Diferența dintre rs232 și rs485. Transceiver MAXIM pentru interfețe industriale - prezentare generală a noilor produse. Protecția sistemelor de transmisie a datelor de influențe externe negative

Interfețele RS-485 și RS-422 sunt descrise în standarde ANSI EIA/TIA-485-A și EIA/TIA-422. Interfața RS-485 este cea mai comună în automatizarea industrială. Este utilizat de rețelele industriale Modbus, Profibus DP, ARCNET, BitBus, WorldFip, LON, Interbusși multe rețele non-standard. Acest lucru se datorează faptului că, conform tuturor indicatorilor principali această interfață este cel mai bun dintre toate posibil la nivelul actual de dezvoltare tehnologică. Principalele sale avantaje sunt:

• schimb de date bidirecțional printr-o singură pereche de fire răsucite;
• să lucreze cu mai multe transceiver conectate la aceeași linie, adică capacitatea de a organiza o rețea;
• lungime mare a liniei de comunicație;
• viteza de transfer destul de mare.

2.3.1. Principii de construcție

Transmisia semnalului diferential

Se bazează pe interfața RS-485 metoda de transmisie diferentiala semnal, când tensiunea corespunzătoare nivelului unuia logic sau zero nu se măsoară de la sol, ci se măsoară ca diferență de potențial între două linii de transmisie: Data + și Data - (Fig. 2.1). În acest caz, tensiunea fiecărei linii în raport cu masă poate fi arbitrară, dar nu trebuie să depășească intervalul -7...+12 V [ - TIA ].

Receptoarele de semnal sunt diferențiale, adică percepe doar diferența dintre tensiunile de pe liniile Data + și Data -. Când diferența de tensiune este mai mare de 200 mV, până la +12 V, se consideră că linia este setată la una logică; la o tensiune mai mică de -200 mV, până la -7 V - un zero logic. Tensiunea diferențială la ieșirea transmițătorului, în conformitate cu standardul, trebuie să fie de cel puțin 1,5 V, prin urmare, cu un prag de răspuns al receptorului de 200 mV, interferența (inclusiv căderea de tensiune pe rezistența ohmică a liniei) poate avea o oscilație de 1,3 V peste nivelul de 200 mV. O marjă atât de mare este necesară pentru operarea pe linii lungi cu rezistență ohmică ridicată. De fapt, această marjă de tensiune este cea care determină lungimea maximă a liniei de comunicație (1200 m) la viteze mici transmisie (mai puțin de 100 kbit/s).

Datorită simetriei liniilor față de „pământ”, interferența este indusă în ele, similare ca formă și mărime. Într-un receptor cu intrare diferențială, semnalul este izolat prin scăderea tensiunilor de pe linii, deci după scădere tensiunea de zgomot este zero. În condiții reale, când există o ușoară asimetrie a liniilor și a sarcinilor, interferența nu este complet suprimată, ci este atenuată semnificativ.

Pentru a minimiza sensibilitatea liniei de transmisie la interferența electromagnetică, se utilizează o pereche de fire răsucite. Curenții induși în spire adiacente din cauza fenomenului de inducție electromagnetică, conform „regula gimletului”, se dovedesc a fi dirijați unul către celălalt și sunt compensați reciproc. Gradul de compensare este determinat de calitatea cablului și de numărul de spire pe unitate de lungime.

„A treia” stare de ieșire

Orez. 2.1. Conectarea a trei dispozitive cu o interfață RS-485 folosind un circuit cu două fire

A doua caracteristică a transmițătorului de interfață RS-485 D (D - „Driver”) este capacitatea de a comuta treptele de ieșire la „a treia” (rezistență ridicată) cu un semnal (Driver Enable) (Fig. 2.1). Pentru a face acest lucru, ambele tranzistoare ale etapei de ieșire ale transmițătorului sunt oprite. Prezența celei de-a treia stări permite schimbul semi-duplex între oricare două dispozitive conectate la linie folosind doar două fire. Dacă în fig. 2.1 transmisia este efectuată de dispozitiv, iar recepția este efectuată de dispozitiv, apoi ieșirile transmițătoarelor sunt transferate într-o stare de înaltă rezistență, adică, de fapt, numai receptoarele sunt conectate la linie, în timp ce impedanța de ieșire a transmițătorilor nu devia linia.

Transferul transmițătorului de interfață în a treia stare se realizează de obicei printr-un semnal RTS (Solicitare de trimis) Port COM.

Interfață cu patru fire

Interfața RS-485 are două versiuni: cu două fireȘi cu patru fire. Două fire folosit pentru semi-duplex transferuri(Fig. 2.1), când informația poate fi transmisă în ambele sensuri, dar în momente diferite. Pentru full duplex (duplex) transmisiile folosesc patru linii de comunicație: două transmit informații într-o direcție, iar alte două transmit informații în sens opus (Fig. 2.2).

Dezavantajul unui circuit cu patru fire (Fig. 2.2) este necesitatea de a specifica strict dispozitivele master și slave în faza de proiectare a sistemului, în timp ce într-un circuit cu două fire orice dispozitiv poate acționa atât ca master, cât și ca slave. Avantajul unui circuit cu patru fire este capacitatea de a transmite și de a primi simultan date, ceea ce este uneori necesar atunci când se implementează unele protocoale complexe de schimb.

Modul de recepție a ecoului

Orez. 2.2. Conexiune cu patru fire a dispozitivelor cu interfață RS-485

Dacă receptorul nodului de transmisie este pornit în timpul transmisiei, atunci nodul de transmisie primește propriile semnale. Acest mod se numește „receive echo” și este de obicei setat de un microcomutator de pe placa de interfață. Recepție eco folosit uneori în protocoale de transmisie complexe, dar mai des acest mod este dezactivat.

Împământare, izolație galvanică și protecție împotriva trăsnetului

Dacă porturile RS-485 conectate la linia de transmisie sunt situate la o distanță mare unul de celălalt, atunci potențialul lor de masă poate varia foarte mult. În acest caz, pentru a evita defectarea etajelor de ieșire ale microcircuitelor transceiver-uri Interfața (transceiver) ar trebui să utilizeze izolație galvanică între portul RS-485 și masă. Dacă diferența de potențial la pământ este mică, în principiu, un conductor poate fi utilizat pentru a egaliza potențialele, dar această metodă nu este utilizată în practică, deoarece aproape toate interfețele comerciale RS-485 sunt izolate galvanic (a se vedea, de exemplu, NL- Convertor 232C sau repetor de interfață NL-485C de la RealLab!).

Interfața este protejată de trăsnet folosind dispozitive de protecție cu descărcare în gaz și semiconductor, vezi secțiunea „Protecția împotriva interferențelor”.

2.3.2. Parametri standard

Recent, au apărut multe cipuri transceiver cu interfață RS-485, care au capacități mai largi decât cele stabilite de standard. Cu toate acestea, pentru a asigura compatibilitatea dispozitivelor între ele, este necesar să se cunoască parametrii descriși în standard (vezi Tabelul 2.2).

2.3.5. Eliminarea incertitudinii de linie

Când transmițătoarele tuturor dispozitivelor conectate la linie sunt în a treia stare (de înaltă rezistență), starea logică a liniei și intrările tuturor receptoarelor este nedefinită. Pentru a elimina această incertitudine, intrarea neinversoare a receptorului este conectată printr-un rezistor la magistrala de alimentare, iar intrarea inversoare este conectată la magistrala de masă. Valorile rezistoarelor sunt alese astfel încât tensiunea dintre intrări să devină mai mare decât pragul de răspuns al receptorului (+200 mV).

Deoarece aceste rezistențe sunt conectate în paralel cu linia de transmisie, pentru a se asigura că linia se potrivește cu interfața, este necesar ca rezistența echivalentă la intrarea în linie să fie egală cu 120 ohmi.

De exemplu, dacă rezistențele utilizate pentru a elimina incertitudinea de linie sunt de 450 ohmi fiecare, atunci rezistența de terminare a liniei ar trebui să fie de 130 ohmi, atunci rezistența echivalentă a circuitului ar fi 114.120 ohmi. Pentru a găsi tensiunea diferenţială de linie în starea a treia a tuturor transmiţătoarelor (vezi Fig. 2.6), trebuie să ţineţi cont de faptul că un alt rezistor de 120 Ohm şi până la 32 de receptoare cu o rezistenţă diferenţială de intrare de 12 kOhm sunt conectate la capătul opus al liniei în configurația standard. Apoi, la tensiunea de alimentare (Fig. 2.6), tensiunea diferenţială de linie va fi egală cu +272 mV, ceea ce satisface cerinţa standardului.

2.3.6. Prin curenți

Într-o rețea bazată pe interfața RS-485, poate exista o situație în care două transmițătoare sunt pornite simultan. Dacă unul dintre ele se află în starea logică, iar al doilea este în starea zero logic, atunci un curent mare „prin” curge de la sursa de alimentare la sol, limitat doar de rezistența scăzută a celor două tranzistoare deschise. întrerupătoare. Acest curent poate deteriora tranzistoarele din treapta de ieșire a emițătorului sau poate cauza declanșarea circuitului de protecție a acestora.

Această situație este posibilă nu numai din cauza erorilor grave din software, ci și dacă întârzierea dintre momentul opririi unui emițător și pornirii celuilalt este incorect setată. Dispozitivul slave nu trebuie să transmită date până când dispozitivul expeditor nu a terminat de transmis. Repetoarele de interfață trebuie să detecteze începutul și sfârșitul transmisiei de date și, în conformitate cu acestea, să comute transmițătorul în starea activă sau a treia.

2.3.7. Alegerea cablului

În funcție de viteza de transmisie și de lungimea necesară a cablului, puteți utiliza fie un cablu special conceput pentru interfața RS-485, fie aproape orice pereche de fire. Cablul, conceput special pentru interfața RS-485, este o pereche torsadată cu o impedanță caracteristică de 120 Ohmi.

Pentru o bună suprimare a interferențelor emise și recepționate, este important să aveți un număr mare de spire pe unitate de lungime a cablului, precum și parametri identici ai tuturor firelor.

Când utilizați transceiver de interfață neizolate, în plus față de firele de semnal din cablu, este necesar să furnizați o altă pereche răsucită pentru a conecta circuitele de împământare ale interfețelor conectate. Dacă există izolare galvanică a interfețelor, aceasta nu este necesară.

Cablurile pot fi ecranate sau nu. Fără experimentare, este foarte dificil să decideți dacă este nevoie de un ecran. Totuși, având în vedere că costul unui cablu ecranat nu este mult mai mare, este întotdeauna mai bine să folosiți un cablu cu ecran.

La viteze mici de transmisie și DC Căderea de tensiune pe rezistența ohmică a cablului joacă un rol important. Astfel, un cablu standard pentru interfața RS-485 cu o secțiune transversală de 0,35 mm pătrați are o rezistență ohmică de 48,5 * 2 = 97 Ohmi cu o lungime de 1 km. Cu o rezistență terminală de 120 ohmi, cablul va acționa ca un divizor de tensiune cu un factor de divizare de 0,55, adică tensiunea la ieșirea cablului va fi de aproximativ 2 ori mai mică decât la intrare. Aceasta limitează lungimea permisă a cablului pentru viteze de transmisie mai mici de 100 kbit/s.

La frecvențe mai mari, lungimea admisă a cablului scade odată cu creșterea frecvenței (Fig. 2.7) și este limitată de pierderile de cablu și de efect tremurături frontale impulsuri. Pierderile constau în căderea de tensiune pe rezistența ohmică a conductorilor, care crește la frecvențe înalte datorită deplasării curentului la suprafață (efectul de piele) și pierderilor în dielectric. De exemplu, atenuarea semnalului în cablul Belden 9501PVC este de 10 dB (3,2 ori) la 20 MHz și 0,4 dB (4,7%) la 100 kHz cu o lungime a cablului de 100 m.

2.3.8. Depășirea limitelor

Standardul RS-485 permite conectarea a cel mult 32 de receptoare la un transmițător. Această valoare este limitată de puterea etajului de ieșire al emițătorului cu o impedanță standard de intrare a receptorului de 12 kOhm. Numărul de sarcini (receptoare) poate fi mărit folosind emițătoare mai puternice, receptoare cu impedanță de intrare mai mare și repetoare de semnal intermediare (repetoare de interfață). Toate aceste metode sunt utilizate în practică atunci când este necesar, deși depășesc cerințele standardului.

În unele cazuri, trebuie să conectați dispozitive pe o distanță mai mare de 1200 m sau să conectați mai mult de 32 de dispozitive la o singură rețea. Acest lucru se poate face folosind repetoare ( repetoare , repetoare) interfață. Repeatorul este instalat între două segmente ale liniei de transmisie, primește semnalul unui segment, restabilește marginile impulsurilor și îl transmite folosind un transmițător standard către al doilea segment (Fig. 2.5). Astfel de repetoare sunt de obicei bidirecționale și izolate galvanic. Un exemplu este repetorul NL-485C de la RealLab! . Fiecare repetor vă permite să adăugați 31 de dispozitive standard la linie și să măriți lungimea liniei cu 1200 m.

O metodă comună pentru creșterea numărului de sarcini de linie este utilizarea receptoarelor cu impedanță de intrare mai mare decât standardul EIA/TIA-485 (12 kΩ). De exemplu, cu o impedanță de intrare a receptorului de 24 kOhm, 64 de receptoare pot fi conectate la un transmițător standard. Chipurile transceiver pentru interfața RS-485 sunt deja produse cu capacitatea de a conecta 64, 128 și 256 de receptoare într-un singur segment de rețea (www.analog.com/RS485). Rețineți că creșterea numărului de sarcini prin creșterea impedanței de intrare a receptoarelor duce la o scădere a puterii semnalului transmis de-a lungul liniei și, în consecință, la o scădere a imunității la zgomot.

2.3.9. Interfețe RS-232 și RS-422

Interfața RS-422 este folosită mult mai puțin frecvent decât RS-485 și, de regulă, nu pentru crearea unei rețele, ci pentru conectarea a două dispozitive pe o distanță lungă (până la 1200 m), deoarece interfața RS Fig. 2.9. Conectarea a două module convertizoare de interfață RS-232/RS-422 Diferenţial

Diferenţial

Suma maximă receptori

Lungime maxima cablu

Rata maxima de transfer

30 Mbit/s**

Tensiune de ieșire în modul comun

Tensiune de linie sub sarcină

Impedanta de sarcina

Curent de scurgere în starea „a treia”.

Interval admisibil de semnale la intrarea receptorului

Sensibilitatea receptorului

Impedanța de intrare a receptorului

Notă. **Viteza de transmisie de 30 Mbit/s este asigurată de elementul de bază modern, dar nu este standard.

* EIA- Asociația Industrielor Electronice - asociație a industriei electronice. TIA - Asociația Industriei Telecomunicațiilor - asociație a industriei telecomunicațiilor. Ambele organizații dezvoltă standarde.

Maxim este lider mondial în producția de microcircuite de interfață ale diferitelor organizații funcționale.

Toate microcircuitele au caracteristici care fac posibilă reducerea costurilor și creșterea densității elementelor de pe placă prin reducerea numărului elemente suplimentare, precum și oferă o varietate de protecție pentru dispozitivele din linia de comunicație.

În linia MAXIM de cipuri de interfață puteți găsi:

• Transceiver pentru cele mai comune interfețe industriale: RS-232, RS-485/RS-422, IrDA, CAN, LIN, LVDS, USB, HART;
• Dispozitive cu dublu protocol care vă permit să conectați dispozitive cu interfețe diferite, de exemplu RS-232 și RS-485, folosind un singur cip;
• Dispozitive multi-protocol care acceptă următoarele interfețe: RS-232, RS-449 RS-485 RS-530, RS-530A, V.10, V.11, V.28, V.35, V.36 și X.21;
• Microcircuite pentru protejarea liniilor de comunicație împotriva supratensiunii electrostatice, permițând protecția curentă a microcircuitelor și dispozitivelor;
• Microcircuite pentru monitorizarea magistralelor de interfață, permițându-vă să răspundeți la scurtcircuite din circuit și, dacă este necesar, să conectați alimentarea de rezervă la dispozitivul în curs de dezvoltare;
• Chip-uri care simplifică lucrul cu carduri inteligente, precum și controlere de interfață care accelerează crearea de dispozitive USB și SCSI;
• Expansoare de porturi I/O;
• Convertoare bilaterale de nivel logic de mare viteză pentru interfațarea microcircuitelor cu surse de alimentare diferite în cadrul aceleiași plăci.

În principal interfețele RS-485 și RS-232 sunt folosite pentru a comunica dispozitivele industriale. Linia de transceiver a lui Maxim pentru aceste interfețe conține mai mult de 300 diverse dispozitive.

Protocol RS-485

Protocolul RS-485 a fost dezvoltat în comun de două asociații: Electronics Industries Association (EIA) și Telecommunications Industry Association (TIA). Anterior, EIA a etichetat toate standardele sale cu prefixul „RS” ( Standard recomandat— Standard recomandat). Mulți ingineri continuă să folosească această denumire, dar EIA/TIA a înlocuit oficial „RS” cu „EIA/TIA” pentru a facilita identificarea originii standardelor sale.

Acest standard a devenit baza pentru crearea unei întregi familii de rețele industriale, utilizate pe scară largă în automatizarea industrială. Principala diferență dintre RS-485 și RS-232 este capacitatea de a combina mai multe dispozitive.

Enumerăm principalele proprietăți ale stratului fizic al interfeței RS-485:

1. Transmitere bidirecțională de date semi-duplex. Fluxul de date serial este transmis într-o singură direcție la un moment dat; transmisia în cealaltă direcție necesită comutarea transceiver-ului. Transceivele sunt de obicei numite „driver”.

2. Canal de comunicare simetric. Pentru a primi/transmite date, sunt utilizate două fire de semnal echivalente, care sunt desemnate prin literele latine „A” și „B”. Aceste fire transportă schimb de date secvenţial în ambele direcţii (alternativ). Când utilizați pereche răsucită, un canal simetric crește semnificativ rezistența semnalului la interferența în modul comun și suprimă bine radiatie electromagnetica creat de semnalul util.

3. Metoda diferenţială de transmitere a datelor. La ieșirea transceiver-ului, diferența de potențial se modifică; la transmiterea „1”, diferența de potențial dintre A și B este pozitivă, la transmiterea „0” este negativă. Adică, curentul dintre contactele A și B la transmiterea „0” și „1” curge (balanțe) în direcții opuse.

4. Multipunct. Permite conexiuni multiple de receptoare și transceiver la o linie de comunicație. Dar, în orice moment, un singur transmițător trebuie să transmită date, iar un număr mare de dispozitive pot primi date.

5. Ieșire transmițător cu impedanță scăzută. Amplificatorul buffer al transmițătorului are o ieșire cu impedanță scăzută, ceea ce permite transmiterea semnalului către mai multe receptoare. Capacitatea standard de încărcare a emițătorului este de 32 de receptoare per emițător. În plus, semnalul de curent este utilizat pentru operarea perechii răsucite (cu cât este mai mare curentul de funcționare al perechii răsucite, cu atât mai mult suprimă interferența în modul comun pe linia de comunicație).

6. Zona moartă. Dacă nivelul diferenţial al semnalului dintre contactele AB nu depăşeşte ±200 mV, atunci se consideră că nu există semnal în linie. Acest lucru crește imunitatea la zgomot a transmisiei de date.

Transmisia semnalului diferențial în sistemele bazate pe RS-485 oferă o transmisie de date fiabilă în prezența zgomotului, iar intrările diferențiale ale receptorilor acestora pot respinge tensiuni semnificative în mod comun. Cu toate acestea, trebuie luate măsuri suplimentare pentru a proteja împotriva nivelurilor de tensiune înaltă asociate de obicei cu descărcările electrostatice (ESD).

Capacitatea încărcată a corpului uman permite unei persoane să distrugă un circuit integrat cu o simplă atingere. Un astfel de contact poate apărea cu ușurință la așezarea și conectarea cablului de interfață.

Unele cipuri de pe piață nu au protecție ESD încorporată, ceea ce vă obligă să instalați dispozitive de protecție suplimentare pe placă. Cipurile de interfață Maxim includ „structuri ESD” care protejează ieșirile transmițătorului și intrările receptorului ale transceiverelor RS-485 de la niveluri ESD de până la ±15 kV și, în unele modele, de până la ±30 kV.

Pentru a asigura protecția ESD declarată, Maxim efectuează mai multe teste ale pinii de putere pozitiv și negativ în trepte de 200 V pentru a verifica consistența nivelurilor declarate. Dispozitivele din această clasă (îndeplinesc specificațiile unui model de corp uman) sunt marcate în denumirea produsului cu sufixul suplimentar „E”.

De asemenea, un mod de scurtcircuit este periculos pentru driverele de ieșire ale microcircuitelor de interfață, dar specialiștii Maxim au dezvoltat un sistem unic de protecție care oprește driverele de ieșire ale microcircuitului nu numai atunci când este detectat un scurtcircuit, ci și atunci când microcircuitul se supraîncălzi, care asigură o perioadă lungă de funcționare fără probleme.

Deoarece microcircuitele MAXIM au toate sistemele de protecție și convertoarele de nivel pe un singur cip, schema de conectare este mult simplificată (Fig. 1). Suma minima elementele cu balamale fac posibilă maximizarea compactității amplasării componentelor integrate pe placă, iar dimensiunile minime ale cipurilor de comunicație (până la 2x2 mm) simplifică proiectarea dispozitivelor portabile sau a dispozitivelor care funcționează în spațiu limitat.

Orez. 1.

Rețelele construite pe interfața RS-485 pot fi fie full-duplex, fie semi-duplex. Modul semi-duplex este un mod în care transmisia se realizează în ambele sensuri, dar cu o diviziune în timp. În orice moment, transmisia are loc într-o singură direcție. Modul duplex este un mod în care datele pot fi transmise în același timp cu datele sunt primite. Uneori este numit și modul „full duplex” pentru a arăta mai clar diferența față de half duplex.

După cum se știe, standardul RS-485 specifică doar caracteristicile electrice ale interfeței de comunicație și stratul fizic (mediu), dar nu platforma software. Cu toate acestea, există multe protocoale standardizate din industrie care funcționează peste standardul RS-485. Dintre aceste protocoale, cel mai frecvent este PROFIBUS. Combină caracteristicile tehnologice și funcționale ale comunicației seriale, ceea ce vă permite să conectați dispozitive de automatizare disparate într-un singur sistem la nivelul senzorilor și actuatorilor. PROFIBUS utilizează schimbul de date între master și slave (protocoale DP și PA) sau între mai mulți master (protocoale FDL și FMS).

PROFIBUS DP ( Periferic descentralizat - Periferice distribuite) este un protocol care vizează asigurarea schimbului de date de mare viteză între sistemele de automatizare (dispozitive master DP) și dispozitive de intrare/ieșire distribuite (slave DP).

Se caracterizează prin timp de răspuns minim, rezistență ridicată la câmpurile electromagnetice externe și este optimizat pentru sisteme de mare viteză și costuri reduse. Această versiune a rețelei a fost concepută special pentru comunicarea între sistemele de control automate și perifericele distribuite. Din punct de vedere electric, protocolul este apropiat de RS-485, motiv pentru care microcircuitele care permit lucrul folosind protocolul PROFIBUS pot fi reconfigurate pentru a funcționa folosind interfața RS-485 dacă utilizatorul dorește.

MAX14840E și MAX14841E

MAX14840E și MAX14841E - Transceiver-uri protejate ESD concepute pentru rețele RS-485 semi-duplex cu rate de transfer de date de până la 40 Mbps. Aceste transceiver sunt optimizate pentru comunicații cu dispozitive de mare viteză pe distanțe lungi. Sisteme speciale protecția împotriva asimetriei semnalului, precum și histerezisul crescut al semnalului de intrare, pot crește semnificativ imunitatea la interferențe.

Consumul de curent tipic al microcircuitelor în modul de așteptare sau în modul de funcționare (cu driverele de ieșire dezactivate) este de numai 1,5 mA. Dispozitivele construite pe acest cip pot fi incluse într-o rețea deja funcțională „din mers”, fără a provoca procese tranzitorii care înrăutățesc forma semnalului transmis. acest moment semnal.

Maxim's MAX14840E și MAX14841E sunt disponibile în pachete SO cu opt pini și pachete mici TDFN-EP cu opt pini (3x3 mm), dar indiferent de factorul de formă, cipurile funcționează într-un interval de temperatură de -40...125°C, permițându-le să fie utilizate în rețelele de vehicule.

Acest cip a fost dezvoltat pentru a funcționa într-o rețea multidrop RS-485 de mare viteză (Fig. 2).

Orez. 2.

Numărul minim de pini ai microcircuitului, precum și un grad ridicat de integrare internă, îi permit să fie utilizat practic fără elemente exterioare, care crește densitatea aspectului plăcii și simplifică utilizarea cipului în dispozitivele portabile de dimensiuni mici.

Chipurile din seriile MAX14840E și MAX14841E conțin o unitate de protecție a driverului de ieșire care limitează curentul de ieșire în cazul unui scurtcircuit în linie, ceea ce ajută la menținerea driverelor de ieșire în funcțiune și, de asemenea, evită pierderile mari de energie. Acest microcircuit conține o unitate de protecție la supraîncălzire care oprește driverele de ieșire ale microcircuitului atunci când temperatura depășește 160°C.

Aplicatii principale:

• Sisteme de control al motorului;
• Controlul microclimatului;
• Sisteme de control industrial;
• Diverse rețele RS-485.

MAX14770E

Linia de microcircuite de la compania Maxim include un model MAX14770E - transceiver al interfețelor PROFIBUS-DP/RS-485. Noua generație de tehnologie de proces BiCMOS permite un nivel ridicat lățime de bandă(20 Mbps) integrând în același timp circuite fiabile de protecție ESD (±35 kV, HBM) în structură. Pachetul compact TDFN permite ca acest cip să fie utilizat în dispozitive portabile. Microcircuitul funcționează într-un interval extins de temperatură de -40…125°C, ceea ce garantează fiabilitatea în condiții dificile.

MAX14770E este compatibil pin-la-pin cu MAX3469, ceea ce îi permite să fie utilizat pentru modernizarea sistemelor de control al motoarelor, rețelelor PROFIBUS-DP/RS-485 și magistralelor industriale.

MAX14770E are o gamă largă de tensiune de alimentare standard standard de 5V ±10%. Microcircuitele sunt disponibile într-un pachet compact TDFN cu opt pini (3x3 mm), precum și într-un pachet SO cu opt pini, pentru care intervalul de temperatură de funcționare este de -40...85°C.

Caracteristici principale:

• Îndeplinește cerințele privind tensiunea de alimentare Profibus-DP 4,5…5,5V;
• Viteza de transfer ajunge la 20Mbit/s;
• Are protectie la scurtcircuit;
• Are un receptor de siguranță;
• Se oprește atunci când este supraîncălzit;
• Are capacitatea de a fi schimbat la cald;
• Are protecție ESD extinsă: ±35kV (model de corp uman); ±20kV (model de descărcare printr-un întrefier); ±10kV (model de descărcare la atingere);
• Are o gamă extinsă de temperatură de -40...125°C pentru un pachet TDFN cu opt fire (3x3mm).

Datorită acestor caracteristici, microcircuitele au aplicații foarte largi. Pe lângă dispozitivele din rețelele industriale și sistemele de codificare a echipamentelor industriale, aceste cipuri sunt utilizate în mod activ în sistemele de control al motoarelor, precum și în rețelele PROFIBUS-DP.

MAX13181E, MAX13182E, MAX13183E, MAX13184E

Seria de microcircuite MAX13181E, MAX13182E, MAX13183E, MAX13184E de la Maxim - transceiver de interfață RS-485 care funcționează în modul full-duplex și într-un mod selectabil: semi-și full-duplex (Fig. 3).

Orez. 3.

O caracteristică specială a acestor microcircuite este că sunt produse în pachete compacte mDFN cu dimensiuni de 2x2 mm și sunt destinate utilizării în design-uri critice pentru spațiu. În ciuda dimensiunilor lor, ele prezintă protecție ESD îmbunătățită de ±15 kV, precum și rezistențe de tragere și de terminare la masă pe intrările DE, RE și F pentru a reduce numărul de componente externe.

O caracteristică a cipurilor MAX13182E, MAX13184E este, de asemenea, un curent foarte scăzut în modul oprit, care este necesar în aplicațiile critice pentru putere. Intrările receptorului microcircuitului creează o impedanță egală cu 1/8 dintr-o sarcină unitară, ceea ce face posibilă conectarea a până la 256 de transceiver la magistrală.

Cipurile MAX13181E și MAX13182E includ drivere de limitare a mișcării, care reduc interferențele electromagnetice și reflexiile semnalului cauzate de cablarea necorespunzătoare. Cu toate acestea, utilizarea driverelor cu o rată limitată de creștere a tensiunii semnalului de ieșire permite transmiterea datelor la viteze de până la 250 kbit/s, deși reduce semnificativ numărul de erori.

MAX13183E, MAX13184E, spre deosebire de circuitele integrate anterioare, au drivere care funcționează la viteză maximă, ceea ce permite rate de transfer de date de până la 16 Mbit/s. O caracteristică specială a acestor cipuri este capacitatea de a selecta moduri de operare semi-duplex sau full-duplex, în timp ce MAX13182E și MAX13184E funcționează numai în modul full-duplex. Toate ieșirile transmițătorului și intrările receptorului au protecție ESD îmbunătățită.

Toate cipurile MAX13181E...MAX13184E sunt disponibile într-un pachet mDFN cu 10 pini cu dimensiuni de 2x2 mm și într-un pachet SO cu 14 pini. Toate funcționează într-un interval extins de temperatură de -40...85°C.

Printre caracteristicile microcircuitelor descrise se numără următoarele:

• Pachet mDFN cu 10 pini cu dimensiuni de 2x2mm și pachet SO cu 14 pini;
• Tensiune de alimentare 5V;
• Protecție ESD avansată;
• ±15kV (specificație HBM - model de corp uman);
• ±12 kV (Specificație IEC 61000-4-2 - model de descărcare a întrefierului);
• ±6 kV (specificație IEC 61000-4-2 - model cu descărcare la atingere);
• Mod de funcționare cu rată limitată de slew a semnalului de ieșire pentru transmisie de date fără erori (MAX13181E, MAX13182E);
• Consum redus de curent de 2,5 µA în modul de oprire;
• Impedanță egală cu 1/8 dintr-o unitate de sarcină, ceea ce face posibilă conectarea la magistrală a până la 256 de transceiver.

Datorită dimensiunilor reduse și consumului redus de curent, aceste cipuri sunt ideale pentru utilizarea în dispozitive portabile, autoalimentate, care pot fi utilizate în controlul proceselor industriale, instrumente, sisteme de securitate și echipamente de telecomunicații.

MAX13448E

MAX13448E — transceiver-uri duplex ale interfeței RS-485 cu protecție a intrărilor și ieșirilor de supratensiuni de ±80 V (față de masă). MAX13448E funcționează de la o sursă de alimentare de la 3 la 5,5 V. O caracteristică specială a IC este un circuit de protecție care asigură că ieșirea receptorului rămâne logic ridicat în cazul unei căderi de curent sau a unui scurtcircuit. Acest lucru permite tuturor ieșirilor receptorului conectate la magistrală să devină ridicat atunci când toate transceiver-urile sunt oprite.

Capacitatea de a opera circuitul integrat în prezența variațiilor de tensiune de ± 80 V pe pinii interfeței RS-485 elimină necesitatea circuitelor de protecție externe, care de obicei conține siguranțe resetabile și diode zener.

Circuitul de protecție încorporat este utilizat cu succes în arhitecturi precum USB și CAN, în care puterea și transmisia de date se realizează printr-un singur cablu. MAX13448E este potrivit pentru aplicații industriale HVAC și control motor.

Principala caracteristică a cipului MAX13448E este un modul pentru limitarea ratei de mișcare a tensiunii de ieșire, a cărui utilizare reduce nivelul de interferență electromagnetică și efectul interferenței asupra cablului, ceea ce permite transmiterea de date fără erori la viteze de până la 500 Kbps cu o sursă de alimentare de 5 V și 250 Kbps cu o sursă de alimentare de 3, 3 V.

MAX13448E dispune de o caracteristică de înlocuire la cald care elimină posibilitatea ca date incorecte să fie transmise la pornire sau când IC-ul este pornit fără a opri sursa de alimentare. Driverul și receptorul microcircuitului au, respectiv, un nivel de pornire logic activ înalt și unul activ scăzut, ceea ce face posibilă, atunci când sunt pornite împreună din exterior, controlul direcției de transmisie.

Impedanța de intrare a receptorului IC reprezintă doar 1/8 din sarcina standard, permițând până la 256 de transmițătoare să fie conectate la o singură magistrală. Ieșirile tuturor driverelor sunt protejate împotriva descărcărilor electrostatice de până la ±8 kV (human touch - Human Body Model). MAX13448E funcționează într-un interval de temperatură de la -40 la 85°C și este disponibil în pachete SO cu 14 pini.

MAX13410E, MAX13411E, MAX13412E, MAX13413E

MAX13410E, MAX13411E, MAX13412E, MAX13413E — Transceiver semi-duplex pentru interfețe RS-485/RS-422, optimizate pentru utilizare în circuite cu circuite izolate. Aceste circuite integrate includ un regulator de tensiune, un driver și un receptor integrat. Stabilizatorul încorporat permite funcționarea de la o sursă de alimentare nereglată până la 28 V. Funcția de redirecționare automată a datelor transmise (arhitectura AutoDirection a lui Maxim) face posibilă reducerea numărului de elemente optice pentru decuplare. Alte caracteristici includ protecția împotriva descărcărilor electrostatice, circuitele de limitare a ratei de mișcare, circuitele de toleranță la erori și capacitatea de a transfera date la viteză maximă.

Regulatorul de tensiune încorporat cu cădere scăzută produce o tensiune nominală de 5V ±10% care este utilizată pentru alimentarea circuitelor interne ale transceiver-ului. Ieșirea regulatorului de tensiune încorporat este transmisă la VREG, ceea ce permite utilizatorului să conecteze componente externe la o sursă de tensiune stabilă, cu condiția ca consumul de curent să fie mai mic de 20 mA. MAX13410E/MAX13411E nu are o ieșire de 5 V, dar pinout-urile sale sunt standard în industrie, permițând IC-ului să fie ușor integrat în sistemele industriale.

Cu MAX13410E, MAX13411E, MAX13412E și MAX13413E, impedanța de intrare a receptorului IC este doar 1/8 din sarcina standard, permițând conectarea la o singură magistrală a până la 256 de transmițătoare. Ieșirile driverului sunt protejate împotriva tensiunii electrostatice.

O caracteristică a circuitului integrat MAX13412E/MAX13413E este funcția de redirecționare automată a fluxului de date. Această arhitectură elimină necesitatea semnalelor de control DE și RE.

MAX13410E/MAX13412E utilizează circuite de limitare a mișcării pentru a reduce EMI și pentru a asigura o funcționare robustă în medii EMI ridicate la rate de date de până la 500 Kbps. MAX13411E/MAX13413E nu utilizează un circuit de limitare, dar aceste cipuri pot transmite date la viteze de până la 16 Mbps.

Microcircuitele funcționează în intervalul de temperatură de -40...85°C și sunt produse în pachete SO cu 8 pini.

Interfață RS-232

În ciuda tuturor calităților pozitive ale interfeței RS-485, interfața RS-232 este încă adesea folosită în sistemele industriale. A fost conceput pentru o aplicație simplă, așa cum este definită de numele său: „Interfață între echipamentele terminale și echipamentele de comunicații folosind codul binar serial”.

Interfața RS-232 este concepută pentru a transmite informații între două dispozitive pe o distanță de până la 20 m. Se bazează pe transmisia semnalului diferențial, dar diferă ca nivel și polaritate.

Informațiile sunt transmise prin fire cu niveluri de semnal diferite de 5V standard, ceea ce oferă o imunitate mai mare la interferențe. Transferul asincron de date se efectuează la o viteză stabilită atunci când este sincronizat cu nivelul semnalului de impuls de pornire.

Semnalele după trecerea prin cablu sunt slăbite și distorsionate. Atenuarea crește odată cu lungimea cablului. Acest efect este cauzat de capacitatea electrică a cablului. Conform standardului, capacitatea maximă de sarcină este de 2500 pF. Capacitatea tipică a cablului pe unitate de lungime este de 130 pF, astfel încât lungimea maximă a cablului este limitată la aproximativ 17 m.

Nivele logice ale transmițătorului: „0” - 5...15 V, „1” - -5...-15 V.

Niveluri logice ale receptorului: „0” - peste 3 V, „1” - sub -3 V.

În ciuda faptului că protocolul RS-232 a fost creat cu mult timp în urmă, specialiștii Maxim încă îmbunătățesc hardware-ul rețelei, ceea ce permite o mai mare fiabilitate a sistemelor industriale.

MAX13223E

Transceiver nou cu două canale MAX13223E Interfața RS-232 are protecție I/O încorporată de până la ±70 V. MAX13223E este primul transceiver protejat la supratensiune de pe piață care este compatibil cu pin-uri cu standardul industrial actual MAX3223E.

Noul microcircuit integrează circuite de protecție de intrare/ieșire împotriva scurtcircuitelor la șinele de alimentare, erori de conectare și supratensiune de până la ±70 V, eliminând necesitatea circuitelor de protecție externe. Această protecție este deosebit de critică pentru aplicațiile în care puterea și datele sunt transmise pe același fir, deoarece previne defectarea circuitului din cauza erorilor de conectare și scurtcircuite la pinii de interfață dacă cablul este deteriorat.

Circuitul AutoShutdown patentat de la Maxim permite ca consumul de curent în modul oprit să fie redus la 1 µA. MAX13223E intră automat în modul de putere redusă atunci când cablul de legătură RS-232 este deconectat sau când nu există date la intrarea receptorului. Circuit de alimentare eficient brevetat și nivel scăzut Căderea de tensiune pe calea de transmisie asigură că microcircuitul funcționează de la o sursă de tensiune unipolară cu o valoare nominală de 3...5 V.

MAX13223E, găzduit într-un pachet TSSOP-20, funcționează în intervalul de tensiune de alimentare 3...5,5 V, furnizând interfețe EIA/TIA-232 și V.28/V.24 cu oprire automatăși protecție îmbunătățită la descărcare electricitate statica. Intervalul de temperatură al microcircuitului este de -40…85°C.

MAX13223E este proiectat pentru utilizare în domeniul auto, comunicații, stații de bază, sisteme de contorizare a utilitatilor, echipamente industriale, terminale comerciale si echipamente de telecomunicatii.

O diagramă tipică de conexiune (Fig. 4) conține un minim de elemente suspendate, ceea ce face posibilă simplificarea cât mai mult posibil a aspectului plăcii, precum și maximizarea compactării aranjamentului elementelor pe placă.

Orez. 4.

MAX13234E, MAX13235E, MAX13236E, MAX13237E

Transceiver RS-232 MAX13234E, MAX13235E, MAX13236E, MAX13237E conceput pentru a înlocui transceiver-urile existente din familia MAX3224E...MAX3227E și oferă rate mari de transfer de date (până la 3 Mbit/s). Regulatoarele de tensiune încorporate permit funcționarea nivelurilor logice la tensiuni de alimentare scăzute, iar prin utilizarea circuitelor AutoShutdown Plus, consumul de curent a fost redus la mai puțin de 1 µA. Circuitul ESD oferă un nivel ridicat de protecție împotriva descarcărilor statice.

Cipurile MAX13234E...MAX13237E oferă capacitatea de a lucra cu de mare viteză transfer de date din cauza absenței necesității utilizării conversiei externe a nivelurilor logice. Cipurile MAX13234E și MAX13235E includ două receptoare și două transmițătoare. MAX13236E și MAX13237E includ un receptor și un transmițător într-un pachet compact TQFN. MAX13235E și MAX13237E oferă rate de date de până la 3 Mbps, în timp ce MAX13234E și MAX13236E acceptă operarea la 250 kbps. Toate dispozitivele funcționează într-un interval extins de temperatură de -40...85°C de la o sursă de alimentare de 3...5,5 V.

Aceste cipuri au fost create pentru a fi utilizate în primul rând în domeniul sistemelor de comunicații, dar sunt ideale și pentru portabile dispozitive electroniceși echipamente industriale.

protocol HART

Dacă interfețele descrise mai sus au folosit tensiune pentru transmiterea datelor, de ex. semnalul a fost determinat de diferența de tensiune dintre cele două terminale ale circuitului, apoi în protocolul HART ( Traductor de la distanță adresabil pe autostradă) semnalul electric este curent. Rețelele HART sunt construite pe principiul unei bucle de curent analogice cu modularea în frecvență a semnalului.

Protocolul HART este capabil să comunice la viteze de până la 1200 Baud. O diagramă care explică funcționarea dispozitivelor care utilizează protocolul HART este prezentată în Fig. 5.

Orez. 5.

HART folosește un ciclu complet de 1200 Hz pentru a transmite un 1 logic și două cicluri parțiale de 2200 Hz pentru a transmite un 0 logic.

După cum se poate vedea în Figura 5, componenta HART este suprapusă buclei de curent de 4...20 mA. Deoarece valoarea medie a undei sinusoidale în perioada este „0”, semnalul HART nu are niciun efect asupra semnalului analogic 4...20 mA.

Protocolul HART se bazează pe principiul master-slave, adică dispozitivul de câmp răspunde la cererea sistemului. Protocolul permite două dispozitive de control (sistem de control și comunicator).

Există două moduri de funcționare a senzorilor care acceptă schimbul de date prin protocolul HART.

În modul de transfer informatii digitale in acelasi timp cu semnal analog senzorul funcționează în sisteme analogice automate de control al procesului, iar schimbul prin protocolul HART se realizează printr-un comunicator HART sau computer. În acest caz, puteți efectua de la distanță (distanță de până la 3000 m). personalizare completăși configurația senzorului.

În modul multipunct, senzorul transmite și primește informații doar în formă digitală. Ieșirea analogică este fixată automat la valoarea minimă (doar alimentarea dispozitivului - 4 mA) și nu conține informații despre valoarea măsurată. Informațiile despre variabilele de proces sunt citite folosind protocolul HART.

La o pereche de fire pot fi conectați până la 15 senzori. Cantitatea lor este determinată de lungimea și calitatea liniei, precum și de puterea sursei de alimentare a senzorului. Toți senzorii din modul multipunct au propria lor adresă unică de la 1 la 15 și fiecare este adresat adresei corespunzătoare. Comunicatorul sau sistemul de control detectează toți senzorii conectați la linie și poate funcționa cu oricare dintre ei.

DS8500

A fost prezentată Maxim Integrated Products, Inc DS8500 - modem HART cu un singur cip care răspunde la nivel fizic cerințele specificației HART.

După cum se poate observa în Fig. 6, un modulator și un demodulator de semnal modulat în frecvență de 1200/2200 Hz sunt integrate pe cip.

Orez. 6.

Cipul are un consum de energie foarte mic și, datorită procesării semnalului digital implementat, necesită doar câteva componente externe. Semnalul de intrare este digitizat de ADC și trimis către un filtru/demodulator digital. Arhitectura modemului permite detectarea fiabilă a semnalului chiar și în medii zgomotoase. Ieșirea DAC generează o tensiune sinusoidală și menține o defazare la comutarea între 1200 și 2200 Hz. Consumul redus se realizează prin inhibarea funcționării receptorului în timpul transmiterii semnalului, emițătorul nu funcționează în timpul recepției. DS8500 este ideal pentru a crea transmițătoare de sistem de control al procesului de putere redusă.

După cum se poate observa în Fig. 7, doar câteva componente externe și un pachet miniatural TQFN cu 20 de pini reduc costul și dimensiunea produsului.

Orez. 7.

Principalele caracteristici ale modemului:

• Soluție cu un singur cip pentru transmisie semi-duplex, 1200 baud, modulare și demodulare FSK;
• Procesare digitală a semnalului, care asigură detectarea fiabilă a semnalului de intrare într-un mediu zgomotos;
• Semnal de ieșire sinusoidal cu distorsiuni armonice minime;
• Standard frecvența ceasului 3,6864MHz;
• Respectarea cerințelor specificației HART la nivel fizic;
• Tensiune de alimentare în domeniul 2,7…3,6V;
• Consum maxim de curent 285 µA;
• Pachet TQFN miniatural cu 20 de pini cu dimensiuni 5x5x0.8mm.

Datorită utilizării active a protocolului HART, cipul DS8500 este indispensabil la dezvoltarea transmițătoarelor pentru dispozitive de achiziție de date (temperatură, presiune, etc.), modemuri HART sau multiplexoare HART.

Concluzie

Deși standardele RS-232 și RS-485 au fost create cu mai bine de 30 de ani în urmă, ele sunt încă utilizate în mod activ. Anterior, niciun computer personal nu se putea lipsi de un port COM, transferul de date prin care se bazează pe protocolul RS-232. Chiar dacă în computerele moderne portul COM a fost de mult înlocuit cu altele mai moderne, asta nu înseamnă că protocoalele RS-232 și RS-485 sunt uitate.

În rețelele industriale nu au egal din cauza stabilității ridicate și a distanțelor mari pe care este asigurată transmiterea datelor. Cu toate acestea, această fiabilitate este determinată nu numai de dezvoltarea inițială cu succes a protocolului, ci și de îmbunătățirea constantă a hardware-ului.

Produsele de interfață de la MAXIM răspund perfect nevoilor piata ruseasca electronice industriale, iar interfețele vor trăi mult timp. Maxim îmbunătățește în mod activ caracteristicile de fiabilitate ale cipurilor de comunicație și extinde funcționalitatea suplimentară a acestora.

.

Chitanță informații tehnice, comanda mostre, livrare - e-mail:

Maxim a dobândit Teridian

Companie Maxim a anunțat achiziția Teridian Semiconductor Corporation. Teridian Semiconductor este o companie fără fabule cu sediul în Irvine, California. Compania este un furnizor major de componente semiconductoare, cu un accent principal pe cipuri pentru contoare de energie și sisteme de energie inteligente. Furnizează trei dintre cei patru producători majori de contoare de energie din Statele Unite și peste cincizeci de producători de contoare din întreaga lume. Principalul diferențiere al senzorilor inteligenți Teridian este noua lor arhitectură, care permite măsurători mai precise de putere într-un interval dinamic mai larg. Pentru a optimiza timpul de lansare pe piață și a reduce costurile, producătorii de contoare de energie necesită circuite integrate cu integrare ridicată pe cip și soluții multistrat la cheie. Capacitatea demonstrată a Maxim de a integra mai multe funcții de semnal va fi extrem de utilă în producția de soluții system-on-chip (SoC) extrem de integrate și de soluții la cheie care îndeplinesc aceste cerințe. S-a afirmat că numărul de contoare inteligente care utilizează atât system-on-chip cât și soluții gata făcute, ar trebui să crească cu 10% anual până în 2014.

După cum a remarcat recent CEO-ul Maxim, Tunk Doluca ( Tunc Doluca): „Investițiile în sistemele energetice inteligente globale vor trebui să fie semnificative pentru a utiliza centralele electrice și rețelele energetice mai eficient. Contorizarea energiei și comunicațiile prin rețea sunt componente cheie ale unui sistem energetic inteligent și, prin urmare, conduc în mod inevitabil la dezvoltarea de noi contoare de energie care să le înlocuiască pe cele învechite. Achiziționarea liniei de produse și a echipei Teridian va accelera foarte mult pătrunderea noastră pe această piață în creștere rapidă și ne va ajuta să ne întărim poziția.”

Interfețele RS-422 și RS-485 elimină deficiențele interfeței RS-232, care este utilizată pe scară largă în calculatoare personale. Proiectarea interfețelor RS-422/RS-485 se bazează pe principiul transmisiei diferențiale de date. Esența sa este de a transmite un semnal pe două fire răsucite împreună pentru a forma o pereche răsucită. De obicei, un fir este denumit în mod convențional „A”, iar celălalt - „B”. Semnalul util este diferența de potențial dintre firele A și B: U A – U B = U AB. Pentru organizarea interfețelor sunt necesare emițătoare liniare cu ieșiri diferențiale și receptoare liniare cu intrări diferențiale.

În fig. Figura 1 prezintă o imagine convențională a unui transmițător liniar al interfețelor RS-422/RS-485 și o diagramă de timp a semnalului său de ieșire. Transmițătorul iese de la 2 la 6 V între bornele A și B. Transmițătorul are, de asemenea, un punct comun al circuitului (fir) borna C. Spre deosebire de interfața RS-232C, firul comun nu este folosit aici pentru a determina starea liniei de date, ci este folosit doar pentru a conecta masa semnalului. Dacă ieșirea transmițătorului este 2< U AB < 6 В, то это соответствует логическому 0, а диапазон -6 < U AB < -2 В соответствует логической 1.

Orez. 1. Transmițător de interfață RS-422/RS-485:

un simbol; b) - diagrama de timp a semnalului de iesire U AB

Transmițătorul liniar al interfeței RS-485 trebuie să aibă o intrare de semnal de control „Rezoluție”. Scopul acestui semnal este de a conecta ieșirile transmițătorului la pinii de linie A și B. Dacă semnalul de activare este în starea Off (de obicei 0 logic), atunci transmițătorul va fi deconectat de la linie. Starea de oprire a unui transmițător de linie este denumită în mod obișnuit starea a treia sau starea Z.

Un receptor diferențial analizează semnalele de la linia de comunicație care sosesc la intrările sale A și B. Dacă la intrarea receptorului U A – U B = U AB > 0,2 V, atunci acesta corespunde cu 0 logic, dacă 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.

Utilizarea unei metode de transmisie a semnalului diferenţial asigură o bună imunitate la zgomot a interfeţelor. Pentru implementarea hardware a interfeței, se folosesc cipuri transceiver (transceiver) cu intrări/ieșiri diferențiale conectate la linie și intrări/ieșiri digitale conectate la modulul UART al microcontrolerului.

Comparație între interfețele RS-422 și RS-485. Standardul definește RS-422 ca o interfață punct la punct cu un transmițător și până la zece receptoare. În fig. Figura 2 prezintă o diagramă a dispozitivelor de conectare la liniile de interfață pentru schimbul simplex (unidirecțional). Pentru schimbul duplex, aveți nevoie de o a doua pereche de fire cu aceeași conexiune de dispozitive.

Orez. 2. Conectarea dispozitivelor la linia de comunicație a interfeței RS-422

Standardul definește RS-485 ca o interfață multidrop care permite până la 32 de transmițătoare, receptoare sau combinații ale acestora să fie conectate la o singură linie. În fig. Figura 3 prezintă o diagramă a dispozitivelor de conectare la liniile de interfață pentru schimbul semi-duplex. Intrările diferențiale ale receptoarelor de interfață RS-422/485 protejează împotriva interferențelor, dar în acest caz punctele comune C ale dispozitivelor trebuie conectate între ele și la magistrala de împământare. Când linia de comunicație este lungă, un al treilea fir de interfață suplimentar este utilizat pentru a conecta punctele comune. Dacă se utilizează pereche răsucită ecranată, scutul poate fi folosit ca al treilea fir.

Orez. 3. Conectarea dispozitivelor la linia de comunicație a interfeței RS-485

Rezistența potrivită în linia de comunicare. La distanțe mari între dispozitivele cu perechi răsucite și viteze mari de transmisie, încep să apară așa-numitele efecte de linie lungă. În acest caz, semnalele transmise sunt distorsionate din cauza reflectării semnalelor la capetele liniei de comunicație.

Se știe că orice linie de comunicație electrică este caracterizată de impedanța undei, care este determinată numai de parametrii săi: aria și forma secțiunii transversale a firelor, poziția relativă a acestora, grosimea și tipul dielectricului dintre ele. Dacă conectați un rezistor cu o rezistență egală cu rezistența undei la capătul liniei, semnalul nu va fi reflectat de la acesta. O astfel de linie se numește consistentă. Distorsiunea în ea este minimă. Rezistorul de potrivire R C este instalat la capătul liniei spre care este transmis semnalul. În interfața RS-422 se află la capătul liniei opus transmițătorului (vezi Fig. 2). În interfața RS-485, dacă transmisia este în două direcții, rezistențele de terminare RC sunt instalate la ambele capete ale liniei de comunicație (vezi Fig. 3). Perechile răsucite utilizate în prezent au o impedanță caracteristică de aproximativ 120 ohmi, astfel încât rezistența rezistențelor de potrivire este de asemenea considerată a fi de 120 ohmi. Termenul rezistor „potrivire” nu este în general acceptat. Adesea termenii utilizați în schimb sunt: ​​rezistor de capăt de linie sau terminal.

Rata maximă de transfer de date pe interfețele RS-422/RS-485 este determinată de mulți factori: lungimea și parametrii liniei de comunicație, parametrii receptorilor și emițătorilor. Viteza maximă de transmisie pe distanțe scurte (până la 12 m) este limitată de viteza emițătoarelor și este egală cu 10 Mbit/s conform standardului. La distante medii (zeci si sute de metri), viteza de transmisie scade datorita cresterii pierderilor in capacitatile de izolatie a cablurilor si a rezistentei active a firelor. De exemplu, cu o lungime a liniei de 120 m, viteza maximă de transmisie nu depășește 1 Mbit/s. Lungimea maximă a cablului de comunicație conform standardului este limitată la 1200 m, în timp ce viteza de transmisie nu depășește 100 Kbit/s.

Avantajele interfețelor RS-422 și RS-485 sunt: ​​cost redus al cablurilor de conectare; cost redus de vânzare a transceiver-urilor; o flotă mare de echipamente de operare care implementează aceste standarde; posibilitatea organizării izolaţiei galvanice.

Dezavantajul interfețelor este că nu sunt incluse în configurația standard a computerelor și microcontrolerelor. Interfețele au un consum de energie destul de semnificativ și o rată de transfer de date relativ scăzută.

În aplicații industriale linii de date fără fir nu le va putea niciodată înlocui complet pe cele cu fir. Dintre acestea din urmă, cea mai comună și de încredere este încă interfața serială RS-485. Iar producătorul transceiver-urilor cele mai protejate de influențele externe și variate ca configurație și grad de integrare pentru acesta, la rândul său, rămâne compania Maxim Integrated.

În ciuda popularității în creștere rețele fără fir, cea mai fiabilă și stabilă comunicare, mai ales în condiții grele de funcționare, este asigurată de cele cu fir. Proiectat corect rețelele cu fir permite comunicarea eficientă în aplicațiile industriale și sistemele de control al proceselor, oferind în același timp imunitate la interferențe, ESD și supratensiuni. Caracteristicile distinctive ale interfeței RS-485 au dus la utilizarea sa pe scară largă în industrie.

Comparație între interfețele RS-485 și RS-422

Transceiver-ul RS-485 este cea mai comună interfață de nivel fizic pentru implementarea rețelelor seriale pentru medii dure în aplicații industriale și sisteme de automatizare a clădirilor. Acest standard Interfața serială oferă schimb de date de mare viteză pe o distanță relativ lungă pe o singură linie diferențială (pereche răsucită). Principala problemă cu utilizarea RS-485 în industrie și în sistemele de automatizare a clădirilor este că tranzitorii electrici care decurg din comutarea rapidă a sarcinilor inductive, descărcări electrostatice și supratensiuni care afectează rețeaua. sisteme automatizate controalele pot distorsiona datele transmise sau pot duce la eșecul acestora.

În prezent, există mai multe tipuri de interfețe de transfer de date, fiecare dintre acestea fiind proiectată pentru aplicații specifice, ținând cont de setul necesar de parametri și de structura protocolului. Interfețele de comunicație seriale includ CAN, RS-232, RS-485/RS-422, I2 C, I2 S, LIN, SPI și SMBus, dar RS-485 și RS-422 sunt încă cele mai fiabile, mai ales în condiții dure de operare .

Sunt similare din multe puncte de vedere, dar au unele diferențe semnificative care trebuie luate în considerare la proiectarea sistemelor de transmisie a datelor. Conform standardului TIA/EIA-422, interfața RS-422 este specificată pentru aplicații industriale cu un dispozitiv master magistrală de date la care pot fi conectate până la 10 dispozitive slave (Fig. 1). Oferă viteze de transmisie de până la 10 Mbps utilizând un cablu torsadat, care îmbunătățește imunitatea la zgomot și atinge cea mai mare rază posibilă și viteză de transfer de date. Aplicațiile tipice pentru RS-422 sunt automatizarea proceselor (producția chimică, prelucrarea alimentelor, fabricile de hârtie), automatizarea producției complexe (industriile auto și de prelucrare a metalelor), sistemele de ventilație și aer condiționat, sistemele de securitate, controlul motoarelor și controlul mișcării obiectelor.

Orez. 1. Interfață RS-422 cu conectarea mai multor dispozitive de recepție la unul comun linie cu două fire comunicatii

RS-485 oferă o flexibilitate mai mare datorită capacității de a utiliza mai multe dispozitive master pe o magistrală comună, precum și creșterea numărului maxim de dispozitive pe magistrală de la 10 la 32. Conform standardului TIA/EIA-485, RS- Interfața 485 are o gamă mai largă de tensiune în modul comun (-7...12 V în loc de ± 7 V) și o gamă de tensiune diferențială puțin mai mică (± 1,5 V în loc de ± 2 V), ceea ce asigură un nivel suficient de semnal al receptorului la capacitate maximă linii. Folosind capabilitățile avansate ale magistralei de date multidrop, puteți crea rețele de dispozitive conectate la un singur port serial RS-485. Datorită imunității sale ridicate la zgomot și conectivității multi-drop, RS-485 este cea mai bună interfață serială pentru utilizarea în sistemele industriale distribuite care se conectează la un controler logic programabil (PLC), un controler grafic (HMI) sau alte controlere de achiziție de date. Deoarece RS-485 este o extensie a RS-422, toate dispozitivele RS-422 pot fi conectate la o magistrală controlată de un master RS-485. Aplicațiile tipice pentru RS-485 sunt similare cu cele enumerate mai sus pentru RS-422, cu utilizarea mai frecventă a RS-485 datorită capabilităților sale avansate.

RS-485 este cea mai populară interfață industrială

Standardul TIA/EIA-485 permite utilizarea RS-485 la o distanță de până la 1200 m. La distanțe mai scurte, ratele de transfer de date sunt mai mari de 40 Mbit/s. Utilizarea unui semnal diferențial oferă interfeței RS-485 o rază mai mare, dar rata de transfer de date scade pe măsură ce lungimea liniei crește. Viteza de transfer de date este, de asemenea, afectată de aria secțiunii transversale a firelor de linie și de numărul de dispozitive conectate la aceasta. Dacă trebuie să obțineți simultan o rază lungă și o rată mare de transfer de date, este recomandat să utilizați transceiver RS-485 cu egalizare de înaltă frecvență încorporată, de exemplu, MAX3291. Interfața RS-485 poate fi utilizată în modul half-duplex folosind o pereche de fire răsucite, sau în modul full-duplex cu transmisie și recepție simultană a datelor, care este asigurată prin utilizarea a două perechi răsucite (patru fire). Într-o configurație multidrop în modul half-duplex, RS-485 este capabil să accepte până la 32 de transmițătoare și până la 32 de receptoare. Cu toate acestea, circuitele integrate transceiver de generație mai nouă au o impedanță de intrare mai mare, ceea ce permite ca sarcina liniei receptorului să fie redusă cu 1/4 până la 1/8 din valoarea standard. De exemplu, folosind transceiver-ul MAX13448E, numărul de receptoare conectate la magistrala RS-485 poate fi crescut la 256. Cu interfața îmbunătățită RS-485 multidrop, este posibil să construiți rețele de dispozitive diferite conectate la același port serial, Așa cum se arată în figura. 2.

Orez. 2. Sistem transceiver semi-duplex multipunct utilizat în aplicații industriale

Sensibilitatea receptorului este de ±200 mV. Prin urmare, pentru a recunoaște un bit de date, nivelurile semnalului la punctul de conectare al receptorului trebuie să fie mai mari de +200 mV pentru zero și mai mici de -200 mV pentru unul (Figura 3). În acest caz, receptorul va suprima interferențele, al căror nivel este în intervalul de ±200 mV. Linia diferențială oferă, de asemenea, respingere eficientă a modului comun. Impedanța minimă de intrare a receptorului este de 12 kOhm, tensiunea de ieșire a transmițătorului este în intervalul ± 1,5…± 5 V.

Orez. 3. Niveluri minime ale semnalului pe linia RS-485

Probleme asociate cu utilizarea unei interfețe seriale într-un mediu industrial

Proiectanții de sisteme industriale se confruntă cu provocarea de a asigura o funcționare fiabilă în medii electromagnetice care pot deteriora echipamentele sau pot perturba operațiunile. sisteme digitale transmiterea datelor. Un exemplu sisteme similare este controlul automat al echipamentelor tehnologice la o întreprindere industrială automatizată. Controlerul care controlează procesul măsoară parametrii acestuia, precum și parametrii de mediu și transmite comenzi către actuatoare sau generează alarme. Controlerele industriale sunt, de regulă, dispozitive cu microprocesor a căror arhitectură este optimizată pentru a rezolva problemele unei întreprinderi industriale date. Liniile de date punct la punct din astfel de sisteme sunt supuse unor interferențe electromagnetice puternice din mediu.

Convertoarele DC-DC utilizate în producția industrială funcționează cu tensiuni de intrare ridicate și oferă tensiuni izolate de intrare pentru a alimenta sarcina. Pentru alimentarea dispozitivelor de sistem distribuit care nu au propria sursă de alimentare de rețea, se folosesc tensiuni de 24 sau 48 V DC. Sarcina terminală este alimentată de o tensiune de 12 sau 5 V, obținută prin conversia tensiunii de intrare. Sistemele care comunică cu senzori sau actuatori la distanță necesită protecție împotriva tranzitorii, interferențe electromagnetice și diferențe de potențial la masă.

Multe companii, precum Maxim Integrated, depun eforturi mari pentru a face diferite circuite integrate pentru aplicații industriale fiabilitate ridicatăși rezistență la medii electromagnetice adverse. Transceiverele RS-485 de la Maxim au circuite ESD de înaltă tensiune încorporate și de protecție la supratensiune și pot fi schimbate la cald fără a pierde date pe linie.

Protecția sistemelor de transmisie a datelor de influențe externe negative

Protecție ESD îmbunătățită

Descărcarea electrostatică (ESD) apare atunci când două materiale încărcate opus vin în contact, ducând la transferul sarcinilor statice și formarea unei descărcări de scânteie. ESD apare adesea atunci când oamenii vin în contact cu obiectele din jur. Descărcările de scânteie care apar atunci când dispozitivele semiconductoare sunt manipulate neglijent le pot degrada semnificativ caracteristicile sau pot duce la distrugerea completă a structurii semiconductoare. ESD poate apărea, de exemplu, atunci când înlocuiți un cablu sau pur și simplu atingeți un port I/O și duce la dezactivarea portului din cauza defecțiunii unuia sau mai multor cipuri de interfață (Fig. 4).

Orez. 4. Rezultatul impactului unei descărcări electrostatice asupra unui cristal de microcircuit cu un nivel de protecție insuficient

Orez. 5. Schema simplificată a circuitului de protecție ESD al portului I/O încorporat

Astfel de accidente pot duce la pierderi semnificative, deoarece cresc costul reparațiilor în garanție și sunt percepute de consumatori ca o consecință a calității scăzute a produsului. În producția industrială, ESD este o problemă serioasă care poate provoca pierderi de miliarde de dolari anual. În condiții reale de funcționare, ESD poate duce la defectarea componentelor individuale și, uneori, la defecțiunea sistemului în ansamblu. Diodele externe pot fi folosite pentru a proteja interfețele de date, dar unele circuite integrate de interfață conțin componente de protecție ESD încorporate și nu necesită circuite de protecție externe suplimentare. În fig. Figura 5 prezintă o diagramă funcțională simplificată a unui circuit integrat tipic de protecție ESD. Surgențele pe linia de semnal sunt limitate de circuitul de protecție a diodei la nivelul VCC și la sol și astfel protejează circuitele interne de deteriorare. Circuitele integrate de interfață și comutatoarele analogice fabricate în prezent cu protecție ESD încorporată respectă, în general, standardul IEC 61000-4-2.

Maxim Integrated a investit masiv în dezvoltarea circuitelor integrate cu protecție ESD robustă încorporată și este în prezent lider în transceiver-uri RS-232 până la RS-485. Aceste dispozitive sunt proiectate să reziste la impulsurile de testare ESD IEC 61000-4-2 și JEDEC JS-001 aplicate direct pe porturile I/O. Soluțiile ESD de la Maxim sunt fiabile, accesibile, nu necesită componente externe suplimentare și sunt mai puțin costisitoare decât majoritatea concurenților. Toate cipurile de interfață produse de această companie conțin elemente încorporate care protejează fiecare pin de ESD care apar în timpul producției și al funcționării. Familia de transceiver MAX3483AE/MAX3485AE protejează ieșirile transmițătorului și intrările receptorului de supratensiuni de înaltă tensiune de până la ±20 kV. În același timp, funcționarea normală a produselor este menținută; nu este nevoie să opriți și să reporniți alimentarea. În plus, funcțiile de protecție ESD încorporate asigură o funcționare la consum redus în timpul modurilor de pornire, oprire și standby.

Protectie la supratensiune

În aplicațiile industriale, intrările și ieșirile driverelor RS-485 sunt susceptibile la defecțiuni rezultate din supratensiuni. Parametrii supratensiunilor de supratensiune diferă de ESD - în timp ce durata ESD este de obicei în intervalul de până la 100 ns, durata supratensiunilor impulsului poate fi de 200 μs sau mai mult. Cauzele supratensiunilor pot include erori de cablare, conexiuni proaste, cabluri deteriorate sau defecte și picături de lipire care pot forma o conexiune conductivă între liniile de alimentare și de semnal de pe placă de circuit imprimat sau în conector. Deoarece sistemele de alimentare industriale folosesc tensiuni mai mari de 24 V, expunerea transceiverelor standard RS-485 care nu au protecție la supratensiuni la astfel de tensiuni le va face să se defecteze în câteva minute sau chiar secunde. Pentru a proteja împotriva supratensiunilor, microcircuitele convenționale de interfață RS-485 necesită dispozitive externe scumpe, realizate din componente discrete. Transceiverele RS-485 cu protecție la supratensiune încorporată pot rezista la zgomot în mod comun de până la ±40, ±60 și ±80 V pe linia de date. Maxim produce linia MAX13442E/MAX13444E de transceiver RS-485/RS-422 care rezistă la tensiuni de intrare și ieșiri DC de până la ±80 V față de masă. Elementele de protecție funcționează indiferent de starea actuală a cipul - indiferent dacă este pornit, oprit sau în modul standby - făcând aceste transceiver-uri cele mai fiabile din industrie, ideale pentru aplicații industriale. Transceiver-urile Maxim rămân operaționale la supratensiuni cauzate de scurtcircuitarea liniilor de alimentare și de semnal, erori de cablare, conexiuni incorecte ale conectorilor, cabluri defecte și funcționare necorespunzătoare.

Rezistența receptorului la condiții incerte de linie

Caracteristica importanta Chipurile de interfață RS-485 sunt proiectate pentru a face receptoarele imune la condiții de linie nedefinite, ceea ce garantează că la ieșirea receptorului este setat un nivel logic ridicat atunci când intrările sunt deschise sau închise, precum și atunci când toate transmițătoarele conectate la linie intră în modul inactiv (starea de înaltă impedanță a ieșirilor). Problema perceperii corecte a semnalelor de la receptor de la o linie de date închisă este rezolvată prin deplasarea pragurilor semnalului de intrare la tensiuni negative de -50 și -200 mV. Dacă tensiunea diferenţială de intrare a receptorului VA - VB este mai mare sau egală cu -50 mV, ieşirea R0 devine ridicată. Dacă VA - VB este mai mic sau egal cu -200 mV, ieșirea R0 este setată la un nivel scăzut. Când toți transmițătoarele intră într-o stare inactivă și există o terminație în linie, tensiunea diferenţială de intrare a receptorului este aproape de zero, drept urmare ieșirea receptorului este setată la un nivel ridicat. În acest caz, marja de imunitate la zgomot la intrare este de 50 mV. Spre deosebire de transceiver generatia precedenta, pragurile -50 și -200 mV corespund valorilor de ±200 mV stabilite de standardul EIA/TIA-485.

Interschimbabil la cald

Orez. 6. Schema bloc simplificată a protecției intrării DE în timpul schimbului la cald

Într-o interfață serială, o linie de semnal este utilizată pentru a transmite date într-o direcție, de-a lungul căreia biții de informații sunt transmiși unul după altul - secvenţial.

Începând de la primele modele, PC-urile aveau o interfață serială (în engleză „Serial Interface”) - port COM (în engleză „Communications port”). Acest port oferă schimb asincron folosind standardul RS-232. Porturile COM sunt implementate pe cipuri UART (universal asynchronous transceiver). Ele ocupă 8 registre adiacente de 8 biți și pot fi localizate la adresele de bază standard 3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4). Porturile pot genera întreruperi hardware IRQ4(utilizat de obicei pentru COM1 și COM3) și IRQ3(pentru COM2 și COM4). Pe partea externă, porturile au linii de date seriale pentru transmitere și recepție, precum și un set de semnale de control și stare care respectă standardul RS-232C. Porturile COM au conectori externi tată DB-25P sau DB-9P, conectați la panoul din spate calculator. Trăsătură caracteristică interfața este utilizarea de semnale non-TTL - toate semnale externe Porturile sunt bipolare. Nu există izolație galvanică - împământarea circuitului dispozitivului conectat este conectată la masa circuitului computerului. Rata de transfer de date poate ajunge la 115200 bps.

Standardul RS-232C descrie transmițătoare și receptoare neechilibrate: semnalul este transmis relativ la un fir comun - masă de circuit. Unul logic la intrarea datelor (semnal RxD) corespunde unui interval de tensiune de la -12 la -3 V; zero logic – de la +3 la +12 V. Pentru intrările de semnal de control, starea ON corespunde unui interval de la +3 la +12 V, starea OFF – de la -12 la -3 V. Interval de la -3 la + 3 V – zonă moartă, care provoacă histerezis al receptorului: starea liniei este considerată schimbată numai după trecerea pragului. Nivelurile semnalului la ieșirile transmițătorului trebuie să fie în intervalele de la -12 la -5 V și de la +5 la +12 V.

Interfața presupune prezența împământării de protecție a dispozitivelor conectate dacă ambele sunt alimentate cu curent alternativ și au dispozitive de protecție la supratensiune.

La nivel fizic, interfața serială are diverse implementări care diferă prin modul în care transmit semnalele electrice. Există o serie de standarde internaționale legate de RS-232C. În fig. Figura 25 prezintă diagramele de conectare pentru receptoarele și transmițătoarele lor și, de asemenea, arată restricțiile privind lungimea liniei ( L) Și viteza maxima transmisie de date ( v). Liniile neechilibrate ale interfețelor RS-232C au cea mai scăzută imunitate la interferența în modul comun. Cei mai buni parametri au o interfață punct-la-punct RS-422A și trunchiul său (autobuz) analog RS-485, care funcționează pe linii de comunicație simetrice. Ei folosesc semnale diferențiale pentru a transmite fiecare semnal, cu o pereche separată (răsucită) de fire pentru fiecare lanț de semnal. Deoarece aceste interfețe sunt legate logic, este permisă utilizarea convertoarelor de semnal simple care asigură tranziția de la o interfață la alta (Fig. 1).