Контакт заземления сети RS485 — когда подключать?

Примечание. Я не претендую на самый научный ответ, но постараюсь объяснить вещи так, как я их понимаю.

1. Я не знаю, является ли аргумент вольтметра действительным на 100%, поскольку это низкоскоростное устройство, более подходящим примером может быть осциллограф с батарейным питанием или пробник дифференциального осциллографа.

2. Помните определение напряжения, которое представляет собой разность потенциалов между двумя точками. Сигналы A и B различаются электрическими компонентами внутри усилителя (в основном транзисторами), каждый из которых имеет абсолютные максимальные номинальные значения между их базой и коллектором/эмиттером. Это называется максимальным синфазным входным напряжением дифференциального усилителя по отношению к его собственному земля. Следовательно, напряжения A и B бессмысленны без указания того, к чему они относятся. Например, если разница между A и B составляет 2,5 В, но это напряжение смещено на 20 В выше питания усилителя приемника, увидит ли усилитель (2,5 или 22,5)?

3. 4: Наружные кабели большой протяженности более подвержены шуму, электростатическому разряду или любому другому источнику заряда или тока, который может проникнуть в шину (у которого есть удельный импеданс и сопротивление постоянному току), поэтому, если величина заряда/тока достаточно высока, умноженная на более высокое сопротивление (длинного кабеля) вызовет более сильный всплеск напряжения на приемнике, что может привести к повреждению. Заземление в этой ситуации может быть использовано для обеспечения пути для шипов, ударяющихся о экран, и может использоваться в качестве стабильной опорной точки заземления.

Можно ли изменить схему приемника RS485, чтобы она была плавающей и полностью способной действовать как вольтметр/осциллограф, вполне возможно путем добавления дополнительных компонентов, цепей изоляции и т. д., но с дополнительными затратами, сложностью и размером, которые выходят за рамки возможностей. небольшой микросхемы, такой как MAX485.

Это миф, что вы можете заставить интерфейсы RS485 работать без общего провода заземления (C), подключенного между различными устройствами на шине. Приемник способен измерять относительный потенциал между сигналами A и B только тогда, когда синфазное напряжение входов A и B поддерживается в пределах от -7 В до +12 В опорного заземления приемника.

Идея о том, что обе стороны интерфейса, работающие от батареек, каким-то образом будут иметь какое-то значение, также является мифом. Все сводится к тому, какое синфазное напряжение находится между GND передатчика и GND приемника. Третье проводное соединение позволяет контролировать синфазное напряжение. Без этого любое чрезмерное влияние на любой блок или на шину между ними может привести к тому, что синфазное напряжение выйдет за пределы диапазона от -7 В до +12 В. Это влияние может быть связано с подключением к другим системам через электромагнитные помехи. Также часто можно увидеть, что это проявляется как изменение переменного тока, которое соответствует частоте сети.

Вы правы в том, что чистый приемник может просто измерить разницу между двумя сигнальными линиями. Однако любое средство для этого будет иметь некоторый диапазон синфазных сигналов, в пределах которого должны оставаться отдельные сигналы. Спецификация дает диапазон общего режима, который узлы должны быть в состоянии допустить.

Без третьего эталонного провода невозможно определить это синфазное напряжение, и тогда не было бы способа сделать приемник, который гарантированно соответствует требованиям.

Даже если ваш приемник был настроен так, что линии передачи данных управляли, например, оптоизоляторами, у вас все еще есть ограничение напряжения синфазного сигнала. Это может быть несколько тысяч вольт вместо нескольких вольт, но всегда будет какое-то синфазное напряжение, выше которого приемник больше не будет работать.

До сих пор речь шла только о приеме сигнала RS-485. Управление сигналами RS-485 гораздо более ограничено. Сигналы данных указаны как номинальные 0-5 В по отношению к проводу заземления. Без заземляющего провода вы не сможете этого гарантировать. Схема, которая управляет двумя сигналами, будет ссылаться на что-то. Это нечто должно быть подключено к другим передатчикам и приемникам на шине.

Основываясь на других ответах, я собираюсь предложить это в качестве примера. Пожалуйста, имейте в виду, что этот ответ следует старой пословице «иногда небольшая неточность экономит массу объяснений».

Допустим, у вас есть два устройства RS485, которые электрически изолированы. Вы подключаете линии A и B как обычно. Однако из-за паразитных емкостей и других электротехнических шаманств одно из устройств находится на 3000 вольт выше, чем другое.

Нет проблем, верно? Приемник просто видит линии A и B, поступающие с напряжением 3000 В и 3012 В, он выбирает дифференциал 12 В, который находится в пределах спецификации, и уходит?

Что ж, из-за паразитных емкостей устройства на самом деле не изолированы на 100%, поэтому принимающее устройство фактически видит 3000 вольт на линиях A и B относительно собственного источника питания. Чип RS485, который он использует, рассчитан только на 2500 вольт изоляции, поэтому входящее напряжение может прыгнуть на этот чип и поджарить какую-то другую часть схемы. Доступный ток при таком напряжении крошечный, поэтому вы даже не увидите искры, но этого достаточно, чтобы вызвать повреждение других ИС в цепи, подобное электростатическому разряду, что помешает им работать должным образом.

При подключении провода GND между обоими устройствами разница в 3000 вольт будет устранена тем же микроскопическим током, протекающим по проводу GND вместо других ИС в устройстве, и смещение 3000 вольт на сигнальных линиях A и B исчезнет.

В некотором смысле линия GND служит здесь той же цели, что и подтягивающий резистор, гарантируя, что все сигнальные линии находятся на известных уровнях, а не беспорядочно плавают повсюду.

Да, спецификация RS485 рассматривает только разницу между сигнальными линиями A и B, но каждое устройство также имеет максимально допустимое напряжение между собственным источником питания GND и сигнальными линиями. Предотвращение выхода этого конкретного напряжения за пределы диапазона достигается за счет того, что все GND устройства одинаковы, поэтому провод GND между всеми устройствами RS485 делает именно это. Да, теоретически у электрически изолированных устройств не будет больших напряжений между ними, на практике кажется, что изоляция не всегда идеальна, поэтому не рассчитывайте на это.

Точка C является обратным путем для тока на A и B. Это позволяет току вернуться обратно к источнику для замыкания цепи.