Robuste, schnelle serielle Kommunikation: Ein neuer RS-422/485-Transceiver von Maxim

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Anonim

Robuste, schnelle serielle Kommunikation: Ein neuer RS-422/485-Transceiver von Maxim


Der MAX14775E bietet leistungsstarke Funktionen, die ihn besonders für die Datenübertragung in rauen Umgebungen geeignet machen.

RS-422/485 ist eine weithin bekannte und weit verbreitete serielle Kommunikationsschnittstelle. Sie können hier darüber lesen. Obwohl theoretisch jede Art von Single-Ended-Digitalsignal in ein differentielles RS-422/485-Signal übersetzt werden könnte, werden Systeme oft mit UART als Kommunikationsprotokoll und RS-422/485 als physikalische Schicht entworfen. Ich schätze UART für seine Einfachheit und Vielseitigkeit und insgesamt denke ich, dass UART in Kombination mit RS-422/485 eine ausgezeichnete Kommunikationsschnittstelle für viele Anwendungen ist.

Die grundlegende Komponente bei der Implementierung von RS-422/485 ist der Übersetzer-IC. Dieser Chip stellt sicher, dass Ihre typischen Single-Ended-Digitalsignale in differenzielle Signale umgesetzt werden, die die Anforderungen des offiziellen TIA / EIA-Standards erfüllen. Diese Übersetzer sind nichts Neues, aber wie bei allem anderen im Leben gibt es immer Raum für Verbesserungen.

Der MAX14775E ist ein neuer RS-422/485 Transceiver von Maxim. Es bietet die typische Funktionalität, die Sie von einem RS-422/485-Umsetzer erwarten würden, verfügt jedoch auch über Funktionen, die Ihrem System helfen, eine zuverlässige Kommunikation in geräuschvollen Umgebungen mit hoher Spannung aufrechtzuerhalten.

Ein typisches RS-485-Netzwerk mit dem MAX14775E, einem Halbduplex-Transceiver.

Vorsicht: Hochspannung

Eingebettete Systeme, die mit 3, 3 V oder 5 V arbeiten, sind für eine RS-422/485-Schnittstelle nicht besonders gefährlich. Der TIA / EIA-485-Standard spezifiziert einen akzeptablen Gleichtaktspannungsbereich von -7 V bis 12 V, so dass, selbst wenn die Gleichtaktspannung eines übertragenen Signals beispielsweise 5 V höher ist als das Massepotential des Empfängers, Die beiden Geräte kommunizieren weiterhin erfolgreich. Jedoch sind nicht alle Systeme auf solche günstigen Spannungen beschränkt. Industrielle Umgebungen kommen mir in den Sinn, aber relativ hohe Spannungen können auch in der Robotik, der Luft- und Raumfahrt und in medizinischen Anwendungen auftreten.

Der MAX14775E geht weit über den TIA / EIA-Standard hinaus, wenn es um Hochspannungstoleranz geht. Die Treiberausgänge und Empfängereingänge können Fehlerspannungen von ± 65 V standhalten; Darüber hinaus erkennt das Gerät Fehlerzustände und deaktiviert die Treiberausgänge für eine bestimmte Zeit nach dem Fehlerereignis. Zusätzlich zu dieser Fehlertoleranz hat der MAX14775E einen Gleichtaktspannungsbereich von -25 V bis 25 V, im Gegensatz zu dem für TIA / EIA-485 erforderlichen Bereich von -7 V bis 12 V und den -7 V bis 7 V Bereich für TIA / EIA-422.

Mit Lärm umgehen

Lärm ist überall, aber in Hochspannungsumgebungen eher problematisch. Bei höheren Spannungen und Strömen sind die abgestrahlten Felder stärker und die Niederspannungssignale werden stärker durch die resultierenden Interferenz beeinflusst.

Gewöhnliche Digitaleingänge sind inhärent rauschempfindlich: Wenn ein einzelner Eingangsschwellwert feststellt, ob der Ausgang logisch tief oder logisch hoch ist, führen kleine Variationen um diesen Schwellenwert herum zu falschen Ausgangsübergängen.

Ohne Hysterese, laute Eingabe = unvorhersehbare Ausgabe.

Die Standardlösung ist hier die "Hysterese", die sich auf die Differenz zwischen der Eingangsschwelle für die ansteigende Flanke und der Eingangsschwelle für die abfallende Flanke bezieht. Ich hatte Schwierigkeiten, zu bestimmen, ob der TIA / EIA-422- oder -485-Standard irgendeine Hysterese erfordert (glaube ich nicht), aber auf jeden Fall scheint es, dass viele Übersetzer-ICs mindestens 20 bis 50 mV bereitstellen. Im Gegensatz dazu hat der MAX14775E eine typische Eingangshysterese von 250 mV, was bedeutet, dass eine steigende oder fallende Eingangskante ein gewisses Rauschen mit hoher Amplitude enthalten kann und dennoch keinen störenden Ausgangsübergang verursacht.

Hohe (und niedrige) Geschwindigkeit

Trotz der relativ einfachen Komponenten- und Verkabelungsanforderungen von RS-422/485 ist es nicht auf die Baudraten im Stil der 1980er Jahre beschränkt, die uns in den Sinn kommen, wenn wir allgemein an UART-Schnittstellen denken. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich Sender und Empfänger in unmittelbarer Nähe befinden, da die maximale Datenrate mit zunehmender Kabellänge abnimmt.

Trotz der Fokussierung auf Zuverlässigkeit und Robustheit beträgt die minimale maximale Datenrate (PDF) des MAX14775E 20 Mbps. (Nein, "minimum maximum" ist kein Tippfehler. Die Idee hier ist, dass die maximale Datenrate im schlimmsten Fall 20 Mbps ist.) Sie können schnellere Teile finden; Eine schnelle Digi-Key-Suche zeigt, dass RS-485-Transceiver Geschwindigkeiten von bis zu 100 Mbit / s erreichen. Aber ich denke, 20 Mbps sind ziemlich gut in Anbetracht der anderen Funktionen, die der MAX14775E bietet, und außerdem sind 20 Mbps für viele Anwendungen völlig ausreichend.

Die Zeitbeziehung zwischen dem unsymmetrischen Eingang und dem differentiellen Ausgang.

Eine kleine Komplikation ist, dass wir nicht immer High-Speed ​​wollen. Manchmal machen wir uns mehr Sorgen wegen EMI. Hohe Datenraten erfordern schnelle Übergänge, schnelle Übergänge erfordern steile Kanten und steile Kanten erzeugen mehr EMI.

Daher würden wir in einigen Fällen lieber einen Treiber haben, der die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangssignals absichtlich begrenzt; dies würde die maximale Datenrate reduzieren, aber es würde auch die abgestrahlte EMI reduzieren. Die Leute von Maxim verstehen dieses Problem (zweifellos viel besser als ich) und bieten daher auch den MAX14776E an. Dies ist derselbe Teil, mit der Ausnahme, dass der Ausgang slew-rate-limitiert ist und folglich die minimale maximale Datenrate 500 kbps beträgt.


Haben Sie in letzter Zeit RS-422/485-Systeme entwickelt? Fühlen Sie sich frei, Ihre Erfahrungen oder Komponentenauswahl zu teilen.