Интерфейсы RS-232 и RS-422
Расширение предельных возможностей
Стандарт RS-485 допускает подключение не более 32 приемников к одному передатчику. Эта величина ограничивается мощностью выходного каскада передатчика при стандартном входном сопротивлением приемника 12 кОм. Количество нагрузок (приемников) может быть увеличено с помощью более мощных передатчиков, приемников с большим входным сопротивлением и промежуточных ретрансляторов сигнала (повторителей интерфейса). Все эти методы используются на практике, когда это необходимо, хотя они выходят за рамки требований стандарта.
В некоторых случаях требуется соединить устройства на расстоянии более 1200 м или подключить к одной сети более 32 устройств. Это можно сделать с помощью повторителей (репитеров, ретрансляторов) интерфейса. Повторитель устанавливается между двумя сегментами линии передачи, принимает сигнал одного сегмента, восстанавливает фронты импульсов и передает его с помощью стандартного передатчика во второй сегмент (рис. 2.5). Такие повторители обычно являются двунаправленными и имеют гальваническую изоляцию. Примером может служить повторитель NL-485C фирмы НИЛ АП. Каждый повторитель позволяет добавить к линии 31 стандартное устройство и увеличить длину линии на 1200 м.
Распространенным методом увеличения числа нагрузок линии является использование приемников с более высокоомным входом, чем предусмотрено стандартом EIA/TIA-485 (12 кОм). Например, при входном сопротивлении приемника 24 кОм к стандартному передатчику можно подключить 64 приемника. Уже выпускаются микросхемы трансиверов для интерфейса RS-485 с возможностью подключения 64, 128 и 256 приемников в одном сегменте сети (www.analog.com/RS485). Отметим, что увеличение количества нагрузок путем увеличения входного сопротивления приемников приводит к уменьшению мощности передаваемого по линии сигнала, и, как следствие, к снижению помехоустойчивости.
Интерфейс RS-422 используется гораздо реже, чем RS-485 и, как правило, не для создания сети, а для соединения двух устройств на большом расстоянии (до 1200 м), поскольку интерфейс RS-232 работоспособен только на расстоянии до 15 м. Каждый передатчик RS-422 может быть нагружен на 10 приемников. Интерфейс работоспособен при напряжении общего вида до ±7 В.
На рис. 2.9 показан пример соединения двух интерфейсов RS-422 преобразователей типа NL-232C фирмы НИЛ АП с целью увеличения дальности связи двух устройств.
В табл. 2.3 приведено сравнение основных характеристик трех наиболее популярных интерфейсов, используемых в промышленной автоматизации.
|
| Рис. 2.9. Соединение двух модулей преобразователей интерфейса RS-232/RS-422 |
| Табл. 2.3. Сравнение интерфейсов RS-232, RS-422 и RS-485 | |||
| Параметр | RS-232 | RS‑422 | RS‑485 |
| Способ передачи сигнала | Однофазный | Дифференциальный | Дифференциальный |
| Максимальное количество приемников | |||
| Максимальная длина кабеля | 15 м | 1200 м | 1200 м |
| Максимальная скорость передачи | 460 кбит/с | 10 Мбит/с | 30 Мбит/с** |
| Синфазное напряжение на выходе | ± 25 В | -0,25...+6 В | -7...+12 В |
| Напряжение в линии под нагрузкой | ±5... ±15 В | ±2 В | ±1,5 В |
| Импеданс нагрузки | 3...7 кОм | 100 Ом | 54 Ом |
| Ток утечки в "третьем" состоянии | - | - | ±100 мкА |
| Допустимый диапазон сигналов на входе приемника | ±15 В | ±10 В | -7...+12 В |
| Чувствительность приемника | ±3В | ±200 мВ | ±200 мВ |
| Входное сопротивление приемника | 3...7 кОм | 4 кОм |  12 кОм
|
Примечание. **Скорость передачи 30 Мбит/с обеспечивается современной элементной базой, но не является стандартной.
* EIA - Electronic Industries Association - ассоциация электронной промышленности. TIA - Telecommunications Industry Association - ассоциация телекоммуникационной промышленности. Обе организации занимаются разработкой стандартов.
Выбор кабеля для RS−485
Основными параметрами, определяющими критерии выбора кабеля, являются:
• скорость обмена, которая определяет длительность информационного бита (Tb);
• минимальный уровень сигнала на входе приемника, необходимый для распознавания передаваемых двоичных состояний;
• максимально допустимый уровень искажений сигнала;
• максимальная протяженность линии связи.
Длительность информационного бита (Tb) определяется минимально допустимым интервалом времени между переходами передаваемых двоичных состояний.
Если напряжение сигнала в линии не успевает достичь уровня, соответствующего передаваемому двоичному состоянию до появления следующего перехода, указанный переход появится на входе приемника с некоторым временным сдвигом, который приводит к возникновению межсимвольных искажений.
При выборе кабеля должно быть учтено отношение длительности переднего фронта к длительности информационного бита (tr/Tb) в точке подключения наиболее удаленного приемника.
Уровень сигнала, присутствующий на входе приемника, должен быть не менее его порога чувствительности.
Минимальное значение входного напряжения должно выбираться с запасом в зависимости от интенсивности помех, воздействующих на линию связи и на приемник, допустимой вероятности появления ошибок, а также от допустимого уровня искажений сигнала на входе приемника.
Для определения параметров кабеля необходимо задаться минимальным уровнем сигнала на входе самого удаленного приемника с учетом перечисленных факторов.
Искажения сигнала определяются его временным сдвигом относительно положения при передаче в идеальных условиях. Количественно искажения выражаются в процентах от полной длительности информационного бита. При выборе кабеля следует учитывать допустимый уровень искажений на входе приемника, расположенного в самой удаленной точке линии связи.