Dans les domaines du contrôle industriel et de l'automatisation des bâtiments, la communication RS-485 est largement privilégiée en raison de sa transmission différentielle, de sa capacité à longues distances,et excellentes performances anti-interférencesCependant, dans l'ingénierie pratique, l'"impédance de boucle", qui affecte la stabilité de la communication, est souvent négligée, entraînant des pertes occasionnelles de paquets et des interruptions de communication de l'équipement.La résolution de tels problèmes est à la fois longue et laborieuse.
Cet article adoptera une approche "proche de la vie et facile à comprendre" pour vous aider à comprendre en profondeur ce qu'est l'impédance de boucle, pourquoi elle est si importante,et comment l'optimiser en conception et débogage, de sorte que la communication RS-485 peut être aussi fluide qu'une route pavée.
Imaginez le système de tuyauterie dans votre maison: la pompe à eau (conducteur) pousse l'eau au point de consommation d'eau (récepteur), puis l'eau retourne à la pompe à eau par un autre tuyau,formant un cycle.
Des facteurs tels que le diamètre du tuyau, les coudes, les branches et la pression de l'eau auront tous une incidence sur le débit fluide de l'eau.Il s'agit de la manifestation complète de la "résistance" exercée sur le signal CA dans toute la boucle fermée où le signal part de l'extrémité émettrice, transmet le long de la paire différentielle, atteint l'extrémité réceptrice, puis revient à l'extrémité émettrice.
- Résistance (R): C'est comme la résistance au frottement déterminée par le diamètre du tuyau.
- Inductance (L): Elle est similaire aux vannes et coudes du tuyau, ce qui provoque un effet d'"hystérésis" lorsque le signal change.
- Capacité (C): Elle peut être comparée à un réservoir d'eau ou à un réservoir de stockage d'eau, qui stocke de l'énergie et la libère instantanément, ce qui affecte les fluctuations.
Dans le système RS-485, l'"impédance de boucle" totale sous l'action combinée de ces trois facteurs détermine directement la qualité et la fiabilité du signal.
Les câbles de communication RS-485 utilisent généralement des paires tordues blindées de 120 Ω, tout comme le choix d'un tuyau d'eau avec un diamètre intérieur constant pour assurer la perte minimale de débit d'eau (signal électrique).
Une résistance de 120 Ω est connectée en parallèle à chaque extrémité de la ligne pour "absorber" l'énergie du signal et éviter "écho" - tout comme l'installation d'une vanne silencieuse à l'extrémité du tuyau pour empêcher le marteau d'eau.
Lorsque plusieurs appareils sont connectés en parallèle sur le bus, cela équivaut à connecter plusieurs branches au pipeline.et le signal est plus susceptible d'être "shunté", ce qui peut entraîner une insuffisance du niveau de réception par la partie réceptrice.
Chaque connecteur, chaque diode TVS ou chaque dispositif de protection ajoutera un peu de discontinuité, tout comme le joint à l'interface du tuyau n'est pas bien scellé, ce qui provoquera une fuite ou un blocage local.
Bien que RS-485 soit une communication différentielle, le fil de terre formera toujours une boucle, qui est "invitée" à l'interférence de mode commun.La différence de potentiel au sol entre les différents dispositifs est comme la différence de niveau d'eau entre les différentes tours d'eau dans un système d'approvisionnement en eau, ce qui entraînera des problèmes tels que le "retour en arrière" ou le "cross-flow".
L'inadéquation d'impédance fera rebondir le signal comme s'il heurtait un mur réfléchissant, ce qui entraînera une distorsion de la forme d'onde, des sonneries et des dépassements.le récepteur ne peut pas distinguer si c'est "1" ou "0".
L'impédance instable est équivalente à une fuite d'eau accrue dans le tuyau.et le signal peut être "épuisé" avant d'atteindre la destination.
L'impédance discontinue est comme une lacune dans le tuyau, qui est plus susceptible d'être "infiltrée" par des interférences électromagnétiques externes, augmentant le taux d'erreur des bits.
Le conducteur produira un courant plus élevé pour compenser l'atténuation du signal, tout comme une pompe à eau fonctionnant à un débit élevé pendant une longue période s'usera plus rapidement, conduisant à la production de chaleur,consommation électrique, et des risques pour la vie.
Principe de base: maintenir la continuité de l'impédance, en la rendant aussi plate, constante en largeur et avec peu de branches qu'une route pavée.
Utilisez des paires torsionnées blindées d'une valeur nominale de 120 Ω.
La couche de blindage doit être solidement mise à la terre: la mise à la terre d'une extrémité ou des deux extrémités doit être pesée en fonction de l'environnement d'interférence réel.
La paire de différentiels doit être orientée avec une longueur égale et un espacement égal pour éviter une impédance inégale causée par une face trop longue.
Les traces différentielles sur le PCB ne doivent pas traverser la division du plan au sol et doivent être posées sur la même couche ou utiliser un plan au sol symétrique autant que possible.
Connectez une résistance de terminaison de 120 Ω en parallèle à chaque extrémité du bus.
S'il est nécessaire de supprimer le bruit de mode commun, on peut utiliser la "termination par séparation": connecter deux résistances de 60 Ω en série et connecter un petit condensateur en parallèle au point médian à la terre,ce qui équivaut à ajouter un "souffleur" au chemin du signal.
Garder la sortie du récepteur à un niveau connu stable (généralement logique "1") lorsque le bus est au ralenti.
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.
La priorité doit être donnée à l'utilisation de la "topologie linéaire" (ligne droite) et les résistances de terminaison doivent être installées uniquement aux extrémités physiques.
Évitez l'étoile, l'anneau ou trop de branches longues, tout comme vous évitez d'insérer des branches au hasard sur la route principale pour éviter les embouteillages.
Plus le bord du signal est rapide, plus la réflexion est grave.un émetteur-récepteur à pente limitée peut être utilisé ou le débit baud peut être réduit de manière appropriée pour correspondre à la "vitesse du véhicule" avec les "conditions routières".
Utilisez une sonde différentielle pour observer la forme d'onde de tension de la ligne A/B, et vérifiez si elle sonne, dépasse ou s'atténue.Comparer le débit baud avec la forme d'onde du signal théorique pour déterminer si une limite de pente ou un ajustement du débit est nécessaire.
Déconnectez les branches section par section, observez les changements de forme d'onde et localisez la position de la discontinuité d'impédance ou des problèmes de mode commun.
Essayez de remplacer le câble, la résistance de terminaison ou d'ajouter un étouffant commun dans la zone suspectée pour voir l'effet du changement.Optimiser la disposition de la mise à la terre pour réduire les interférences de la boucle de mise à la terre causées par la mise à la terre à plusieurs points.
Configurez les tubes TVS et les étouffants de mode commun de manière raisonnable pour résister aux surtensions externes sans absorption excessive du signal.
Veiller à ce que les paramètres parasites (capacité, inductance) des composants de protection aient une incidence contrôlable sur l'impédance totale.
- Seule une extrémité de la résistance de terminaison est installée, ce qui entraîne une réflexion sérieuse à l'autre extrémité.
- La position de la résistance de terminaison est incorrecte et elle n'est pas placée à l'extrémité physique.
- Il y a trop de branches ou trop de branches longues, et le signal rebondit à plusieurs reprises sur les branches.
- Choisir aveuglément des câbles non - 120 Ω, qui ont une grande différence de correspondance avec le récepteur.
- Ignorer la différence de potentiel de terre entre les appareils, entraînant une tension commune excessive.
- S'appuyant entièrement sur l'échec interne du récepteur sans biais externe, conduisant à des erreurs fréquentes lorsque la ligne est cassée.
