Nos campos de controle industrial e automação de edifícios, a comunicação RS-485 é amplamente favorecida devido à sua transmissão diferencial, capacidade de longa distância,e excelente desempenho anti-interferênciaNo entanto, na engenharia prática, a "impedência do loop", que afeta a estabilidade da comunicação, é muitas vezes negligenciada, levando a perdas ocasionais de pacotes e interrupções de comunicação do equipamento.A solução de tais problemas é demorada e laboriosa.
Este artigo irá adotar uma abordagem "próxima à vida e fácil de entender" para ajudá-lo a obter uma compreensão mais profunda do que é a impedância de loop, por que é tão importante,e como otimizá-lo no design e depuração, para que a comunicação RS-485 possa ser tão suave como uma estrada pavimentada.
Imaginem o sistema de tubulação de água da sua casa: a bomba de água (condutor) empurra a água para o ponto de consumo de água (receptor), e depois a água retorna à bomba de água através de outro tubo,formando um ciclo.
Fatores como o diâmetro do tubo, cotovelos, galhos e pressão da água afetarão o fluxo suave da água.é a manifestação integral da "resistência" exercida sobre o sinal CA em todo o circuito fechado, onde o sinal parte da extremidade transmissora, transmite ao longo do par diferencial, atinge a extremidade receptora e depois retorna à extremidade transmissora.
- Resistência (R): É como a resistência de atrito determinada pelo diâmetro do tubo.
- Indutividade (L): É semelhante às válvulas e cotovelos no tubo, o que causará um efeito de "histerese" quando o sinal muda.
- Capacidade (C): Pode ser comparada a um tanque de água ou a um tanque de armazenamento de água, que armazenam energia e a liberam instantaneamente, afetando as flutuações.
No sistema RS-485, a "impedência de circuito" total sob a ação combinada desses três fatores determina diretamente a qualidade e a confiabilidade do sinal.
Os cabos de comunicação RS-485 geralmente usam pares torcidos blindados de 120 Ω, assim como a escolha de um tubo de água com um diâmetro interno constante para garantir a perda mínima de fluxo de água (sinal elétrico).
Um resistor de 120 Ω é ligado em paralelo em cada extremidade da linha para "absorver" a energia do sinal e evitar "eco" - assim como a instalação de uma válvula silenciadora no final do tubo para evitar martelos de água.
Quando vários dispositivos são conectados em paralelo no autocarro, é equivalente a conectar vários ramos ao gasoduto.e o sinal é mais provável de ser "desviado", o que pode resultar em que a parte receptora não receba um nível suficiente.
Cada conector, cada diodo TVS, ou cada dispositivo de proteção irá adicionar um pouco de descontinuidade, assim como a junção na interface do tubo não é fechada bem, o que causará vazamento local ou bloqueio.
Embora o RS-485 seja uma comunicação diferencial, o fio de terra ainda formará um loop, que é "não convidado" para interferência de modo comum.A diferença de potencial do solo entre diferentes dispositivos é como a diferença de nível de água entre diferentes torres de água em um sistema de abastecimento de água, o que causará problemas como "backflow" ou "cross-flow".
A incompatibilidade de impedância fará o sinal "rebotar" como se batesse numa parede refletora, resultando em distorção da forma de onda, zumbido e ultrapassagem.O receptor não consegue distinguir se é "1" ou "0".
A impedância instável é equivalente a um aumento da fuga de água no tubo.e o sinal pode ser "esgotado" antes de atingir o destino.
A impedância descontínua é como uma lacuna no tubo, que é mais provável de ser "infiltrada" por interferência eletromagnética externa, aumentando a taxa de erro de bits.
O condutor irá emitir uma corrente maior para compensar a atenuação do sinal, assim como uma bomba de água a funcionar a uma taxa de fluxo grande por um longo tempo irá desgastar mais rápido, levando à geração de calor,consumo de energia, e riscos de vida.
Princípio básico: Manter a continuidade da impedância, tornando-a plana, constante em largura e com poucos ramos como uma estrada pavimentada.
Usar pares torcidos blindados com um valor nominal de 120 Ω.
A camada de blindagem deve ser enraizada de forma fiável: deve-se pesar se deve enraizar uma extremidade ou ambas as extremidades de acordo com o ambiente de interferência real.
O par diferencial deve ser encaminhado com igual comprimento e igual espaçamento para evitar impedância desigual causada por um lado ser muito longo.
As marcas diferenciais no PCB não devem atravessar a divisão do plano de solo e devem ser colocadas na mesma camada ou utilizar um plano de solo simétrico na medida do possível.
Conectar uma resistência de terminação de 120 Ω em paralelo em cada extremidade do autocarro.
Se for necessário suprimir o ruído do modo comum, pode utilizar-se a "terminação dividida": conectar duas resistências de 60 Ω em série e conectar um pequeno condensador em paralelo no ponto médio à terra,o que é equivalente a adicionar um "muffler" ao caminho do sinal.
Mantenha a saída do receptor em um nível conhecido estável (geralmente lógica "1") quando o barramento estiver parado.
A pull - up resistor can be added to pull up the differential line A and a pull - down resistor to pull down the differential line B to avoid signal floating when the line is broken or no one is transmitting.
Priorizar o uso de "topologia linear" (linha reta) e instalar resistores de terminação apenas nas extremidades físicas.
Evite estrela, anel ou muitos ramos longos, assim como evita inserir ramos aleatoriamente na estrada principal para evitar engarrafamentos.
Quanto mais rápido (mais íngreme) a borda do sinal, mais grave é o reflexo.um transceptor de inclinação limitada pode ser usado ou a taxa de transmissão pode ser adequadamente reduzida para corresponder à "velocidade do veículo" com as "condições da estrada".
Use uma sonda diferencial para observar a forma de onda de tensão da linha A/B e verifique se há toque, excesso ou atenuação.Compare a taxa de baud com a forma de onda do sinal teórico para determinar se é necessário limitar a inclinação ou ajustar a taxa.
Desconecte os ramos seção por seção, observe as mudanças de forma de onda e localize a posição da descontinuidade de impedância ou problemas de modo comum.
Tente substituir o cabo, o resistor de terminação ou adicionar um estrangulamento comum na área suspeita para ver o efeito da mudança.Otimizar o layout de aterragem para reduzir as interferências do circuito de aterragem causadas pela aterragem de vários pontos.
Configure os tubos de TVS e os estrangulamentos de modo razoável para resistir a ondas externas sem absorção excessiva do sinal.
Assegurar que os parâmetros parasitários (capacidade, indutividade) dos componentes de proteção tenham um impacto controlável na impedância total.
- Apenas uma extremidade do resistor de terminação é instalada, resultando em uma reflexão séria na outra extremidade.
- A posição do resistor de terminação é incorreta e não é colocada na extremidade física.
- Há muitos ramos ou muito longos, e o sinal rebota repetidamente nos ramos.
- Escolhendo cegamente cabos não - 120 Ω, que têm uma grande diferença de correspondência com o receptor.
- Ignorando a diferença de potencial de terra entre os dispositivos, resultando em tensão excessiva de modo comum.
- Confiando totalmente na falha interna - segura do transceptor sem viés externo, levando a frequentes erros de julgamento quando a linha é quebrada.
