазон напряжений -20..25 В	SOIC/DIP
HVD1786	1	Полу		SOIC/DIP
HVD1787	10	Полу		SOIC/DIP

Все устройства содержат в себе по одному дифференциальному приемнику и передатчику и питаются от однополярного напряжения:

• 3...5В- для микросхем SN65HVD1780/81/82;

• только 5В- для микросхем SN65HVD1785/86/87.

Дифференциальные выходы драйвера и входы приемника объединены внутри микросхем, что обеспечивает работу устройств в полудуплексном режиме передачи данных. SN65HVD1785/86/87 могут работать в широком диапазоне напряжений на шине данных: -20...25 В. Все устройства совместимы по выводам с индустриальным стандартом SN75176, что позволяет легко усовершенствовать ранее разработанную систему простой заменой микросхем.

 

Cерия SN65HVD10/11/12

Устройства SN65HVD10/11/12 являются полудуплексными приемниками/передатчиками для интерфейса RS-485 с питанием от однополярного напряжения 3,3 В и полностью поддерживают стандарты ANSI EIA/TIA-485-A и ISO 8482. Отличительной особенностью серии является защита от электростатического разряда (ESD) величиной до 16 кВ. В режиме ожидания SN65HVD10/11/12 обеспечивают очень низкий ток потребления (типовое значение равно 1 мкА), что позволяет применять их при разработке устройств с батарейным питанием. Все микросхемы работают в температурном диапазоне -40...85°C и поддерживают расширенный диапазон напряжений на шине данных. Различия устройств серии представлены в таблице 3.

Таблица 3. Различия микросхем серии SN65HVD10/11/12  

Наименование	Скорость передачи данных, Мбит/с	Slope control	Эквивалентная нагрузка
SN65HVD10	30	Нет	1/2
SN65HVD11	10	Есть	1/8
SN65HVD12	1	Есть	1/8

 

SN65LBC184

Это изделие является дифференциальным приемником/передатчиком, выполненном в совместимых по выводам корпусах со стандартом SN75176. Устройство имеет встроенную защиту от высокоэнергетичных пульсаций шума в линии передачи, что значительно усиливает защиту микросхемы по сравнению с большинством существующих аналогов. Использование защитных цепей внутри микросхемы позволяет реализовать высоконадежный неизолированный интерфейс передачи данных без использования дополнительных внешних компонентов. Устройство выдерживает выбросы напряжения в шине данных величиной до 400 В в пике (типовое значение).

SN65LBC184 также имеет ряд дополнительных особенностей, что позволяет применять его в электрически «шумных» линиях связи с большим количеством одновременно подключенных устройств, например, в сетях контроля промышленных процессов. Дифференциальный передатчик имеет встроенный контроль скорости нарастания выходного напряжения (Slew-rate) и обеспечивает максимальную скорость передачи данных 250 кбит/с. Slew-rate-контроль позволяет протягивать более длинные шины данных, чем при использовании устройств без контроля по скорости нарастания напряжения или при более высоких скоростях передачи данных. Уникальная конструкция приемника обеспечивает защиту выходов от переключения на высокий уровень, когда входы микросхемы «висят в воздухе». SN65LBC184 также имеет высокое входное сопротивление, эквивалентное 1/4 единичной нагрузке, что позволяет подключать к шине данных до 128 таких же устройств. Рабочий температурный диапазон устройства составляет -40...85°C.

 

Cерия SN65HVD308xE

Устройства серии SN65HVD308xE рассчитаны на работу при напряжении питания 5 В и полностью совместимы со стандартом ANSI EIA/TIA-485-A. При контроле времени передачи данных эти устройства могут использоваться для организации линий связи большой протяженности и обеспечивают одновременное включение на шине до 256 аналогичных устройств. Они позволяют осуществлять передачу данных на скоростях до 20 Мбит/с (таблица 4). Отличительная особенность серии SN65HVD308xE - очень низкое значение тока собственного потребления (типовое значение равно 0,3 мА); более того, в режиме ожидания ток потребления снижается до значения в несколько нА, делая эти устройства идеальным решением для систем с ограниченным питанием.

Таблица 4. Различия микросхем серии SN65HVD308xE  

Наименование	Скорость передачи данных, Мбит/с	Дуплекс	Корпус
SN65HVD3082E	0,2	Полу	DIP/SOIC/MSOP
SN65HVD3085E	1	Полу	SOIC/MSOP
SN65HVD3088E	20	Полу	SOIC/MSOP
SN65HVD3080E	0,2	Полный	MSOP
SN65HVD3083E	1	Полный	MSOP
SN65HVD3086E	20	Полный	MSOP

Микросхемы серии имеют широкий допустимый диапазон напряжений на шине данных и ESD-защиту до 15 кВ, что делает возможным их применение в сферах с высокими требованиями к допустимому уровню шума в сетях. Внутренняя схема блокировки при включении поддерживает выходы передатчика в высокоимпедансном состоянии до тех пор, пока не стабилизируется напряжение питания.

 

Серия HVD08

Микросхемы серии HVD08 также являются приемниками/передатчиками, полностью совместимыми с промышленным стандартом ANSI EIA/TIA-485-A и SN75176. Основными отличительными особенностями устройств являются: напряжение питания - 3...5,5 В; ESD-защита до 16 кВ; возможность подключения до 256 аналогичных устройств к одной шине данных.

 

Заключение

Компания Texas Instruments предоставляет очень широкий выбор устройств в области интерфейсов передачи данных, в том числе и для промышленного интерфейса RS-485. В их числе есть варианты с напряжением питания 3...5 В, скоростью передачи данных до 50 Мбит/с, различными способами организации шины данных: полудуплекс, полный дуплекс. Микросхемы имеют уникальные характеристики в области электростатической защиты и защиты от перенапряжений в линии передачи данных.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: analog.vesti@compel.ru