Как купить...

Компания Sumida – крупнейший мировой производитель катушек индуктивности, дросселей и фильтров для источников питания и интерфейсов широкого применения во всем мире.

Компоненты интерфейса RS-485 от Texas Instruments

В даной статье рассматриваются новинки компании Texas Instruments в области промышленного интерфейса передачи данных и принцип работы стандарта RS-485.

Стандарт RS-485

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

Все проблемы обмена, синхронизации и квитирования возлагаются на более высокий протокол - часто это стандарт RS-232, так как стандарт RS-485 описывает только физический уровень процедуры обмена данными. Сам же RS-485 выполняет следующие действия:

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

При подключении осциллографа к контактам А-В (RS-485) и GND-TDx (RS-232), можгно не увидить разницы в форме сигналов, передаваемых в линиях связи, но форма сигнала RS-485 полностью повторяет RS-232 лишь за исключением инверсии.

Новый способ формирования сигналов и преобразование уровней позволяет решить ряд проблем, которые не были учтены при создании стандарта RS-232.
 

Преимущества сигнала RS-485 перед сигналом RS-232:

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

RS-485 строится по принципу последовательной шиной схеме, то есть приборы в сети соединены последовательно симметричными кабелями, при этом концы линий связи должны быть нагружены согласующими резисторами (Terminator) (рис. 1), величина которых равна волновому сопротивлению кабеля связи.

 
Данные резисторы выполняют следующие функции:

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

В случаи, когда расстояние сегмента сети превышает 1200 метров или количество драйверов в сегменте более 32 штук, используется повторитель (Repeater) для создания следующего сегмента сети, при этом каждый из них подключен к согласующим резисторам (здесь сегментом сети считается кабель между крайним прибором и повторителем или между двумя повторителями).

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

Для понимания конкурентных преимуществ трансиверов RS-485 компании TI, рассмотрим представителей линейки с наиболее высокими эксплуатационными характеристиками и дополнительными функциями.
 

SN65HVD10/11/12 - полудуплексные приемники/передатчики для интерфейса RS-485 с питанием от однополярного напряжения 3,3 В с полной поддержкой стандартов ANSI EIA/TIA-485-A и ISO 8482. Защита от электростатического разряда (ESD) величиной до 16 кВ является отличительной особенностью данной серии. В режиме ожидания SN65HVD10/11/12 обеспечивают очень низкий ток потребления (типовое значение равно 1 мкА), для применения при разработке устройств с батарейным питанием. Микросхемы работают в температурном диапазоне -40...85°C с поддержанием расширенного диапазона напряжения на шине данных; различия устройств серии представлены в таблице 3.

SN65LBC184 - дифференциальный приемник/передатчик, выполненный в совместимых по выводам корпусах со стандартом SN75176. Встроенная защита от высокоэнергетичных пульсаций шума в линии передачи значительно усиливает защиту микросхемы по сравнению с большинством существующих аналогов. Высоконадежный неизолированный интерфейс передачи данных без использования дополнительных внешних компонентов реализован с помощью использования защитных цепей внутри микросхемы, также устройство выдерживает выбросы напряжения в шине данных величиной до 400 В в пике (типовое значение).

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

Устройства серии SN65HVD308xE полностью совместимы со стандартом ANSI EIA/TIA-485-A и рассчитаны на работу при напряжении питания 5 В. При контроле времени передачи данных эти устройства могут обеспечивать одновременное включение на шине до 256 аналогичных устройств и использоваться для организации линий связи большой протяженности, также позволяют осуществлять передачу данных на скоростях до 20 Мбит/с (таблица 4). Очень низкое значение тока собственного потребления (типовое значение равно 0,3 мА) являеться отличительной особенностью серии SN65HVD308xE.

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

 
Заключение

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