RS485 网络接地引脚 - 何时连接?

电器工程 rs485 接地
2022-01-03 05:15:59

众所周知,只需使用 A 和 B 两条线即可实现简单的节点到节点 rs485 通信。好吧,标准规定将两个节点的接地连接在一起。

来自维基百科:

除了 A 和 B 连接外,EIA 标准还规定了第三个互连点,称为 C,它是公共信号参考地。

我偶然发现了数十篇关于第三个连接的文章,但仍然无法理解这个概念。

  1. 为什么接收器不能充当简单的电压表?测量A和B之间的电压?
  2. 如果两个节点都由电池供电(每个节点使用不同的电池),接地连接有什么不同吗?
  3. 为什么电缆较长时(室外)节点接地更好?
  4. 这种接地连接对瞬态保护有何好处?
4个回答

在总线上的各种设备之间连接公共 (C) 地线的情况下,您可以使 RS485 接口工作,这是一个神话。仅当 A 和 B 输入的共模电压保持在接收器的 GND 基准的 -7V 至 +12V 范围内时,接收器才能测量 A 和 B 信号之间的相对电位。

使用电池操作接口的两侧会以某种方式产生影响的想法也是一个神话。这一切都归结为发射器 GND 和接收器 GND 之间的共模电压。第三线连接保持共模电压处于受控状态。如果没有它,对任一单元或两者之间的总线的任何不当影响都可能导致共模电压超出 -7V 至 +12V 范围。这种影响可能是由于通过 EMI 耦合到其他系统。这也很常见,表现为跟随电源线频率的交流变化。

您是对的,纯接收器只能测量两条信号线之间的差异。但是,任何这样做的方法都会有一些共模范围,各个信号必须保持在该范围内。该规范给出了节点必须能够容忍的共模范围。

如果没有第三根参考线,就无法定义此共模电压,也就无法制造出保证合规的接收器。

例如,即使您的接收器设置为数据线驱动光隔离器,您仍然存在共模电压限制。它可能是几千伏而不是几伏,但总会有一些共模电压,超过该电压接收器将不再工作。

到目前为止,这只是接收 RS-485 信号。驱动 RS-485 信号的限制要大得多。数据信号被指定为相对于地线的 0-5 V 标称值。如果没有地线,您将无法确保这一点。驱动这两个信号的电路将被引用。需要将某些东西连接到总线上的其他发送器和接收器。

基于其他答案,我将以此为例。请记住,这个答案遵循古老的格言“有时有点不准确可以节省大量解释”。

假设您有两个电气隔离的 RS485 设备。你像往常一样连接A和B线。然而,由于杂散电容和其他电气工程巫术,其中一个设备的浮动电压比另一个高 3000 伏。

没问题吧?接收器只看到 A 线和 B 线以 3000V 和 3012V 进入,它挑选出符合规格的 12V 差分,然后关闭?

好吧,由于杂散电容,这些设备实际上并不是 100% 隔离的,因此接收设备实际上看到 A 和 B 线上相对于其自身电源的电压为 3000 伏。它使用的 RS485 芯片的额定隔离电压仅为 2500 伏,因此输入电压能够跳过该芯片并烧毁电路的其他部分。该电压下的可用电流很小,因此您甚至看不到火花,但这足以对电路中的其他 IC 造成类似 ESD 的损坏,从而阻止它们正常工作。

通过在两个设备之间连接一根 GND 线,3000 伏的电压差将被相同的微小电流通过 GND 线而不是设备中的其他 IC 消除,A 和 B 信号线上的 3000 伏偏移将消失。

在某些方面,GND 线在这里起到了与下拉电阻类似的作用,确保所有信号线都处于已知电平,而不是随机浮动。

是的,RS485 规范只看 A 和 B 信号线之间的区别,但每个设备在其自己的电源 GND 和信号线之间也有一个最大允许电压。通过确保所有设备的 GND 相同来阻止特定电压超出范围,因此所有 RS485 设备之间的 GND 线就是这样做的。是的,理论上电隔离设备之间不会有很大的电压,实际上,隔离似乎并不总是完美的,所以不要指望它。

注意:我并不声称拥有最科学的答案,但我会尝试以我理解的方式解释事物。

  1. 我不知道电压表参数是否 100% 有效,因为它是低速设备,更合适的例子是电池供电的示波器或差分示波器探头。

  2. 记住电压的定义,它是两点之间的电位差。信号 A 和 B 的区别在于放大器内部的电气元件(主要是晶体管),它们的基极和集电极/发射极之间都具有绝对最大额定值。这被称为差分放大器相对于其自身的最大共模输入电压地面。因此,如果不指定它们所参考的内容,A 和 B 电压是没有意义的。例如,如果 A 和 B 之间的差为 2.5v,但该电压比接收器放大器电源高 20v,放大器会看到(2.5 或 22.5)吗?

  3. 4:长距离户外电缆更容易受到噪声或 ESD 或任何可能进入总线的电荷或电流源(具有特定阻抗和直流电阻)的影响,因此如果电荷/电流量足够高,则乘以更高的电阻(长电缆)会在接收器上造成更大的电压尖峰,从而可能造成损坏。这种情况下的接地可用于为尖峰撞击屏蔽层提供路径,并可用作稳定的接地参考。

是否可以将 RS485 接收器电路更改为浮动并完全能够像电压表/示波器一样工作,这可能完全可以通过添加额外的组件、隔离电路等来实现。但增加的成本、复杂性和尺寸都超出了能力范围MAX485等小型IC。