Pin uziemienia sieci RS485 - kiedy podłączyć?

Jak wielu wie, można zaimplementować prostą komunikację między węzłem rs485 za pomocą tylko dwóch przewodów, A i B. Cóż, standard określa łączenie uziemienia dwóch węzłów razem.

z Wikipedii:

Oprócz połączeń A i B norma EIA określa także trzeci punkt połączenia o nazwie C, który jest wspólną masą odniesienia sygnału.

Natknąłem się na dziesiątki artykułów, które mówią o tym trzecim związku, ale nadal nie mogłem zrozumieć tej koncepcji.

1. Dlaczego odbiornik nie może działać jak zwykły woltomierz? mierzysz napięcie między A i B?
2. Jeśli oba węzły są zasilane bateryjnie (inna bateria dla każdego węzła), czy połączenie uziemienia robi jakąkolwiek różnicę?
3. Dlaczego lepiej jest uziemić węzły (zewnętrzne), gdy kable są długie?
4. W jaki sposób to połączenie uziemienia jest dobre dla ochrony przed stanem nieustalonym?

Uwaga: Nie twierdzę, że mam najbardziej naukową odpowiedź, ale postaram się wyjaśnić rzeczy tak, jak je rozumiem.

1. Nie wiem, czy argument Woltomierz jest w 100% poprawny, ponieważ jest to urządzenie o niskiej prędkości, bardziej odpowiednim przykładem może być oscyloskop na baterie lub sonda oscyloskopu różnicowego.

2. Zapamiętaj definicję napięcia, które jest różnicą potencjałów między 2 punktami. Sygnały A i B są rozróżniane przez komponenty elektryczne wewnątrz wzmacniacza (głównie tranzystory), które wszystkie mają absolutne maksymalne wartości znamionowe między bazą a kolektorem / emiterem. Jest to określane jako maksymalne napięcie wejściowe we wspólnym trybie wzmacniacza różnicowego względem własnego ziemia. Dlatego napięcia A i B są bez znaczenia bez określenia, do czego się odnoszą. Na przykład, jeśli różnica między A i B wynosi 2,5 V, ale napięcie to jest przesunięte o 20 V powyżej zasilania wzmacniacza odbiorników, czy wzmacniacz zobaczyłby (2,5 lub 22,5)?

3. 4: Kable zewnętrzne na duże odległości są bardziej podatne na szumy, wyładowania elektrostatyczne lub jakiekolwiek inne źródło ładunku lub prądu, które może dostać się do magistrali (o określonej impedancji i rezystancji DC), więc jeśli ilość ładunku / prądu jest wystarczająco wysoka, pomnożona przez wyższą rezystancję (długi kabel) spowodowałoby większy skok napięcia w odbiorniku, co może spowodować uszkodzenie. Uziemienie w tej sytuacji może służyć jako ścieżka dla kolców uderzających w tarczę i może służyć jako stabilne odniesienie do ziemi.

To, czy obwód odbiornika RS485 można zmienić na pływający i w pełni zdolny do działania jak woltomierz / oscyloskop, może być całkowicie możliwe poprzez dodanie dodatkowych komponentów, obwodów izolacyjnych itp., Ale z dodatkowym kosztem, złożonością i rozmiarem, który jest poza możliwościami małego układu scalonego, takiego jak MAX485.

Mitem jest to, że można sprawić, by interfejsy RS485 działały bez wspólnego przewodu uziemiającego (C) podłączonego między różnymi urządzeniami magistrali. Odbiornik może mierzyć względny potencjał między sygnałami A i B tylko wtedy, gdy napięcie w trybie wspólnym wejść A i B jest utrzymywane w zakresie od -7 V do + 12V wartości odniesienia GND odbiornika.

Pomysł, że obie strony interfejsu działające na bateriach mogłyby coś zmienić, jest również mitem. Wszystko sprowadza się do napięcia wspólnego trybu między GND nadajnika i GND odbiornika. Trzecie połączenie przewodowe utrzymuje napięcie w trybie wspólnym pod kontrolą. Bez tego jakikolwiek nieuzasadniony wpływ na którąkolwiek jednostkę lub na magistralę między nimi może doprowadzić do napięcia w trybie wspólnym wykraczającego poza zakres -7V do + 12V. Wpływ ten może wynikać z połączenia z innymi systemami za pośrednictwem EMI. Często zdarza się, że pokazuje się to jako zmienność prądu przemiennego podążającą za częstotliwością linii zasilającej.

Masz rację, że czysty odbiornik może po prostu zmierzyć różnicę między dwiema liniami sygnałowymi. Jednak wszelkie środki do tego celu będą miały pewien wspólny zakres trybów , w którym poszczególne sygnały muszą pozostać. Specyfikacja podaje zakres trybu wspólnego, który muszą być w stanie tolerować węzły.

Bez trzeciego przewodu odniesienia nie ma sposobu na zdefiniowanie tego napięcia w trybie wspólnym, a wtedy nie byłoby sposobu na stworzenie odbiornika, który gwarantowałby zgodność.

Nawet jeśli odbiornik został skonfigurowany tak, że linie danych napędzały optoizolatory, na przykład nadal masz wspólne ograniczenie napięcia w trybie. Może to być kilka tysięcy woltów zamiast kilku woltów, ale zawsze będzie jakieś napięcie w trybie wspólnym, powyżej którego odbiornik przestanie działać.

Do tej pory chodziło tylko o odbiór sygnału RS-485. Sterowanie sygnałami RS-485 jest znacznie bardziej ograniczające. Sygnały danych są określone jako nominalne 0-5 V w odniesieniu do przewodu uziemiającego. Bez przewodu uziemiającego nie można tego zapewnić. Obwód, który napędza dwa sygnały, zostanie do czegoś odniesiony. Że coś musi być podłączone do innych nadajników i odbiorników w autobusie.

Na podstawie innych odpowiedzi podam to jako przykład. Proszę pamiętać, że ta odpowiedź wynika ze starego powiedzenia: „czasami trochę niedokładności oszczędza mnóstwo wyjaśnień”.

Załóżmy, że masz dwa urządzenia RS485, które są izolowane elektrycznie. Podłączasz linie A i B jak zwykle. Jednak ze względu na zbłąkane pojemności i inne voodoo elektrotechniki jedno z urządzeń unosi się na 3000 woltów wyżej niż drugie.

Nie ma problemu, prawda? Odbiornik po prostu widzi linie A i B o napięciu 3000 V i 3012 V, wykrywa różnicę 12 V, która jest zgodna ze specyfikacją i wyłącza się?

Cóż, ze względu na zbłąkane pojemności, urządzenia nie są w rzeczywistości w 100% izolowane, a zatem urządzenie odbiorcze faktycznie widzi 3000 woltów na liniach A i B w stosunku do własnego źródła zasilania. Wykorzystywany przez niego układ RS485 ma tylko 2500 woltów izolacji, więc napięcie wejściowe może przeskoczyć ten układ i usmażyć inną część obwodu. Dostępny prąd przy tym napięciu jest niewielki, więc nawet nie zobaczysz iskry, ale to wystarczy, aby spowodować uszkodzenie innych układów scalonych w obwodzie, podobnie jak ESD, uniemożliwiając im prawidłowe działanie.

Po podłączeniu drutu GND między obydwoma urządzeniami różnica 3000 woltów zostanie usunięta przez ten sam mikroskopijny prąd przepływający przez drut GND zamiast innych układów scalonych w urządzeniu, a przesunięcie 3000 woltów na liniach sygnałowych A i B zniknie.

Pod pewnymi względami linia GND służy tutaj podobnym celom jak rezystor obniżający, zapewniając, że wszystkie linie sygnałowe są na znanych poziomach, a nie przypadkowo unoszą się w dowolnym miejscu.

Tak, specyfikacja RS485 patrzy tylko na różnicę między liniami sygnałowymi A i B, ale każde urządzenie ma również maksymalne dopuszczalne napięcie między własnym GND zasilania a liniami sygnałowymi. Zatrzymanie tego konkretnego napięcia poza zasięgiem odbywa się poprzez upewnienie się, że wszystkie GND urządzenia są takie same, więc drut GND między wszystkimi urządzeniami RS485 właśnie to robi. Tak, teoretycznie urządzenia izolowane elektrycznie nie będą miały między sobą ogromnych napięć, w praktyce wydaje się, że izolacja nie zawsze jest idealna, więc nie licz na to.

Punkt C jest ścieżką powrotną prądu na A i B. Pozwala to na powrót prądu do źródła w celu ukończenia obwodu.