Эффект "неправильного" драйвера с немного длинными шлейфами RS-485

У меня запланирована однопарная 36-метровая установка RS-485 со скоростью 250 кбит/с, где для проводки выгодно, если длина шлейфа может быть немного больше оптимальной. Есть один почти всегда передатчик и почти всегда три приемника. «Почти всегда» означает при нормальной работе, но во время ежемесячного технического обслуживания приемники будут передавать в течение нескольких секунд. (Это управление освещением DMX-512 с очень редким RDM.) Он управляет подводным освещением в архитектурных целях, поэтому обратные последствия повреждения данных будут чисто эстетическими.

Очевидно, что RS-485 предназначен для использования с наименьшими практичными шлейфами. Однако это инженерный вопрос о том, как длина шлейфа влияет на качество сигнала и что делать, если по другим причинам требуются более длинные шлейфы.

Нижеследующее от Texas Instruments « AN-1057 Ten Ways to Bulletproof RS-485 Interfaces».

Несмотря на то, что обсуждение конфигураций и раздел о шлейфах рекомендует минимизировать длину шлейфа, чтобы избежать проблем с линией передачи, приложение может не допускать минимизации длины шлейфа. Другой подход состоит в том, чтобы увеличить время перехода драйвера, чтобы разрешить более длинные шлейфы без эффектов линии передачи. Если вы используете DS36C280, от основного кабеля могут отходить длинные ответвления. Такое расположение делает основной кабель коротким, в то время как закручивание кабеля вперед и назад для достижения неудобно расположенных узлов значительно увеличило бы длину основного кабеля. Помимо возможности более длинных шлейфов, более медленные скорости фронтов генерируют меньшие выбросы. Таким образом, этот трансивер также полезен для приложений, которые сильно ограничивают излучаемый шум.

Кабель изготовлен из высококачественной неэкранированной витой пары сечением 0,34 мм 2 (примерно 22 AWG) с сечением 1,0 мм 2 24 В пост. тока в той же оболочке. Установка находится на глубине около 1 метра под водой .

Каков эффект драйвера с временем нарастания 10 нс по сравнению с драйвером с временем нарастания 1,2 мкс?

Насколько я понимаю, время нарастания/спада ограничено 30% битового времени и что различные эмпирические правила определяют длину шлейфа на расстоянии от 10% до 25% от времени нарастания. (С использованием различных заметок по применению TI и Maxim.)

Наш желаемый драйвер — это что-то вроде Maxim 3430 с ограниченной скоростью нарастания, подходящей для скорости 250 кбит/с ( техническое описание ), но мы можем быть вынуждены использовать оборудование с Maxim 3485 ( техническое описание ); альтернативно Analog Devices 2582 с 15 нс, когда мы бы предпочли 2587 с 200-1100 нс ( техническое описание ).

Какой эффект это может иметь? Должны ли мы делать что-то особенное, если у нас «неправильный» драйвер?

Мои расчеты

  • Скорость передачи данных 250 кбит/сек
  • Таким образом, битовое время 4 мкс
  • Таким образом, максимальное время нарастания/спада составляет 1,2 мкс (30% битового времени).
  • При скорости сигнала 0,6 с это 216 м.
  • 25 % от этого 54 м

Упрощенная схема:

            22m     14 m
    t-T-+--------+-------R-t
        | 6 m    | 6 m
        R        R

 T transmitter, R receiver, t termination, m is metres

Учитывая, что моя общая длина составляет 36 м, а мои заглушки - 6 м, я полагаю, что это говорит о том, что он будет работать надежно. Я ошибаюсь?

Большое спасибо за предложения и советы.

Почему вы не проверили сигнал во время ввода в эксплуатацию, чтобы проверить целостность сигнала на хосте? Насколько импеданс ниже в диэлектрической среде 80 по сравнению с воздухом 1? Вы должны были использовать кабель STP, чтобы свести к минимуму этот эффект.
Спасибо за комментарий, я думаю, что мы, вероятно, сначала проверим это. Что касается экранирования, после статьи Перрина «Искусство и наука о RS-485» (Circuit Cellar 1999) мы отказались: у нас есть много сайтов с этим кабелем, в основном намного большего размера (около 200 м), обычно 30 узлов, 500-мм шлейфы и сигналы выглядят как учебник.
Из того, что я прочитал в статье Перрина. Лучше всего использовать гирляндную цепь, а не заглушки, общий язык хоста для каждой цели лучше (но больше $), но STP лучше (!), и если у вас быстрое время нарастания, вам лучше иметь гирляндную цепь, иначе это беспорядок.
Я также ожидаю уменьшения запаса по джиттеру от ISI с 30% временем нарастания от искажения групповой задержки с NRZ.
Все согласны с тем, что последовательное подключение лучше, все согласны с тем, что экраны уменьшают шум. Мой вопрос заключается в том, действительно ли немного более длинные шлейфы проблематичны в такой геометрии, при таких скоростях передачи данных, и важен ли выбор драйвера в рамках ограничений, которые я изложил.
@jonanthanjo Время нарастания драйвера не может превышать 1,2 мкс при скорости 250 кбит/с, и на этой скорости передачи данных не допускаются заглушки (нада) !! Хотели бы вы увидеть симуляцию с временем нарастания 10 нс?
TI AN-1057 (ссылка в q, раздел 6), по-видимому, предполагает, что заглушка может занимать не более 25% времени перехода. 1,2us = 216 м, 25% это 54 м, исчислено в кв. Это неправильно? В разделе 3 говорится, что при 10 нс шлейф должен быть меньше 150 мм. Почему вы говорите, что "нада" разрешено?
В техническом описании указано 128 приемопередатчиков на «одной» шине, и мой сим в то время выглядел шумным, поэтому я подозревал джиттер. Но моя ошибка в моделировании, и теперь 1,2 мкс лучше согласованы по импедансу, и все выглядит нормально с временем нарастания 1,2 мкс, за исключением, возможно, 1-го фронта бита, поэтому я уберу это ограничение. Но без контроля времени нарастания это беспорядок с глюками эха.
Отфильтрованный tinyurl.com/y6l9roce 1.2us и нефильтрованный tinyurl.com/yxg5nbvr не так хороши, но могут быть отфильтрованы внешне
У меня нет реального опыта в этом, так что отнеситесь к этому с недоверием, но сама сигнализация RS485 также довольно устойчива к отражениям. Пока они не являются сильными и достаточно длинными, чтобы изменить состояние бита в середине битового интервала (когда приемник производит его выборку), даже большие пики не вызовут реальных проблем. Это связано с тем, что только начальный бит чувствителен к фронту, и ему предшествует задержка стопового бита. Сигнал, чувствительный к фронту (например, тактовый импульс), будет гораздо более чувствителен к выбросам.
@SunnyskyguyEE75 спасибо за такие интересные симы ... Признаюсь, я смотрю на них медленно, пока не думаю, что понимаю их.
@jonathanjo OpAMP идеально подходит для отображения ширины импульса задержки. Линии передачи определяются задержкой Zo и t с эквивалентной длиной волны, заданной с использованием v/c=66%. Я считаю, что провода идеальны (неиндуктивные соединения). Отражения основаны на физике. Вы можете выбрать любой кабель 50 или 60, несимметричный или 100 или 120, дифференциальный, но вода и несоответствие влияют на CMRR кабеля, не показанного в sim. но это повлияет на качество вашего сигнала. Вы можете добавить емкость паразитной нагрузки, если считаете, что это уместно (10 пФ) на Rx.

Ответы (2)

RS485 четко определяет топологию сети без шлейфов, ну кроме тех, что в нескольких миллиметрах от разъема до микросхемы трансивера. Так что решать вам.

Я хотел бы предложить вам использовать дополнительный кабель 2x6m = 12m и исключить заглушки, ведь 250 kbps - это не медленная скорость.

250 кбит/с - это а) довольно медленно и б) что важнее для полосы пропускания сигнала, которая зависит от времени нарастания передатчика. При tr=15ns допустимая длина заглушки уменьшится до десятков сантиметров. Количество дополнительного кабеля составляет всего 2x6 м = 12 м BTW.
@ Manu3l0us б) вы правы, я отредактировал только дополнительный кабель длиной 12 м.
Я ни на секунду не соглашусь, что было бы лучше электрически проложить дополнительный кабель. Но это инженерия: мой вопрос о том, что на самом деле произойдет, если мы используем драйвер на 10 Мбит/с вместо драйвера на 250 Кбит/с. Должны ли мы добавить какой-то другой вид обработки сигнала? Я исправил вопрос цитатой из примечания к приложению TI относительно более длинных заготовок.
Из примечания к приложению TI, которое вы связали: «Минимизация длины шлейфа сводит к минимуму проблемы с линией передачи. Для стандартных приемопередатчиков с временем перехода около 10 нс шлейфы должны быть короче 6 дюймов».
@jonathanjo В любом случае, если вы ограничены этими 6-метровыми шлейфами, то может быть решение путем изменения / добавления согласующих резисторов. Я видел это в сетях CAN, не знаю, можно ли применить к rs485.
@MarkoBuršič да, действительно, конечно, сокращение заглушек сводит к минимуму проблемы , если они есть ... мой вопрос, опять же, что на самом деле произойдет, если мы используем драйвер 10 Мбит / с вместо драйвера 250 Кбит / с в подобных обстоятельствах. Мы находимся практически в нижней части графика зависимости скорости от расстояния и можем выдержать джиттер около 5%, действительно ли возникнут проблемы?
tinyurl.com/yxg5nbvr Что вы думаете об этих сбоях времени нарастания 20 нс от идеально подобранного Зо?
Я согласен с Марко. Давным-давно мои "менеджеры" хотели повесить на 1553 автобус 50 футовый огрызок. Я провел моделирование во временной области и показал им ужасные последствия. Но при правильной терминации отражения от приемника значительно уменьшились. Конечно, этим шинным системам нужны приемники с высоким импедансом, так что если вы повесите нагрузку на шину, придется заплатить.

Классически, если вы можете СКРЫТЬ отражения во время нарастания и спада, то у вас есть надежная система, ЕСЛИ у вас есть некоторый гистерезис.

С 4 микросекундами времени SYMBOL (NRZ, в то время) вы настроите ссылку на 3 микросекунды времени нарастания и спада? а гистерезис при 25% и при 75% качания полной шкалы?

да, если задержка 2x < времени нарастания, но если время нарастания 75% T, ISI может увеличиться из-за того, что групповая задержка не такая плоская, но иногда это можно компенсировать.
Эффект "неправильного" драйвера с немного длинными шлейфами RS-485
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v