###
  • Programi
  • Sigurnost
  • Vijesti
  • Zanimljiv
  • Savjet
  • Vijesti
  • Recenzije

    • Razlika između rs232 i rs485. MAXIM primopredajnici za industrijska sučelja - pregled novih proizvoda. Zaštita sustava za prijenos podataka od nepovoljnih vanjskih utjecaja

    16.07.2021 Vijesti

    RS-485 i RS-422 sučelja opisana su u standardima ANSI EIA/TIA-485-A i EIA/TIA-422. RS-485 sučelje je najčešće u industrijskoj automatizaciji. Koriste ga industrijske Modbus mreže, Profibus DP, ARCNET, BitBus, WorldFip, LON, Interbus i mnoge nestandardne mreže. To je zbog činjenice da prema svim glavnim pokazateljima ovo sučelje je najbolji od svih mogućih na trenutnoj razini razvoja tehnologije. Njegove glavne prednosti su:

    • dvosmjerna razmjena podataka preko samo jednog upredenog para žica;
    • rad s nekoliko primopredajnika spojenih na istu liniju, tj. sposobnost organiziranja mreže;
    • duga komunikacijska linija;
    • prilično velika brzina prijenosa.

    2.3.1. Načela gradnje

    Diferencijalni prijenos signala

    RS-485 sučelje temelji se na metoda diferencijalnog prijenosa signala, kada se napon koji odgovara razini logičke jedinice ili nule ne mjeri od zemlje, već se mjeri kao potencijalna razlika između dvaju prijenosnih vodova: Data + i Data - (slika 2.1). U ovom slučaju, napon svake linije u odnosu na uzemljenje može biti proizvoljan, ali ne smije prelaziti raspon -7...+12 V [ - TIA ].

    Prijemnici signala su diferencijalni, tj. percipiraju samo razliku između napona na Data + i Data - vodovima. Kada je razlika napona veća od 200 mV, do +12 V, smatra se da je linija postavljena na logičku jedinicu; na naponu manjem od -200 mV, do -7 V - logička nula. Diferencijalni napon na izlazu odašiljača, u skladu sa standardom, mora biti najmanje 1,5 V, stoga, s pragom odziva prijemnika od 200 mV, smetnje (uključujući pad napona preko omskog otpora linije) mogu imati zamah od 1,3 V iznad razine od 200 mV. Tako velika rezerva je neophodna za rad na dugim vodovima s visokim omskim otporom. Zapravo, upravo ta granica napona određuje maksimalnu duljinu komunikacijskog voda (1200 m) na niske brzine prijenos (manje od 100 kbit/s).

    Zbog simetrije linija u odnosu na "tlo", u njima se inducira smetnja, slična po obliku i veličini. U prijemniku s diferencijalnim ulazom signal se izolira oduzimanjem napona na vodovima, pa je nakon oduzimanja napon šuma jednak nuli. U stvarnim uvjetima, kada postoji blaga asimetrija vodova i opterećenja, smetnje nisu potpuno potisnute, ali su znatno prigušene.

    Kako bi se smanjila osjetljivost dalekovoda na elektromagnetske smetnje, koristi se upleteni par žica. Struje inducirane u susjednim zavojima zbog fenomena elektromagnetske indukcije, prema "pravilu gimleta", pokazuju se usmjerene jedna prema drugoj i međusobno se kompenziraju. Stupanj kompenzacije određen je kvalitetom kabela i brojem zavoja po jedinici duljine.

    "Treće" izlazno stanje

    Riža. 2.1. Povezivanje tri uređaja s RS-485 sučeljem pomoću dvožilnog kruga

    Druga značajka odašiljača D (D - "Driver") RS-485 sučelja je mogućnost prebacivanja izlaznih stupnjeva u "treće" stanje (visokog otpora) signalom (Driver Enable) (Sl. 2.1). Da biste to učinili, oba tranzistora izlaznog stupnja transmitera su isključena. Prisutnost trećeg stanja omogućuje half-duplex razmjenu između bilo koja dva uređaja spojena na liniju pomoću samo dvije žice. Ako je na Sl. 2.1 prijenos obavlja uređaj, a prijem uređaj, tada se izlazi odašiljača prebacuju u stanje visokog otpora, tj. zapravo samo su prijamnici spojeni na liniju, dok je izlazna impedancija odašiljača ne ranžira liniju.

    Prijenos odašiljača sučelja u treće stanje obično se provodi signalom RTS (Zahtjev za slanje) COM priključak.

    Četverožično sučelje

    RS-485 sučelje ima dvije verzije: dvožilni I četverožilni. Dvožilni se koristi za polu dupleks prijenosi(Sl. 2.1), kada se informacije mogu prenositi u oba smjera, ali u različito vrijeme. Za full duplex (duplex) prijenosi koriste četiri komunikacijske linije: dvije prenose informacije u jednom smjeru, a druge dvije prenose informacije u suprotnom smjeru (slika 2.2).

    Nedostatak četverožilnog kruga (Sl. 2.2) je potreba da se strogo specificiraju glavni i podređeni uređaji u fazi projektiranja sustava, dok u dvožilnom krugu bilo koji uređaj može djelovati i kao glavni i kao podređeni. Prednost četverožičnog sklopa je mogućnost istovremenog prijenosa i primanja podataka, što je ponekad potrebno pri implementaciji nekih složenih protokola razmjene.

    Način prijema jeke

    Riža. 2.2. Četverožično povezivanje uređaja s RS-485 sučeljem

    Ako je prijamnik odašiljačkog čvora uključen tijekom prijenosa, tada odašiljački čvor prima vlastite signale. Ovaj način se naziva "receive echo" i obično se postavlja pomoću mikroprekidača na ploči sučelja. Eho prijem ponekad se koristi u složenim protokolima prijenosa, ali češće je ovaj način rada onemogućen.

    Uzemljenje, galvanska izolacija i zaštita od munje

    Ako su RS-485 priključci spojeni na prijenosnu liniju smješteni na velikoj udaljenosti jedan od drugog, tada njihovi potencijali uzemljenja mogu jako varirati. U ovom slučaju, kako bi se izbjegao kvar izlaznih stupnjeva mikro krugova primopredajnici(primopredajnici) sučelje treba koristiti galvansku izolaciju između RS-485 priključka i zemlje. Ako je razlika potencijala uzemljenja mala, u načelu se može koristiti vodič za izjednačavanje potencijala, ali se ova metoda ne koristi u praksi, budući da su gotovo sva komercijalna RS-485 sučelja galvanski izolirana (vidi, na primjer, NL- 232C pretvarač ili repetitor sučelja NL-485C iz RealLaba!).

    Sučelje je zaštićeno od munje pomoću uređaja za zaštitu od plina i poluvodiča, vidi odjeljak "Zaštita od smetnji".

    2.3.2. Standardni parametri

    Nedavno su se pojavili mnogi čipovi primopredajnika sučelja RS-485, koji imaju šire mogućnosti od onih utvrđenih standardom. Međutim, kako bi se osigurala međusobna kompatibilnost uređaja, potrebno je poznavati parametre opisane u normi (vidi tablicu 2.2).

    2.3.5. Uklanjanje nesigurnosti linije

    Kada su odašiljači svih uređaja spojenih na vod u trećem (visokootpornom) stanju, logično stanje voda i ulaza svih prijamnika je nedefinirano. Kako bi se uklonila ova nesigurnost, neinvertirajući ulaz prijemnika spojen je preko otpornika na sabirnicu napajanja, a invertirajući ulaz spojen je na sabirnicu za uzemljenje. Vrijednosti otpornika su odabrane tako da napon između ulaza postane veći od praga odziva prijemnika (+200 mV).

    Budući da su ovi otpornici spojeni paralelno s prijenosnom linijom, kako bi se osiguralo da linija odgovara sučelju, potrebno je da ekvivalentni otpor na ulazu linije bude jednak 120 Ohma.

    Na primjer, ako svaki otpornik koji se koristi za uklanjanje nesigurnosti u liniji iznosi 450 ohma, tada bi završni otpornik trebao biti 130 ohma, tada bi ekvivalentni otpor kruga bio 114 120 ohma. Da biste pronašli diferencijalni linijski napon u trećem stanju svih odašiljača (vidi sl. 2.6), morate uzeti u obzir da su još jedan otpornik od 120 Ohma i do 32 prijemnika s ulaznim diferencijalnim otporom od 12 kOhma spojeni na suprotnom kraju linije u standardnoj konfiguraciji. Tada će na naponu napajanja (slika 2.6) diferencijalni linijski napon biti jednak +272 mV, što zadovoljava zahtjev standarda.

    2.3.6. Kroz struje

    U mreži koja se temelji na RS-485 sučelju može doći do situacije u kojoj su dva odašiljača uključena istovremeno. Ako je jedan od njih u stanju logičke jedinice, a drugi u stanju logičke nule, tada velika "kroz" struja teče od izvora napajanja do mase, ograničena samo malim otporom dva otvorena tranzistora sklopke. Ova struja može oštetiti tranzistore u izlaznom stupnju odašiljača ili uzrokovati isključivanje njihovog zaštitnog kruga.

    Ova situacija je moguća ne samo zbog grubih pogrešaka u softveru, već i ako je odgoda između trenutka isključivanja jednog odašiljača i uključivanja drugog pogrešno postavljena. Podređeni uređaj ne bi trebao slati podatke dok uređaj koji šalje ne završi slanje. Repetitori sučelja moraju detektirati početak i kraj prijenosa podataka te u skladu s njima prebaciti odašiljač u aktivno ili treće stanje.

    2.3.7. Odabir kabela

    Ovisno o brzini prijenosa i potrebnoj duljini kabela, možete koristiti ili kabel posebno dizajniran za RS-485 sučelje ili gotovo bilo koji par žica. Kabel, dizajniran posebno za RS-485 sučelje, je upredena parica s karakterističnom impedancijom od 120 Ohma.

    Za dobro potiskivanje emitiranih i primljenih smetnji važno je imati veliki broj zavoja po jedinici duljine kabela, kao i identične parametre svih žica.

    Kod korištenja primopredajnika neizoliranih sučelja, osim signalnih žica u kabelu, potrebno je osigurati još jednu upredenu paricu za spajanje krugova uzemljenja povezanih sučelja. Ako postoji galvanska izolacija sučelja, to nije potrebno.

    Kabeli mogu ali ne moraju biti oklopljeni. Bez eksperimentiranja vrlo je teško odlučiti je li ekran potreban. Međutim, s obzirom da cijena oklopljenog kabela nije puno veća, uvijek je bolje koristiti kabel s oklopom.

    Pri malim brzinama prijenosa i DC Pad napona na omskom otporu kabela igra važnu ulogu. Dakle, standardni kabel za RS-485 sučelje s poprečnim presjekom od 0,35 kvadratnih mm ima omski otpor od 48,5 * 2 = 97 Ohma s duljinom od 1 km. Uz terminalni otpornik od 120 Ohma, kabel će djelovati kao razdjelnik napona s faktorom dijeljenja od 0,55, tj. napon na izlazu kabela bit će približno 2 puta manji nego na njegovom ulazu. Ovo ograničava dopuštenu duljinu kabela za brzine prijenosa manje od 100 kbit/s.

    Na višim frekvencijama, dopuštena duljina kabela smanjuje se s povećanjem frekvencije (Sl. 2.7) i ograničena je gubicima kabela i učinkom prednji potresi impulsi. Gubici se sastoje od pada napona na omskom otporu vodiča, koji se povećava pri visokim frekvencijama zbog premještanja struje na površinu (skin efekt) i gubitaka u dielektriku. Na primjer, slabljenje signala u kabelu Belden 9501PVC je 10 dB (3,2 puta) na 20 MHz i 0,4 dB (4,7%) na 100 kHz s duljinom kabela od 100 m.

    2.3.8. Pomicanje granica

    RS-485 standard dopušta spajanje najviše 32 prijemnika na jedan odašiljač. Ova vrijednost ograničena je snagom izlaznog stupnja odašiljača sa standardnom ulaznom impedancijom prijemnika od 12 kOhm. Broj opterećenja (prijemnika) može se povećati korištenjem jačih odašiljača, prijamnika s većom ulaznom impedancijom i srednjih repetitora signala (repetitora sučelja). Sve ove metode koriste se u praksi kada je to potrebno, iako nadilaze zahtjeve standarda.

    U nekim slučajevima morate spojiti uređaje na udaljenosti većoj od 1200 m ili spojiti više od 32 uređaja na jednu mrežu. To se može učiniti pomoću repetitora ( ponavljači , ponavljači) sučelje. Repetitor je instaliran između dva segmenta dalekovoda, prima signal jednog segmenta, obnavlja rubove impulsa i prenosi ga pomoću standardnog odašiljača na drugi segment (slika 2.5). Takvi repetitori su obično dvosmjerni i galvanski izolirani. Primjer je repetitor NL-485C iz RealLaba! . Svaki repetitor omogućuje dodavanje 31 standardnog uređaja na liniju i povećanje duljine linije za 1200 m.

    Uobičajena metoda za povećanje broja opterećenja linije je korištenje prijemnika s većom ulaznom impedancijom od EIA/TIA-485 standarda (12 kΩ). Na primjer, s ulaznom impedancijom prijemnika od 24 kOhma, 64 prijemnika mogu se spojiti na standardni odašiljač. Već se proizvode primopredajni čipovi za RS-485 sučelje s mogućnošću povezivanja 64, 128 i 256 prijemnika u jedan segment mreže (www.analog.com/RS485). Imajte na umu da povećanje broja opterećenja povećanjem ulazne impedancije prijemnika dovodi do smanjenja snage signala koji se prenosi duž linije i, kao posljedica toga, do smanjenja otpornosti na buku.

    2.3.9. RS-232 i RS-422 sučelja

    RS-422 sučelje se koristi mnogo rjeđe od RS-485 i, u pravilu, ne za stvaranje mreže, već za povezivanje dva uređaja na velikoj udaljenosti (do 1200 m), budući da sučelje RS sl. 2.9. Povezivanje dva RS-232/RS-422 modula pretvarača sučelja Diferenc

    Diferencijal

    Maksimalni iznos prijemnici

    Maksimalna duljina kabel

    Maksimalna brzina prijenosa

    30 Mbit/s**

    Izlazni napon zajedničkog načina rada

    Linijski napon pod opterećenjem

    Impedancija opterećenja

    Struja curenja u "trećem" stanju

    Dopušteni raspon signala na ulazu prijemnika

    Osjetljivost prijemnika

    Ulazna impedancija prijemnika

    Bilješka. **Brzinu prijenosa od 30 Mbit/s omogućuje moderna elementna baza, ali nije standardna.

    * EIA- Electronic Industries Association - udruga elektroničke industrije. TIA - Telecommunications Industry Association - udruga telekomunikacijske industrije. Obje organizacije razvijaju standarde.

    Maxim je svjetski lider u proizvodnji mikro krugova sučelja različitih funkcionalnih organizacija.

    Svi mikro krugovi imaju značajke koje omogućuju smanjenje troškova i povećanje gustoće elemenata na ploči smanjenjem broja dodatni elementi, kao i pružiti razne zaštite za uređaje u komunikacijskoj liniji.

    U MAXIM liniji čipova sučelja možete pronaći:

    • Primopredajnici za najčešća industrijska sučelja: RS-232, RS-485/RS-422, IrDA, CAN, LIN, LVDS, USB, HART;
    • Uređaji s dva protokola koji vam omogućuju povezivanje uređaja s različitim sučeljima, na primjer RS-232 i RS-485, pomoću jednog čipa;
    • Uređaji s više protokola koji podržavaju sljedeća sučelja: RS-232, RS-449 RS-485 RS-530, RS-530A, V.10, V.11, V.28, V.35, V.36 i X.21;
    • Mikrosklopovi za zaštitu komunikacijskih vodova od elektrostatskog prenapona, omogućujući strujnu zaštitu mikrosklopova i uređaja;
    • Mikrokrugovi za nadzor sabirnica sučelja, omogućujući vam da reagirate na kratke spojeve u krugu i, ako je potrebno, spojite rezervno napajanje na uređaj koji se razvija;
    • Čipovi koji pojednostavljuju rad sa pametnim karticama, kao i kontroleri sučelja koji ubrzavaju izradu USB i SCSI uređaja;
    • I/O port ekspanderi;
    • Bilateralni brzi pretvarači logičke razine za povezivanje mikrosklopova s ​​različitim napajanjem unutar iste ploče.

    Za komunikaciju industrijskih uređaja uglavnom se koriste RS-485 i RS-232 sučelja. Maximova linija primopredajnika za ova sučelja sadrži više od 300 razne uređaje.

    RS-485 protokol

    Protokol RS-485 zajednički su razvila dva udruženja: Udruženje elektroničke industrije (EIA) i Udruženje telekomunikacijske industrije (TIA). Ranije je EIA sve svoje standarde označavala prefiksom "RS" ( Preporučeni standard— Preporučeni standard). Mnogi inženjeri i dalje koriste ovu oznaku, ali EIA/TIA je službeno zamijenila "RS" s "EIA/TIA" kako bi lakše identificirala podrijetlo svojih standarda.

    Ovaj je standard postao osnova za stvaranje cijele obitelji industrijskih mreža, široko korištenih u industrijskoj automatizaciji. Glavna razlika između RS-485 i RS-232 je mogućnost kombiniranja nekoliko uređaja.

    Navodimo glavna svojstva fizičkog sloja RS-485 sučelja:

    1. Dvosmjerni half-duplex prijenos podataka. Tok serijskih podataka prenosi se samo u jednom smjeru odjednom; prijenos u drugom smjeru zahtijeva promjenu primopredajnika. Primopredajnici se obično nazivaju "vozači".

    2. Simetrični komunikacijski kanal. Za primanje/prijenos podataka koriste se dvije ekvivalentne signalne žice koje su označene latiničnim slovima "A" i "B". Ove žice nose sekvencijalnu razmjenu podataka u oba smjera (naizmjenično). Kada se koristi upletena parica, simetrični kanal značajno povećava otpornost signala na smetnje uobičajenog načina rada i dobro potiskuje elektromagnetska radijacija stvoren korisnim signalom.

    3. Diferencijalni način prijenosa podataka. Na izlazu primopredajnika razlika potencijala se mijenja; kod prijenosa "1" potencijalna razlika između A i B je pozitivna, kod prijenosa "0" negativna. To jest, struja između kontakata A i B pri prijenosu "0" i "1" teče (balansira) u suprotnim smjerovima.

    4. Više točaka. Omogućuje višestruko spajanje prijemnika i primopredajnika na jednu komunikacijsku liniju. Ali u bilo kojem trenutku samo jedan odašiljač mora prenositi podatke, a velik broj uređaja može primati podatke.

    5. Izlaz predajnika niske impedancije. Pojačalo međuspremnika odašiljača ima izlaz niske impedancije, što omogućuje prijenos signala do mnogih prijamnika. Standardni kapacitet opterećenja odašiljača je 32 prijemnika po odašiljaču. Osim toga, strujni signal se koristi za rad upredene parice (što je veća radna struja upredene parice, to više potiskuje smetnje zajedničkog načina rada na komunikacijskoj liniji).

    6. Mrtva zona. Ako razlika u razini signala između AB kontakata ne prelazi ±200 mV, tada se smatra da u liniji nema signala. To povećava otpornost na buku prijenosa podataka.

    Diferencijalni prijenos signala u sustavima koji se temelje na RS-485 osigurava pouzdan prijenos podataka u prisutnosti šuma, a diferencijalni ulazi njihovih prijamnika mogu odbiti značajne zajedničke napone. Međutim, potrebno je poduzeti dodatne mjere za zaštitu od visokih naponskih razina koje su obično povezane s elektrostatičkim pražnjenjem (ESD).

    Nabijeni kapacitet ljudskog tijela omogućuje osobi da uništi integrirani krug jednostavnim dodirom. Do takvog kontakta lako može doći prilikom polaganja i spajanja kabela sučelja.

    Neki čipovi na tržištu nemaju ugrađenu ESD zaštitu, što vas prisiljava da na ploču ugradite dodatne zaštitne uređaje. Maximovi čipovi sučelja uključuju "ESD strukture" koje štite izlaze odašiljača i ulaze prijemnika RS-485 primopredajnika od ESD razina do ±15 kV, au nekim modelima do ±30 kV.

    Kako bi osigurao navedenu ESD zaštitu, Maxim izvodi više testova pozitivnih i negativnih pinova napajanja u koracima od 200 V kako bi potvrdio dosljednost navedenih razina. Uređaji u ovoj klasi (koji zadovoljavaju specifikacije modela ljudskog tijela) označeni su u oznaci proizvoda dodatnim sufiksom "E".

    Također, način kratkog spoja opasan je za izlazne drajvere mikrosklopova sučelja, ali stručnjaci Maxima razvili su jedinstveni sustav zaštite koji isključuje izlazne drajvere mikrosklopa ne samo kada se otkrije kratki spoj, već i kada se mikrosklop pregrije, što osigurava dug rad bez problema.

    Budući da MAXIM mikro krugovi imaju sve sustave zaštite i pretvarače razine na jednom čipu, dijagram povezivanja je znatno pojednostavljen (slika 1). Minimalni iznos zglobni elementi omogućuju maksimalnu kompaktnost postavljanja integriranih komponenti na ploču, a minimalne dimenzije komunikacijskih čipova (do 2x2 mm) pojednostavljuju dizajn prijenosnih uređaja ili uređaja koji rade u ograničenom prostoru.

    Riža. 1.

    Mreže izgrađene na RS-485 sučelju mogu biti full-duplex ili half-duplex. Half-duplex način je način u kojem se prijenos odvija u oba smjera, ali s vremenskom podjelom. U bilo kojem trenutku prijenos se odvija samo u jednom smjeru. Dupleksni način rada je način rada u kojem se podaci mogu prenositi u isto vrijeme kada se podaci primaju. Ponekad se naziva i "full duplex" način kako bi se jasnije prikazala razlika u odnosu na half duplex.

    Kao što je poznato, standard RS-485 specificira samo električne karakteristike komunikacijskog sučelja i fizičkog sloja (medija), ali ne i softverska platforma. Međutim, postoji mnogo standardiziranih industrijskih protokola koji rade povrh standarda RS-485. Među tim protokolima najčešći je PROFIBUS. Kombinira tehnološke i funkcionalne značajke serijske komunikacije, što vam omogućuje povezivanje različitih uređaja za automatizaciju u jedan sustav na razini senzora i aktuatora. PROFIBUS koristi razmjenu podataka između master i slave (DP i PA protokoli) ili između više mastera (FDL i FMS protokoli).

    PROFIBUS DP ( Decentralizirana periferija - Distributed peripherals) je protokol koji ima za cilj osigurati brzu razmjenu podataka između sustava automatizacije (DP master uređaji) i distribuiranih ulazno/izlaznih uređaja (DP slaves).

    Karakterizira ga minimalno vrijeme odziva, visoka otpornost na vanjska elektromagnetska polja i optimiziran je za brze i jeftine sustave. Ova verzija mreže dizajnirana je posebno za komunikaciju između automatiziranih kontrolnih sustava i distribuiranih perifernih uređaja. Električni je protokol blizak RS-485, zbog čega se mikrosklopovi koji omogućuju rad preko PROFIBUS protokola po želji korisnika mogu rekonfigurirati za rad preko RS-485 sučelja.

    MAX14840E i MAX14841E

    MAX14840E i MAX14841E - ESD-zaštićeni primopredajnici dizajnirani za half-duplex RS-485 mreže s brzinama prijenosa podataka do 40 Mbps. Ovi primopredajnici optimizirani su za brzu komunikaciju uređaja na velikim udaljenostima. Posebni sustavi zaštita od asimetrije signala, kao i povećana histereza ulaznog signala, mogu značajno povećati otpornost na smetnje.

    Tipična potrošnja struje mikro krugova u stanju pripravnosti ili u načinu rada (s onemogućenim izlaznim upravljačkim programima) je samo 1,5 mA. Uređaji izgrađeni na ovom čipu mogu se uključiti u već operativnu mrežu "u hodu", bez izazivanja prolaznih procesa koji pogoršavaju oblik odaslanog signala. ovaj trenutak signal.

    Maximovi MAX14840E i MAX14841E dostupni su u osmopinskim SO kućištima i malim osmopinskim (3x3 mm) TDFN-EP kućištima, no bez obzira na oblik, čipovi rade u temperaturnom rasponu od -40...125°C, što im omogućuje korištenje u mrežama vozila.

    Ovaj čip je razvijen za rad u brzoj multidrop RS-485 mreži (slika 2).


    Riža. 2.

    Minimalni broj pinova mikro kruga, kao i visok stupanj unutarnje integracije, omogućuje da se koristi praktički bez vanjski elementi, što povećava gustoću rasporeda ploče i pojednostavljuje korištenje čipa u prijenosnim uređajima male veličine.

    Čipovi serije MAX14840E i MAX14841E sadrže jedinicu za zaštitu izlaznog drajvera koja ograničava izlaznu struju u slučaju kratkog spoja na liniji, što pomaže u održavanju izlaznih drajvera operativnim i također izbjegava velike gubitke energije. Ovaj mikro krug sadrži jedinicu za zaštitu od pregrijavanja koja isključuje izlazne pokretače mikro kruga kada temperatura prijeđe 160°C.

    Glavne primjene:

    • Sustavi upravljanja motorom;
    • Kontrola mikroklime;
    • Industrijski kontrolni sustavi;
    • Razne RS-485 mreže.

    MAX14770E

    Linija mikro krugova tvrtke Maxim uključuje model MAX14770E - primopredajnik PROFIBUS-DP/RS-485 sučelja. Nova generacija BiCMOS procesne tehnologije omogućuje visoku propusnost(20 Mbps) uz integriranje pouzdanog ESD zaštitnog kruga (±35 kV, HBM) u strukturu. Kompaktno TDFN kućište omogućuje korištenje ovog čipa u prijenosnim uređajima. Mikro krug radi u proširenom temperaturnom rasponu od -40…125°C, što jamči pouzdanost u teškim uvjetima.

    MAX14770E je pin-to-pin kompatibilan sa MAX3469,što mu omogućuje da se koristi za nadogradnju sustava upravljanja motorima, PROFIBUS-DP/RS-485 mreža i industrijskih sabirnica.

    MAX14770E ima širok industrijski standardni raspon napona napajanja od 5V ±10%. Mikrokrugovi su dostupni u kompaktnom osmopinskom TDFN kućištu (3x3 mm), kao i osmopinskom SO paketu, za koje je raspon radne temperature -40...85°C.

    Glavne karakteristike:

    • Zadovoljava zahtjeve Profibus-DP napona napajanja 4,5…5,5 V;
    • Brzina prijenosa doseže 20Mbit/s;
    • Ima zaštitu od kratkog spoja;
    • Ima fail-safe prijamnik;
    • Isključuje se kada se pregrije;
    • Ima mogućnost zamjene bez rada;
    • Ima proširenu ESD zaštitu: ±35kV (model ljudskog tijela); ±20kV (model pražnjenja kroz zračni raspor); ±10kV (model s pražnjenjem na dodir);
    • Ima prošireni temperaturni raspon od -40…125°C za TDFN paket s osam žica (3x3 mm).

    Zahvaljujući ovim svojstvima, mikrosklopovi imaju vrlo široku primjenu. Osim uređaja u industrijskim mrežama i sustavima kodiranja industrijske opreme, ovi se čipovi aktivno koriste u sustavima upravljanja motorima, kao iu PROFIBUS-DP mrežama.

    MAX13181E, MAX13182E, MAX13183E, MAX13184E

    Serija mikrokruga MAX13181E, MAX13182E, MAX13183E, MAX13184E od Maxima - primopredajnici sučelja RS-485 koji rade u full-duplex modu iu načinu rada koji se može odabrati: polu- i full-duplex (slika 3).


    Riža. 3.

    Posebnost ovih mikrosklopova je da se proizvode u kompaktnim mDFN kućištima dimenzija 2x2 mm i namijenjeni su za korištenje u prostorno kritičnim izvedbama. Unatoč njihovoj veličini, imaju poboljšanu ESD zaštitu od ±15 kV, kao i otpornike za završetak privlačenja i uzemljenja na DE, RE i F ulazima kako bi se smanjio broj vanjskih komponenti.

    Značajka čipova MAX13182E, MAX13184E također je vrlo niska struja u isključenom načinu rada, što je neophodno u aplikacijama kritičnim za napajanje. Ulazi prijemnika mikro kruga stvaraju impedanciju jednaku 1/8 jediničnog opterećenja, što omogućuje povezivanje do 256 primopredajnika na sabirnicu.

    Čipovi MAX13181E i MAX13182E uključuju drajvere za ograničavanje okretanja, koji smanjuju elektromagnetske smetnje i refleksije signala uzrokovane nepravilnim kabliranjem. Međutim, uporaba pogonitelja s ograničenom brzinom porasta napona izlaznog signala omogućuje prijenos podataka brzinama do 250 kbit/s, iako značajno smanjuje broj pogrešaka.

    MAX13183E, MAX13184E, za razliku od prethodnih IC-ova, imaju drivere koji rade punom brzinom, što omogućuje brzine prijenosa podataka do 16 Mbit/s. Posebnost ovih čipova je mogućnost odabira half- ili full-duplex modova rada, dok MAX13182E i MAX13184E rade samo u full-duplex modu. Svi izlazi odašiljača i ulazi prijemnika imaju poboljšanu ESD zaštitu.

    Svi čipovi MAX13181E...MAX13184E dostupni su u 10-pinskom mDFN kućištu dimenzija 2x2 mm iu 14-pinskom SO paketu. Svi oni rade u proširenom temperaturnom rasponu od -40...85°C.

    Među značajkama opisanih mikro krugova su sljedeće:

    • 10-pinski mDFN paket dimenzija 2x2mm i 14-pinski SO paket;
    • Napon napajanja 5V;
    • Napredna ESD zaštita;
    • ±15kV (HBM specifikacija - model ljudskog tijela);
    • ±12 kV (Specifikacija IEC 61000-4-2 - model pražnjenja kroz zračni raspor);
    • ±6 kV (IEC 61000-4-2 specifikacija - model s pražnjenjem na dodir);
    • Način rada s ograničenom brzinom pada izlaznog signala za prijenos podataka bez grešaka (MAX13181E, MAX13182E);
    • Niska potrošnja struje od 2,5 µA u isključivanju;
    • Impedancija jednaka 1/8 jediničnog opterećenja, što omogućuje spajanje do 256 primopredajnika na sabirnicu.

    Zbog svoje male veličine i male potrošnje struje, ovi čipovi su idealni za korištenje u prijenosnim uređajima sa vlastitim napajanjem koji se mogu koristiti u kontroli industrijskih procesa, instrumentaciji, sigurnosnim sustavima i telekomunikacijskoj opremi.

    MAX13448E

    MAX13448E — duplex primopredajnici RS-485 sučelja sa zaštitom ulaza i izlaza od prenapona ±80 V (u odnosu na masu). MAX13448E radi s napajanjem od 3 do 5,5 V. Posebna značajka IC-a je zaštitni krug koji osigurava da izlaz prijamnika ostane logički visok u slučaju nestanka struje ili kratkog spoja. To omogućuje svim izlazima prijemnika spojenim na sabirnicu da budu visoki kada su svi primopredajnici isključeni.

    Sposobnost rada IC-a u prisutnosti ±80 V napona na pinovima RS-485 sučelja eliminira potrebu za vanjskim zaštitnim sklopovima, koji obično sadrže resetirajuće osigurače i zener diode.

    Ugrađeni zaštitni krug uspješno se koristi u arhitekturama kao što su USB i CAN, u kojima se napajanje i prijenos podataka odvijaju preko jednog kabela. MAX13448E je vrlo prikladan za industrijsku HVAC i kontrolu motora.

    Glavna značajka čipa MAX13448E je modul za ograničenje brzine padanja izlaznog napona, čijom uporabom se smanjuje razina elektromagnetskih smetnji i učinak smetnji na kabel, što omogućuje prijenos podataka bez grešaka pri brzinama od do 500 Kbps s napajanjem od 5 V i 250 Kbps s napajanjem od 3,3 V.

    MAX13448E ima značajku zamjene bez isključivanja koja eliminira mogućnost prijenosa netočnih podataka pri uključivanju ili kada je IC uključen bez isključivanja napajanja. Vozač i prijemnik mikro kruga imaju aktivnu visoku i aktivnu nisku logičku razinu uključivanja, što omogućuje, kada se zajedno uključe izvana, kontrolu smjera prijenosa.

    Ulazna impedancija IC prijamnika predstavlja samo 1/8 standardnog opterećenja, dopuštajući do 256 odašiljača da budu spojeni na jednu sabirnicu. Izlazi svih pokretača zaštićeni su od elektrostatičkog pražnjenja do ±8 kV (ljudski dodir - model ljudskog tijela). MAX13448E radi u temperaturnom rasponu od -40 do 85°C i dostupan je u 14-pinskim SO kućištima.

    MAX13410E, MAX13411E, MAX13412E, MAX13413E

    MAX13410E, MAX13411E, MAX13412E, MAX13413E — Half-duplex primopredajnici za RS-485/RS-422 sučelja, optimizirani za korištenje u krugovima s izoliranim krugovima. Ovi IC-ovi uključuju integrirani regulator napona s malim ispadom, pokretački program i prijemnik. Ugrađeni stabilizator omogućuje rad iz nereguliranog napajanja do 28 V. Funkcija automatskog preusmjeravanja odaslanih podataka (Maximova AutoDirection arhitektura) omogućuje smanjenje broja optičkih elemenata za odvajanje. Ostale značajke uključuju zaštitu od elektrostatičkog pražnjenja, strujni krug za ograničavanje brzine pada, strujni krug za toleranciju grešaka i mogućnost prijenosa podataka maksimalnom brzinom.

    Ugrađeni regulator napona s malim ispadom proizvodi nominalni napon od 5V ±10% koji se koristi za napajanje unutarnjih krugova primopredajnika. Izlaz ugrađenog regulatora napona izlazi na VREG, što korisniku omogućuje spajanje vanjskih komponenti na stabilan izvor napona, pod uvjetom da je potrošnja struje manja od 20 mA. MAX13410E/MAX13411E nema izlaz od 5 V, ali su njegovi kontakti industrijski standardni, što omogućuje jednostavnu integraciju IC-a u industrijske sustave.

    S MAX13410E, MAX13411E, MAX13412E i MAX13413E, ulazna impedancija prijemnika IC-a je samo 1/8 standardnog opterećenja, što omogućuje spajanje do 256 odašiljača na jednu sabirnicu. Izlazi drajvera su zaštićeni od elektrostatičkog napona.

    Značajka MAX13412E/MAX13413E IC je funkcija automatskog preusmjeravanja protoka podataka. Ova arhitektura eliminira potrebu za DE i RE kontrolnim signalima.

    MAX13410E/MAX13412E koristi strujni krug za ograničavanje slew-a kako bi smanjio EMI i osigurao robustan rad u okruženjima s visokim EMI-jem pri brzinama prijenosa podataka do 500 Kbps. MAX13411E/MAX13413E ne koristi ograničavajući krug, ali ovi čipovi mogu prenositi podatke brzinama do 16 Mbps.

    Mikrokrugovi rade u temperaturnom rasponu od -40...85°C i proizvode se u 8-pinskim SO kućištima.

    RS-232 sučelje

    Unatoč svim pozitivnim osobinama RS-485 sučelja, RS-232 sučelje se još uvijek često koristi u industrijskim sustavima. Dizajniran je za jednostavnu primjenu, kako je definirano njegovim nazivom: "Sučelje između terminalne opreme i komunikacijske opreme pomoću serijskog binarnog koda."

    RS-232 sučelje dizajnirano je za prijenos informacija između dva uređaja na udaljenosti do 20 m. Temelji se na diferencijalnom prijenosu signala, ali se razlikuje u razinama i polaritetu.

    Informacije se prenose žicama s različitim razinama signala od standardnih 5V, što osigurava veću otpornost na smetnje. Asinkroni prijenos podataka provodi se zadanom brzinom kada je sinkroniziran razinom startnog impulsnog signala.

    Signali nakon prolaska kroz kabel su oslabljeni i izobličeni. Prigušenje se povećava s duljinom kabela. Taj je učinak uzrokovan električnim kapacitetom kabela. Prema standardu, maksimalni kapacitet opterećenja je 2500 pF. Tipični kapacitet kabela po jedinici duljine je 130 pF, tako da je maksimalna duljina kabela ograničena na približno 17 m.

    Logičke razine odašiljača: “0” - 5...15 V, “1” - -5...-15 V.

    Logičke razine prijemnika: "0" - iznad 3 V, "1" - ispod -3 V.

    Unatoč činjenici da je RS-232 protokol stvoren davno, Maximovi stručnjaci još uvijek poboljšavaju mrežni hardver, što omogućuje veću pouzdanost industrijskih sustava.

    MAX13223E

    Novi dvokanalni primopredajnik MAX13223E RS-232 sučelje ima ugrađenu I/O zaštitu do ±70 V. MAX13223E je prvi primopredajnik zaštićen od prenapona na tržištu koji je pin-kompatibilan s trenutnim industrijskim standardom MAX3223E.

    Novi mikro krug integrira ulazno/izlazne zaštitne krugove od kratkog spoja na tračnicama napajanja, grešaka u spajanju i prenapona do ±70 V, eliminirajući potrebu za vanjskim zaštitnim krugovima. Ova zaštita je posebno kritična za aplikacije u kojima se struja i podaci prenose preko iste žice, jer sprječava kvar strujnog kruga zbog grešaka u vezi i kratki spojevi na pinove sučelja ako je kabel oštećen.

    Maximov patentirani krug AutoShutdown omogućuje smanjenje potrošnje struje u isključenom stanju na 1 µA. MAX13223E automatski ulazi u način rada niske potrošnje kada je spojni kabel RS-232 isključen ili kada na ulazu prijemnika nema podataka. Patentirani učinkoviti krug napajanja i niska razina Pad napona u prijenosnom putu osigurava da mikro krug radi iz unipolarnog izvora napona s nominalnom vrijednošću od 3 ... 5 V.

    MAX13223E, smješten u kućištu TSSOP-20, radi u rasponu napona napajanja od 3...5,5 V, pružajući sučelja EIA/TIA-232 i V.28/V.24 s automatsko isključivanje i poboljšana zaštita od pražnjenja statična struja. Raspon temperature mikro kruga je -40…85°C.

    MAX13223E dizajniran je za upotrebu u automobilskoj industriji, komunikacijama, bazne stanice, komunalnih mjernih sustava, industrijske opreme, trgovačkih terminala i telekomunikacijske opreme.

    Tipični dijagram povezivanja (slika 4) sadrži minimum visećih elemenata, što omogućuje maksimalno pojednostavljenje rasporeda ploče, kao i maksimiziranje zbijanja rasporeda elemenata na ploči.

    Riža. 4.

    MAX13234E, MAX13235E, MAX13236E, MAX13237E

    RS-232 primopredajnici MAX13234E, MAX13235E, MAX13236E, MAX13237E dizajniran da zamijeni postojeće primopredajnike iz obitelji MAX3224E...MAX3227E i omogući visoke brzine prijenosa podataka (do 3 Mbit/s). Ugrađeni regulatori napona dopuštaju rad logičkih razina pri niskim naponima napajanja, a korištenjem strujnog kruga AutoShutdown Plus potrošnja struje smanjena je na manje od 1 µA. ESD sklop pruža visoku razinu zaštite od statičkog pražnjenja.

    MAX13234E…MAX13237E čipovi pružaju mogućnost rada s njima velika brzina prijenos podataka zbog nepostojanja potrebe za korištenjem vanjske konverzije logičkih razina. Čipovi MAX13234E i MAX13235E uključuju dva prijemnika i dva odašiljača. MAX13236E i MAX13237E uključuju jedan prijemnik i jedan odašiljač u kompaktnom TQFN paketu. MAX13235E i MAX13237E pružaju brzine prijenosa podataka do 3 Mbps, dok MAX13234E i MAX13236E podržavaju rad od 250 kbps. Svi uređaji rade u proširenom temperaturnom rasponu od -40...85°C iz izvora napajanja nazivnog napona 3...5,5 V.

    Ovi čipovi su stvoreni za korištenje prvenstveno u području komunikacijskih sustava, ali su također idealni za prijenosne elektronički uređaji i industrijske opreme.

    HART protokol

    Ako su gore opisana sučelja koristila napon za prijenos podataka, tj. signal je određen razlikom napona između dva terminala kruga, zatim u HART protokolu ( Daljinski pretvornik koji se može adresirati na autocestu) električni signal je struja. HART mreže izgrađene su na principu analogne strujne petlje s frekvencijskom modulacijom signala.

    HART protokol može komunicirati brzinom do 1200 bauda. Dijagram koji objašnjava rad uređaja koji koriste HART protokol prikazan je na sl. 5.

    Riža. 5.

    HART koristi jedan puni ciklus od 1200 Hz za prijenos logičke 1 i dva djelomična ciklusa od 2200 Hz za prijenos logičke 0.

    Kao što se može vidjeti na slici 5, HART komponenta je superponirana na 4...20 mA strujnu petlju. Budući da je prosječna vrijednost sinusnog vala tijekom razdoblja "0", HART signal nema utjecaja na analogni 4...20 mA signal.

    HART protokol se temelji na principu master-slave, odnosno terenski uređaj odgovara na zahtjev sustava. Protokol omogućuje dva upravljačka uređaja (upravljački sustav i komunikator).

    Postoje dva načina rada senzora koji podržavaju razmjenu podataka putem HART protokola.

    U načinu prijenosa digitalne informacije u isto vrijeme sa analogni signal senzor radi u analognom automatiziranom sustavu upravljanja procesima, a razmjena po HART protokolu se odvija preko HART komunikatora ili računala. U tom slučaju možete daljinski (udaljenost do 3000 m) izvršiti potpuna prilagodba i konfiguracija senzora.

    U multipoint modu, senzor odašilje i prima informacije samo u digitalnom obliku. Analogni izlaz se automatski fiksira na minimalnu vrijednost (samo napajanje uređaja - 4 mA) i ne sadrži informacije o izmjerenoj vrijednosti. Informacije o procesnim varijablama očitavaju se HART protokolom.

    Na jedan par žica može se spojiti do 15 senzora. Njihova količina određena je duljinom i kvalitetom voda, kao i snagom napajanja senzora. Svi senzori u multipoint modu imaju svoju jedinstvenu adresu od 1 do 15, a svaki je adresiran na odgovarajuću adresu. Komunikator ili upravljački sustav detektira sve senzore spojene na liniju i može raditi s bilo kojim od njih.

    DS8500

    Predstavljen Maxim Integrated Products, Inc DS8500 - HART modem s jednim čipom odgovara na fizička razina zahtjevima HART specifikacije.

    Kao što se može vidjeti na Sl. 6, modulator i demodulator 1200/2200 Hz frekvencijski moduliranog signala integrirani su u čip.


    Riža. 6.

    Čip ima vrlo nisku potrošnju energije i, zahvaljujući implementiranoj digitalnoj obradi signala, zahtijeva samo nekoliko vanjskih komponenti. Ulazni signal digitalizira ADC i šalje u digitalni filtar/demodulator. Arhitektura modema omogućuje pouzdanu detekciju signala čak iu bučnim okruženjima. Izlazni DAC generira sinusoidalni napon i održava fazni pomak pri prebacivanju između 1200 i 2200 Hz. Niska potrošnja se postiže zabranom rada prijemnika tijekom prijenosa signala, odašiljač ne radi tijekom prijema. DS8500 je idealan za stvaranje prijenosnika sustava za upravljanje procesima male snage.

    Kao što se može vidjeti na Sl. 7, samo nekoliko vanjskih komponenti i 20-pinski TQFN minijaturni paket smanjuju cijenu i veličinu proizvoda.


    Riža. 7.

    Glavne karakteristike modema:

    • Single-chip rješenje za half-duplex prijenos, 1200 baud, FSK modulacija i demodulacija;
    • Digitalna obrada signala, koja omogućuje pouzdanu detekciju ulaznog signala u bučnom okruženju;
    • Sinusoidalni izlazni signal s minimalnim harmoničkim izobličenjem;
    • Standard taktna frekvencija 3.6864MHz;
    • Usklađenost sa zahtjevima HART specifikacije na fizičkoj razini;
    • Napon napajanja u rasponu 2,7…3,6V;
    • Maksimalna potrošnja struje 285 µA;
    • Minijaturno 20-pinsko TQFN kućište dimenzija 5x5x0,8 mm.

    Zahvaljujući aktivnom korištenju HART protokola, DS8500 čip je nezamjenjiv pri razvoju transmitera za uređaje za prikupljanje podataka (temperatura, tlak, itd.), HART modema ili HART multipleksera.

    Zaključak

    Iako su standardi RS-232 i RS-485 stvoreni prije više od 30 godina, još uvijek se aktivno koriste. Ranije nijedno osobno računalo nije moglo bez COM priključka, preko kojeg se prijenos podataka temelji na RS-232 protokolu. Iako je u modernim računalima COM port odavno zamijenjen modernijim, to ne znači da su RS-232 i RS-485 protokoli zaboravljeni.

    U industrijskim mrežama im nema premca zbog visoke stabilnosti i velikih udaljenosti na kojima je osiguran prijenos podataka. Međutim, ta pouzdanost nije određena samo početnim uspješnim razvojem protokola, već i stalnim poboljšanjem hardvera.

    Proizvodi sučelja tvrtke MAXIM savršeno zadovoljavaju potrebe rusko tržište industrijske elektronike, a sučelja će živjeti još dugo. Maxim aktivno poboljšava karakteristike pouzdanosti komunikacijskih čipova i proširuje njihovu dodatnu funkcionalnost.

    .

    Priznanica tehničke informacije, naručivanje uzoraka, dostava - e-mail:


    Maxim je stekao Teridian

    Društvo Maksima najavio akviziciju tvrtke Teridian Semiconductor Corporation. Teridian Semiconductor je tvrtka koja proizvodi fabless uređaje sa sjedištem u Irvineu u Kaliforniji. Tvrtka je glavni dobavljač poluvodičkih komponenti, s primarnim fokusom na čipove za mjerače energije i pametne energetske sustave. Opskrbljuje tri od četiri glavna proizvođača mjerača energije u Sjedinjenim Državama i više od pedeset proizvođača brojila diljem svijeta. Ključna razlika između pametnih senzora Teridian je njihova nova arhitektura, koja omogućuje točnija mjerenja snage u širem dinamičkom rasponu. Kako bi optimizirali vrijeme izlaska na tržište i smanjili troškove, proizvođači mjerača energije zahtijevaju IC-ove s visokom integracijom na čipu i višeslojna rješenja po principu "ključ u ruke". Maximova demonstrirana sposobnost integriranja višestrukih signalnih funkcija bit će izuzetno korisna u proizvodnji visoko integriranih sustava na čipu (SoC) i rješenja po principu "ključ u ruke" koja ispunjavaju ove zahtjeve. Navedeno je da je broj pametnih brojila koja koriste i sustav na čipu i gotova rješenja, trebao bi se povećavati za 10% godišnje do 2014.

    Kao što je nedavno primijetio izvršni direktor Maxima, Tunk Doluca ( Tunc Doluca): „Ulaganje u globalne pametne energetske sustave morat će biti značajno kako bi se elektrane i energetske mreže učinkovitije koristile. Mjerenje energije i mrežna komunikacija ključne su komponente pametnog energetskog sustava i stoga neizbježno dovode do razvoja novih mjerača energije koji će zamijeniti zastarjela. Akvizicija Teridianove linije proizvoda i tima uvelike će ubrzati naš prodor na ovo brzorastuće tržište i pomoći nam da ojačamo svoju poziciju."

    Sučelja RS-422 i RS-485 otklanjaju nedostatke sučelja RS-232, koje se široko koristi u osobnih računala. Dizajn RS-422/RS-485 sučelja temelji se na principu diferencijalnog prijenosa podataka. Njegova suština je prenijeti jedan signal preko dvije žice upletene zajedno da tvore upredenu paricu. Obično se jedna žica konvencionalno naziva "A", a druga - "B". Korisni signal je potencijalna razlika između žica A i B: U A – U B = U AB. Za organizaciju sučelja potrebni su linearni odašiljači s diferencijalnim izlazima i linearni prijamnici s diferencijalnim ulazima.

    Na sl. Slika 1 prikazuje konvencionalnu sliku linearnog odašiljača RS-422/RS-485 sučelja i vremenski dijagram njegovog izlaznog signala. Odašiljač emitira 2 do 6 V između priključaka A i B. Odašiljač također ima zajedničku točku kruga (žicu) priključak C. Za razliku od RS-232C sučelja, zajednička žica se ovdje ne koristi za određivanje stanja podatkovne linije, već se koristi samo za spajanje signalnog uzemljenja. Ako je izlaz odašiljača 2< U AB < 6 В, то это соответствует логическому 0, а диапазон -6 < U AB < -2 В соответствует логической 1.

    Riža. 1. Odašiljač sučelja RS-422/RS-485:

    simbol; b) - vremenski dijagram izlaznog signala U AB

    Linearni odašiljač RS-485 sučelja mora imati ulaz upravljačkog signala “Resolution”. Svrha ovog signala je spojiti izlaze odašiljača na pinove A i B. Ako je signal Enable u isključenom stanju (obično logička 0), tada će odašiljač biti odspojen od linije. Isključeno stanje linijskog odašiljača obično se naziva njegovim trećim ili Z-stanjem.

    Diferencijalni prijamnik analizira signale iz komunikacijske linije koji dolaze na njegove ulaze A i B. Ako je na ulazu prijemnika U A – U B = U AB > 0,2 V, tada to odgovara logičkoj 0, ako je U A – U B< -0,2 В, то это логическая 1. Диапазон | U A – U B | < 0,2 В является зоной нечувствительности (гистерезисом), защищающей от воздействия помех. Линейный приемник также должен иметь вывод C общего провода схемы, чтобы выполнить сигнальное заземление.



    Korištenje metode diferencijalnog prijenosa signala osigurava dobru otpornost sučelja na buku. Za hardversku implementaciju sučelja koriste se primopredajni čipovi (primopredajnici) s diferencijalnim ulazima/izlazima spojenim na liniju i digitalnim ulazima/izlazima spojenim na UART modul mikrokontrolera.

    Usporedba RS-422 i RS-485 sučelja. Standard definira RS-422 kao sučelje od točke do točke s jednim odašiljačem i do deset prijemnika. Na sl. Slika 2. prikazuje dijagram spajanja uređaja na linije sučelja za simplex (jednosmjernu) razmjenu. Za dvostruku razmjenu potreban vam je drugi par žica s istom vezom uređaja.

    Riža. 2. Spajanje uređaja na komunikacijsku liniju RS-422 sučelja

    Standard definira RS-485 kao multidrop sučelje koje omogućuje povezivanje do 32 odašiljača, prijamnika ili njihove kombinacije na jednu liniju. Na sl. Slika 3 prikazuje dijagram spajanja uređaja na linije sučelja za poludupleksnu razmjenu. Diferencijalni ulazi prijemnika sučelja RS-422/485 štite od smetnji, ali u ovom slučaju zajedničke točke C uređaja moraju biti povezane međusobno i sa sabirnicom za uzemljenje. Kada je komunikacijska linija duga, dodatna treća žica sučelja koristi se za povezivanje zajedničkih točaka. Ako se koristi oklopljena upredena parica, oklop se može koristiti kao treća žica.

    Riža. 3. Spajanje uređaja na komunikacijsku liniju RS-485 sučelja

    Usklađivanje otpora u komunikacijskoj liniji. Na velikim udaljenostima između uređaja s upletenom paricom i velikim brzinama prijenosa počinju se pojavljivati ​​takozvani efekti duge linije. U tom slučaju, odaslani signali su izobličeni zbog refleksije signala na krajevima komunikacijske linije.

    Poznato je da svaki električni komunikacijski vod karakterizira valna impedancija, koja je određena samo njegovim parametrima: površinom i oblikom poprečnog presjeka žica, njihovim relativnim položajem, debljinom i vrstom dielektrika između njih. Ako spojite otpornik s otporom jednakim otporu vala na kraj voda, signal se neće reflektirati od njega. Takva se linija naziva konzistentnom. Izobličenje u njemu je minimalno. Prilagodni otpornik R C postavljen je na kraju voda prema kojem se prenosi signal. U RS-422 sučelju nalazi se na kraju linije suprotno od odašiljača (vidi sliku 2). U RS-485 sučelju, ako je prijenos u dva smjera, završni otpornici RC ugrađeni su na oba kraja komunikacijske linije (vidi sliku 3). Upredene parice koje se trenutno koriste imaju karakterističnu impedanciju od oko 120 Ohma, tako da se otpor odgovarajućih otpornika također uzima na 120 Ohma. Izraz "podudarni" otpornik nije općenito prihvaćen. Često se umjesto toga koriste izrazi: krajnji otpornik ili terminalni otpornik.

    Maksimalna brzina prijenosa podataka preko RS-422/RS-485 sučelja određena je mnogim čimbenicima: duljinom i parametrima komunikacijske linije, parametrima prijemnika i odašiljača. Maksimalna brzina prijenosa na kratkim udaljenostima (do 12 m) ograničena je brzinom odašiljača i prema standardu iznosi 10 Mbit/s. Na srednjim udaljenostima (desetke i stotine metara) brzina prijenosa se smanjuje zbog povećanja gubitaka u izolacijskim kapacitetima kabela i aktivnom otporu žica. Na primjer, s duljinom linije od 120 m, maksimalna brzina prijenosa ne prelazi 1 Mbit/s. Maksimalna duljina komunikacijskog kabela prema standardu ograničena je na 1200 m, dok brzina prijenosa ne prelazi 100 Kbit/s.

    Prednosti RS-422 i RS-485 sučelja su: niska cijena priključnih kabela; niske cijene prodaje primopredajnika; velika flota operativne opreme koja implementira ove standarde; mogućnost organiziranja galvanske izolacije.

    Nedostatak sučelja je što nisu uključeni u standardnu ​​konfiguraciju računala i mikrokontrolera. Sučelja imaju prilično značajnu potrošnju energije i relativno nisku brzinu prijenosa podataka.

    U industrijskim primjenama bežične podatkovne linije nikada neće moći u potpunosti zamijeniti žičane. Među posljednjima, najčešće i najpouzdanije je još uvijek RS-485 serijsko sučelje. A proizvođač primopredajnika koji su najviše zaštićeni od vanjskih utjecaja i raznoliki u konfiguraciji i stupnju integracije za to, zauzvrat, ostaje tvrtka Maxim Integrated.

    Unatoč sve većoj popularnosti bežične mreže, najpouzdaniju i najstabilniju komunikaciju, osobito u teškim uvjetima rada, pružaju žičane. Ispravno dizajnirano žičane mreže omogućuju učinkovitu komunikaciju u industrijskim primjenama i sustavima za upravljanje procesima, istovremeno pružajući imunitet na smetnje, ESD i udarne napone. Osobine RS-485 sučelja dovele su do njegove široke upotrebe u industriji.

    Usporedba RS-485 i RS-422 sučelja

    RS-485 primopredajnik je najčešće sučelje fizičkog sloja za implementaciju serijskih mreža dizajniranih za teška okruženja u industrijskim aplikacijama i sustavima automatizacije zgrada. Ovaj standard Serijsko sučelje omogućuje brzu razmjenu podataka na relativno velikoj udaljenosti preko jedne diferencijalne linije (upletena parica). Glavni problem s upotrebom RS-485 u industriji iu sustavima automatizacije zgrada su električni prijelazi koji proizlaze iz brzog prebacivanja induktivnih opterećenja, elektrostatičkih pražnjenja i prenapona koji utječu na mrežu automatizirani sustavi kontrole mogu iskriviti prenesene podatke ili dovesti do njihovog kvara.

    Trenutno postoji nekoliko vrsta sučelja za prijenos podataka, od kojih je svako dizajnirano za specifične aplikacije, uzimajući u obzir potrebni skup parametara i strukturu protokola. Serijska komunikacijska sučelja uključuju CAN, RS-232, RS-485/RS-422, I2 C, I2 S, LIN, SPI i SMBus, ali RS-485 i RS-422 su još uvijek najpouzdaniji, posebno u teškim radnim uvjetima .

    U mnogočemu su slični, ali imaju neke značajne razlike koje se moraju uzeti u obzir pri projektiranju sustava za prijenos podataka. Prema standardu TIA/EIA-422, RS-422 sučelje je specificirano za industrijske primjene s jednim master uređajem sabirnice podataka na koji se može spojiti do 10 podređenih uređaja (slika 1). Omogućuje brzine prijenosa do 10 Mbps korištenjem kabela s upredenom paricom, čime se poboljšava otpornost na smetnje i postiže najveći mogući domet i brzina prijenosa podataka. Tipične primjene za RS-422 su automatizacija procesa (kemijska proizvodnja, prerada hrane, tvornice papira), složena automatizacija proizvodnje (automobilska i metaloprerađivačka industrija), sustavi ventilacije i klimatizacije, sigurnosni sustavi, kontrola motora i kontrola kretanja objekata.

    Riža. 1. RS-422 sučelje s povezivanjem više prijemnih uređaja na zajednički dvožilni vod komunikacije

    RS-485 pruža veću fleksibilnost zbog mogućnosti korištenja više glavnih uređaja na zajedničkoj sabirnici, kao i povećanje maksimalnog broja uređaja na sabirnici s 10 na 32. Prema standardu TIA/EIA-485, RS- 485 sučelje ima širi raspon zajedničkog napona (-7...12 V umjesto ±7V) i nešto manji raspon diferencijalnog napona (±1,5 V umjesto ±2 V), što osigurava dovoljnu razinu signala prijemnika na maksimalno opterećenje linije. Koristeći napredne mogućnosti multidrop podatkovne sabirnice, možete stvoriti mreže uređaja spojenih na jedan RS-485 serijski priključak. Zbog visoke otpornosti na smetnje i višestruke povezivosti, RS-485 je najbolje serijsko sučelje za upotrebu u industrijskim distribuiranim sustavima koji se povezuju s programabilnim logičkim kontrolerom (PLC), grafičkim kontrolerom (HMI) ili drugim kontrolerima za prikupljanje podataka. Budući da je RS-485 proširenje RS-422, svi RS-422 uređaji mogu se spojiti na sabirnicu kojom upravlja RS-485 master. Tipične primjene za RS-485 slične su gore navedenim za RS-422, uz češću upotrebu RS-485 zbog njegovih naprednih mogućnosti.

    RS-485 je najpopularnije industrijsko sučelje

    Standard TIA/EIA-485 omogućuje korištenje RS-485 na udaljenosti do 1200 m. Na manjim udaljenostima brzine prijenosa podataka su veće od 40 Mbit/s. Korištenje diferencijalnog signala daje RS-485 sučelju veći domet, ali se brzina prijenosa podataka smanjuje kako se duljina linije povećava. Na brzinu prijenosa podataka također utječe površina poprečnog presjeka žica linije i broj uređaja koji su na nju povezani. Ako trebate istovremeno postići veliki domet i visoke brzine prijenosa podataka, preporučuje se korištenje RS-485 primopredajnika s ugrađenim visokofrekventnim izjednačavanjem, na primjer, MAX3291. RS-485 sučelje može se koristiti u half-duplex modu koristeći jednu upredenu paricu žica ili u full-duplex modu uz istovremeni prijenos i prijem podataka, što je osigurano korištenjem dvije upredene parice (četiri žice). U multidrop konfiguraciji u half-duplex modu, RS-485 može podržati do 32 odašiljača i do 32 prijemnika. Međutim, IC-ovi primopredajnika novije generacije imaju veću ulaznu impedanciju, što omogućuje smanjenje opterećenja linije prijemnika za 1/4 do 1/8 standardne vrijednosti. Na primjer, korištenjem primopredajnika MAX13448E, broj prijemnika spojenih na RS-485 sabirnicu može se povećati na 256. S poboljšanim RS-485 multidrop sučeljem, moguće je izgraditi mreže različitih uređaja povezanih na isti serijski port, kako je prikazano na slici. 2.

    Riža. 2. Multipoint half-duplex primopredajni sustav koji se koristi u industrijskim aplikacijama

    Osjetljivost prijemnika je ±200 mV. Stoga, za prepoznavanje jednog bita podataka, razine signala na točki spajanja prijamnika moraju biti veće od +200 mV za nulu i manje od -200 mV za jedinicu (slika 3). U tom slučaju prijemnik će potisnuti smetnje čija je razina u rasponu od ±200 mV. Diferencijalni vod također osigurava učinkovito odbacivanje zajedničkog načina rada. Minimalna ulazna impedancija prijemnika je 12 kOhm, izlazni napon odašiljača je u rasponu od ± 1,5…± 5 V.

    Riža. 3. Minimalne razine signala u liniji RS-485

    Problemi povezani s korištenjem serijskog sučelja u industrijskom okruženju

    Dizajneri industrijskih sustava suočavaju se s izazovom osiguravanja pouzdanog rada u elektromagnetskim okruženjima koja mogu oštetiti opremu ili poremetiti rad. digitalni sustavi prijenos podataka. Jedan primjer sličnih sustava je automatsko upravljanje tehnološkom opremom u automatiziranom industrijskom poduzeću. Kontroler koji upravlja procesom mjeri njegove parametre, kao i parametre okoline, te prenosi naredbe aktuatorima ili generira alarme. Industrijski kontroleri su u pravilu mikroprocesorski uređaji čija je arhitektura optimizirana za rješavanje problema određenog industrijskog poduzeća. Podatkovne linije od točke do točke u takvim sustavima podložne su jakim elektromagnetskim smetnjama iz okoline.

    DC-DC pretvarači koji se koriste u industrijskoj proizvodnji rade s visokim ulaznim naponima i daju ulazno izolirane napone za napajanje opterećenja. Za napajanje uređaja distribuiranog sustava koji nemaju vlastiti mrežni izvor napajanja koriste se istosmjerni naponi od 24 ili 48 V. Priključno opterećenje napaja se naponom od 12 ili 5 V, dobivenim pretvorbom ulaznog napona. Sustavi koji komuniciraju s daljinskim senzorima ili aktuatorima zahtijevaju zaštitu od prijelaznih pojava, elektromagnetskih smetnji i razlika potencijala uzemljenja.

    Mnoge tvrtke, kao što je Maxim Integrated, ulažu velike napore kako bi integrirane sklopove za industrijske primjene učinile drugačijima visoka pouzdanost i otpornost na nepovoljna elektromagnetska okruženja. Maximovi RS-485 primopredajnici imaju ugrađene visokonaponske ESD i strujne krugove za zaštitu od prenapona i mogu se zamijeniti bez gubitka podataka na liniji.

    Zaštita sustava za prijenos podataka od nepovoljnih vanjskih utjecaja

    Poboljšana ESD zaštita

    Do elektrostatičkog pražnjenja (ESD) dolazi kada dva suprotno nabijena materijala dođu u kontakt, što rezultira prijenosom statičkog naboja i stvaranjem iskričastog pražnjenja. ESD se često javlja kada ljudi dođu u kontakt s okolnim predmetima. Iskreće pražnjenje koje nastaje nepažljivim rukovanjem poluvodičkim elementima može značajno pogoršati njihove karakteristike ili dovesti do potpunog uništenja strukture poluvodiča. ESD se može dogoditi, na primjer, prilikom zamjene kabela ili jednostavnog dodirivanja I/O priključka i dovesti do onesposobljavanja priključka zbog kvara jednog ili više čipova sučelja (Slika 4).

    Riža. 4. Rezultat utjecaja elektrostatskog pražnjenja na kristal mikro kruga s nedovoljnom razinom zaštite

    Riža. 5. Pojednostavljeni dijagram ESD zaštitnog kruga ugrađenog I/O porta

    Takve nezgode mogu dovesti do značajnih gubitaka, jer povećavaju troškove jamstvenih popravaka, a potrošači ih doživljavaju kao posljedicu niske kvalitete proizvoda. U industrijskoj proizvodnji, ESD je ozbiljan problem koji može uzrokovati milijarde dolara gubitaka godišnje. U stvarnim uvjetima rada, ESD može dovesti do kvara pojedinačnih komponenti, a ponekad i do kvara sustava u cjelini. Vanjske diode mogu se koristiti za zaštitu podatkovnih sučelja, ali neki IC-ovi sučelja sadrže ugrađene ESD zaštitne komponente i ne zahtijevaju dodatne vanjske zaštitne krugove. Na sl. Slika 5 prikazuje pojednostavljeni funkcionalni dijagram tipičnog integriranog ESD zaštitnog kruga. Prenaponi na signalnoj liniji ograničeni su diodnim zaštitnim krugom na VCC i razini uzemljenja i tako štite unutarnji sklop od oštećenja. Trenutno proizvedeni IC-ovi sučelja i analogni prekidači s ugrađenom ESD zaštitom općenito su u skladu sa standardom IEC 61000-4-2.

    Maxim Integrated uložio je velika sredstva u razvoj IC-ova s ​​robusnom ugrađenom ESD zaštitom i trenutno je vodeći u RS-232 do RS-485 primopredajnicima. Ovi su uređaji dizajnirani da izdrže IEC 61000-4-2 i JEDEC JS-001 ESD ispitne impulse koji se primjenjuju izravno na I/O priključke. Maximova ESD rješenja su pouzdana, pristupačna, ne zahtijevaju dodatne vanjske komponente i jeftinija su od većine konkurenata. Svi čipovi sučelja koje proizvodi ova tvrtka sadrže ugrađene elemente koji štite svaki pin od ESD-a koji nastaje tijekom proizvodnje i rada. Obitelj primopredajnika MAX3483AE/MAX3485AE štiti izlaze odašiljača i ulaze prijemnika od visokonaponskih udara do ±20 kV. Istodobno se održava normalan rad proizvoda; nema potrebe za isključivanjem i ponovnim uključivanjem napajanja. Osim toga, ugrađene ESD zaštitne značajke omogućuju rad s niskom potrošnjom energije tijekom načina uključivanja, isključivanja i stanja mirovanja.

    Zaštita od prenapona

    U industrijskim primjenama, ulazi i izlazi RS-485 drajvera osjetljivi su na greške koje proizlaze iz prenapona. Parametri udarnih prenapona razlikuju se od ESD-a - dok je trajanje ESD-a obično u rasponu do 100 ns, trajanje impulsnih prenapona može biti 200 μs ili više. Uzroci udarnog napona mogu uključivati ​​pogreške u ožičenju, loše spojeve, oštećene ili neispravne kabele i kapljice lema koje mogu stvoriti vodljivu vezu između energetskih i signalnih vodova na isprintana matična ploča ili u konektoru. Budući da industrijski sustavi napajanja koriste napone veće od 24 V, izlaganje standardnih RS-485 primopredajnika koji nemaju zaštitu od prenapona takvim naponima uzrokovat će njihov kvar u roku od nekoliko minuta ili čak sekundi. Za zaštitu od prenapona, konvencionalni RS-485 mikrosklopovi sučelja zahtijevaju skupe vanjske uređaje izrađene od diskretnih komponenti. RS-485 primopredajnici s ugrađenom zaštitom od prenapona mogu izdržati uobičajeni šum do ±40, ±60 i ±80 V na podatkovnoj liniji. Maxim proizvodi liniju MAX13442E/ MAX13444E RS-485/RS-422 primopredajnika koji izdržati istosmjerne ulazne napone i izlaze do ±80 V u odnosu na masu. Zaštitni elementi rade bez obzira na trenutno stanje čipa - je li uključen, isključen ili u stanju mirovanja - što ove primopredajnike čini najpouzdanijima u industriji, idealnim za industrijske primjene. Maxim primopredajnici ostaju funkcionalni pod naponskim udarima uzrokovanim kratkim spojevima strujnih i signalnih linija, pogreškama u ožičenju, neispravnim spojevima konektora, neispravnim kabelima i nepravilnim radom.

    Otpornost prijemnika na nesigurne uvjete linije

    Važna karakteristikaČipovi sučelja RS-485 dizajnirani su kako bi prijamnike učinili imunima na nedefinirane uvjete linije, što jamči da je visoka logička razina postavljena na izlazu prijemnika kada su ulazi otvoreni ili zatvoreni, kao i kada svi odašiljači spojeni na liniju idu u neaktivan način (stanje visoke impedancije izlaza). Problem prijemnika koji ispravno percipira signale iz zatvorene podatkovne linije rješava se pomicanjem pragova ulaznog signala na negativne napone od -50 i -200 mV. Ako je ulazni diferencijalni napon VA - VB prijemnika veći ili jednak -50 mV, izlaz R0 postaje visok. Ako je VA - VB manji ili jednak -200 mV, izlaz R0 postavljen je na nisku vrijednost. Kada svi odašiljači prijeđu u neaktivno stanje i dođe do prekida u liniji, diferencijalni ulazni napon prijemnika je blizu nule, zbog čega je izlaz prijemnika postavljen na visoku razinu. U ovom slučaju, margina otpornosti na buku na ulazu je 50 mV. Za razliku od primopredajnika prethodne generacije, pragovi od -50 i -200 mV odgovaraju vrijednostima od ±200 mV koje je postavio standard EIA/TIA-485.

    Hot-swappable

    Riža. 6. Pojednostavljeni blok dijagram DE zaštite ulaza tijekom vruće izmjene

    U serijskom sučelju za prijenos podataka u jednom smjeru koristi se jedna signalna linija, duž koje se informacijski bitovi prenose jedan za drugim - sekvencijalno.

    Počevši od prvih modela, računala su imala serijsko sučelje (engleski “Serial Interface”) - COM port (engleski “Communications port”). Ovaj priključak omogućuje asinkronu razmjenu koristeći RS-232 standard. COM priključci implementirani su na čipovima univerzalnog asinkronog primopredajnika (UART). Oni zauzimaju 8 susjednih 8-bitnih registara i mogu se nalaziti na standardnim baznim adresama 3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4). Portovi mogu generirati hardverske prekide IRQ4(obično se koristi za COM1 i COM3) i IRQ3(za COM2 i COM4). Na vanjskoj strani, priključci imaju serijske podatkovne linije za prijenos i primanje, kao i skup kontrolnih i statusnih signala koji su u skladu sa standardom RS-232C. COM portovi imaju spojene vanjske muške konektore DB-25P ili DB-9P stražnja ploča Računalo. Karakteristična značajka sučelje je korištenje ne-TTL signala - sve vanjski signali Priključci su bipolarni. Nema galvanske izolacije - uzemljenje spojenog uređaja povezano je s uzemljenjem računala. Brzina prijenosa podataka može doseći 115200 bps.

    Standard RS-232C opisuje neuravnotežene odašiljače i prijemnike: signal se prenosi u odnosu na zajedničku žicu - uzemljenje kruga. Logički na ulazu podataka (RxD signal) odgovara rasponu napona od -12 do -3 V; logička nula – od +3 do +12 V. Za ulaze upravljačkih signala, stanje ON odgovara rasponu od +3 do +12 V, stanje OFF – od -12 do -3 V. Raspon od -3 do +3 V – mrtva zona, koja uzrokuje histerezu prijemnika: stanje linije se smatra promijenjenim tek nakon prelaska praga. Razina signala na izlazima predajnika mora biti u rasponu od -12 do -5 V i od +5 do +12 V.

    Sučelje pretpostavlja prisutnost zaštitnog uzemljenja povezanih uređaja ako se oba napajaju izmjeničnom strujom i imaju zaštitu od prenapona.

    Na fizičkoj razini, serijsko sučelje ima različite implementacije koje se razlikuju po načinu na koji prenose električne signale. Postoji niz međunarodnih standarda koji se odnose na RS-232C. Na sl. Slika 25 prikazuje dijagrame povezivanja za njihove prijemnike i odašiljače, a također prikazuje ograničenja duljine linije ( L) I maksimalna brzina prijenos podataka ( v). Neuravnotežene linije RS-232C sučelja imaju najmanju otpornost na smetnje uobičajenog načina rada. Najbolje parametre ima sučelje točka-točka RS-422A i njegov trunk (bus) analog RS-485, koji rade na simetričnim komunikacijskim linijama. Oni koriste diferencijalne signale za prijenos svakog signala, s posebnim (upredenim) parom žica za svaki signalni lanac. Budući da su ova sučelja logički povezana, dopušteno je koristiti jednostavne pretvarače signala koji omogućuju prijelaz s jednog sučelja na drugo (slika 1).