1. Tunnista piiri ennen moduulin valintaa

Valmistajan MAX1487–MAX491-tuoteperheen datalehti kattaa useita samankaltaisia piirejä, joiden nopeudet, muutosnopeudet ja kuormitukset eroavat toisistaan. Etusivulla yhdelle tuoteperheen jäsenelle ilmoitettu ominaisuus ei automaattisesti ole MAX485-piirin ominaisuus. Erityisesti MAX485-piirin muutosnopeutta ei ole rajoitettu, eikä siinä ole joidenkin muiden perheen jäsenten tarjoamaa pienivirtaista sammutustilaa.

MAX485-moduulina myytävään piirilevyyn voidaan lisätä riviliittimiä, LED-valoja, biasointivastuksia, päätevastuksia, suojauksia tai automaattinen suunnanohjauspiiri. Nämä ovat piirilevytason valintoja. Hanki kytkentäkaavio ja selvitä asennetun piirin valmistaja ennen kuin pidät yleisluonteista piirilevyn kuvausta sähköisenä erittelynä.

Käytä Chip-seekin MAX485-liitännän IC-tuoteluetteloita tilauskoodien etsimiseen ja kelpuuta sitten täsmällinen osa sen oman datalehden perusteella. RS-485 kuvaa sähköistä liitäntää; osoitteistus, pakettien tarkistukset, uudelleenyritykset ja väylän hallinta kuuluvat protokollalle ja laiteohjelmistolle. RS-232-lähetin-vastaanotin on eri laite, kuten selitetään oppaassa MAX3232 RS-232 -vaihto-opas.

2. MAX485-nastajärjestys: erota logiikka- ja väyläpuolet

Vertailupiirin DIP/SO nastajärjestyksessä mikrokontrolleri liitetään nastoihin RO, DI, DE sekä vastaanottimen aktiivisena matalaan sallintatuloon, jonka merkintä tässä on /RE. Kaapeli liitetään nastoihin A ja B. Tarkista yläpuolelta esitetyn näkymän suunta ennen PCB-piirilevyn johdotuksen suunnittelua tai levyn mittaamista; alapuolelta katsottuna nastojen näennäiset sijainnit ovat peilikuvana.

Kun DE on ylätilassa, ylätilassa oleva DI tekee tässä piirissä A:sta positiivisemman kuin B. Kun vastaanotin on sallittu, A−B-jännitteen ollessa vähintään +200 mV lähtö RO on ylätilassa; jännitteen ollessa enintään −200 mV lähtö RO on alatilassa. Älä päättele tätä polariteettia pelkästään toisen valmistajan A/B-liitinmerkinnöistä: vertaa molempia toimintataulukoita ja laitteen johdotuskäytäntöä.

Nastojen DE ja /RE kytkeminen samaan suuntaohjaussignaaliin on kätevää: alatila valitsee vastaanoton, kun taas ylätila valitsee lähetyksen ja estää paikallisen vastaanottimen. Erilliset ohjaukset mahdollistavat vastaanoton lähetyksen aikana, mutta kaiku ei muodosta täydellistä törmäyksentunnistus- tai väylänkäyttöoikeuden ratkaisujärjestelmää. Kun DE on alatilassa ja /RE ylätilassa, molemmat liitännät ovat estettyinä; tämä tila ei anna MAX485-piirille tuoteperheen pienivirtaisen sammutustilan virrankulutusmääritystä.

3. Tarkista 3.3 V:n logiikka ja yhteismuotoinen jännite erikseen

3.3 V:n mikrokontrolleri voi ohjata MAX485-piirin tuloja DI, DE ja /RE, jos sen taatut lähtötasot täyttävät näiden logiikkasignaalien vastaanottotulojen vaatimukset. Vertailupiirin logiikkatulon ylätilan vähimmäisjännite on 2.0 V ja alatilan enimmäisjännite 0.8 V. Vertaa taattuja raja-arvoja eri lämpötiloissa ja kuormituksilla pelkkien nimellisten käyttöjännitteiden sijaan.

Paluusuunta on tarkistettava erikseen. 5 V:n jännitteellä toimiva MAX485 ei takaa, että RO-jännite olisi turvallinen jokaiselle 3.3 V:n MCU-tulolle. Sen määritetyllä kuormalla ilmoitettu 3.5 V:n ylätilan vähimmäislähtöjännite on alaraja, ei jännitteen rajoitustaso. Tarkista MCU-nastan sallittu tulojännite ja 5 V:n sieto, lisää sopiva tasonmuunnos tai valitse lähetin-vastaanotin, joka on suunniteltu tarvittavalle käyttöjännitteelle ja logiikkaliitännälle.

Määrittele kaapelipuolella VAB = VA − VB ja yhteismuotoinen jännite muodossa VCM = (VA + VB) / 2, mitattuna vastaanottavan solmun maahan nähden. Differentiaalinen signalointi sietää tietyn alueen molemmille johtimille yhteisiä jännitesiirtymiä; se ei tee mielivaltaisista maapotentiaalieroista vaarattomia. Tarkista sekä määritetyt yhteismuotoisen jännitteen käyttöehdot että kunkin nastan absoluuttiset enimmäisraja-arvot.

4. Sijoita päätevastukset runkolinjan fyysisiin päihin

Käytä runkolinjaa, jossa solmuliitännät ovat lyhyitä, pitkistä haaroista muodostuvan tähden sijaan. Kun siirtolinja tarvitsee päättämisen, sovita päätevastus kaapelin ominaisimpedanssiin ja sijoita vastukset molempiin fyysisiin päihin. Protokollan ensimmäisellä ja viimeisellä osoitteella ei ole merkitystä niiden fyysiselle sijainnille.

Opas TI RS-485 -suunnitteluopas selittää topologian, päättämisen ja haarajohtojen rajoitukset. 120 ohmin esimerkki on yleinen, mutta valinnan ratkaisevat kaapelin tekniset tiedot ja asennuksesta tehdyt mittaukset. Pelkkä siirtonopeus ei ratkaise, onko kaapeli sähköisesti lyhyt: myös lähettimen siirtymäaika vaikuttaa, erityisesti piirillä, jonka muutosnopeutta ei ole rajoitettu.

Kaksi 120 ohmin päätevastusta muodostaa 60 ohmin rinnakkaisen tasavirtakuorman jo ennen vastaanottimien ja biasoinnin kuormitusta. Kahdeksan piirilevyä, joissa jokaisessa on käytössä 120 ohmin vastus, muodostavat vain 15 ohmin kuorman. Jälkimmäinen järjestely ei paranna häiriönsietoa, vaan kasvattaa lähettimen kuormaa huomattavasti.

Tarkasta jälkiasennuksessa jokainen päätevastuksen valintajohdin ja kiinteä vastus. Kun laitteisto on tehty turvallisesti jännitteettömäksi ja piirin toiminta tunnetaan, johdinparin välinen resistanssimittaus voi auttaa paljastamaan odottamattomia rinnakkaiskuormia. Kytketyt suojaus- ja biasointiverkot voivat vaikuttaa lukemaan, joten käytä sitä vianhaun havaintona, älä todisteena kaapelin suurtaajuusimpedanssista.

Tarkista sitten aaltomuodot päätysolmuissa ja pisimmässä haarajohdossa yhteismuotoiselle jännitteelle soveltuvalla mittausmenetelmällä. Tarkkaile värähtelyä, kynnysarvojen ylityksiä ja signaalin asettumista ennen vastaanottimen näytteenottohetkeä. IC-piirin vaihtaminen ei korjaa pitkää tähtihaaraa eikä liian suurta hajautettua päätekuormaa.

5. Avoimien tulojen failsafe-toiminto ei takaa väylän lepotilan failsafe-toimintaa

Kun kaikki lähettimet vapauttavat päätetyn väylän, päätevastukset pyrkivät vetämään differentiaalijännitteen kohti nollaa. Tämä on eri tilanne kuin vastaanottimen tulojen jättäminen avoimiksi. Analog Devices erottaa nämä tilanteet nimenomaisesti piirin MAX485 kohdalla: sen avoimille tuloille annettu takuu ei kata oikosuljettua tuloa eikä lepotilassa olevaa väylää, johon on kytketty päätevastukset.

Ulkoinen ylösvetovastus A:ssa ja alasvetovastus B:ssä voivat muodostaa positiivisen lepotilan differentiaalijännitteen tällä nastamäärittelyllä. Asenna tarkoitusta varten suunniteltu biasointiverkko sille määritettyyn paikkaan. Hallitsemattomasti lisätty vastuspari jokaisessa moduulissa muuttaa ekvivalenttiresistanssia, virrankulutusta ja toimintaa solmujen menettäessä käyttöjännitteensä.

Laskelma, joka paljastaa toleranssiongelman

Kun biasointivastukset Rb ovat yhtä suuret ja päätevastuksia on kaksi, kumpikin 120 ohmia, yksinkertaistettu kuorma on Rt = 120 || 120 = 60 ohms. Kun vastaanotinten kuormitus ja kaapelin resistanssi jätetään huomiotta, saadaan VAB = VCC × Rt / (2 × Rb + Rt). Tämä on laskennallinen tasavirtamalli, ei laboratoriomittaus.

Jännitteellä 5.00 V kaksi 680 ohmin biasointivastusta tuottaa noin 211 mV. Tämä on vain noin 11 mV yli korkean tilan +200 mV:n rajan. Käytetään seuraavaksi 4.75 V:n käyttöjännitettä, molemmille biasointivastuksille poikkeamaa +1% ja molemmille päätevastuksille poikkeamaa −1%: Rb on tällöin 686.8 ohmia, Rt on 59.4 ohmia ja differentiaalijännite laskee noin arvoon 197 mV. Jo yksinkertaistettu kytkentä alittaa taatun korkean tilan rajan.

Esimerkin 470 ohmin vastus tuottaa nimellisesti 300 mV, mutta se ei ole yleispätevä vastussuositus. Pienempi biasointiresistanssi lisää kuormitusta, ja täyteen kalustettu väylä voi tehdä kuormittamattoman tilanteen laskelmasta epäpätevän. Sisällytä lopulliseen malliin vastaanotinten tulovirrat koko yhteismuotojännitealueella, vastusten toleranssit, kaapelin resistanssi, suojausten vuotovirrat, jännitteettömät solmut ja vaadittu häiriömarginaali.

TI:n opas käsittelee kuormitusta kattavammin ja sisältää lasketun esimerkin ulkoisesta biasoinnista. Käytä tätä menetelmää todellisella lähetinvastaanotinkokoonpanolla sen sijaan, että kopioisit vastusparin asiaan liittymättömästä moduulista. Vastaanottimen tyypillinen hystereesi ei myöskään korvaa taattua lepotilan differentiaalijännitteen marginaalia.

6. Vapauta lähetinajuri viimeisen stop-bitin jälkeen

Vuorosuuntaisella väylällä vain lähetysvuorossa olevan lähettimen tulee aktivoida ajurinsa. Laiteohjelmiston on aktivoitava DE riittävän ajoissa ensimmäistä aloitusbittiä varten ja vapautettava se viimeisen stop-bitin poistuttua lohkosta UART protokollan suunnanvaihtosääntöjä noudattaen. Lähetyspuskurin tyhjenemisestä tai DMA-siirron valmistumisesta ilmoittava tapahtuma voi tulla ennen kuin viimeinen bitti saavuttaa siirtolinjan.

Kehyksessä 8N1 UART yksi tavu vie kymmenen bittijaksoa. Nopeudella 115,200 bit/s tämä on noin 86.8 mikrosekuntia tavua kohden; kahdeksan yhtäjaksoisesti lähetettyä tavua vie noin 694.4 mikrosekuntia. Nämä ovat sarjamuotoisen lähetyksen kestoja, eivät yleispäteviä lisäviiveitä jokaisen paketin jälkeen.

1. Aseta vastaanotin haluttuun tilaan, aseta signaalin DI lepotaso ja aktivoi DE huomioiden piirin vaatima ajoitusmarginaali.
2. Lähetä koko kehys ja odota ehtoa UART, joka vahvistaa viimeisen stop-bitin valmistumisen.
3. Vapauta DE, huomioi ajurin poiskytkentäaika ja etenemisviiveet sekä ota vastaanotto käyttöön, jos se oli poistettu käytöstä.
4. Anna vastapuolen vastata protokollan väylänhallinta- ja hiljaisuusaikavaatimusten mukaisesti.

Tarkista valmistumislipun merkitys juuri kyseisen MCU-piirin viitekäsikirjasta. Tallenna validoinnin aikana DE, DI, RO ja väylä samanaikaisesti, jotta viimeistä stop-bittiä ja ajurin vapautusta voidaan verrata. Toista mittaus lyhimmällä sallitulla kehysten välisellä ajalla sekä keskeytys- tai DMA-kuormituksen alaisena.

7. Hyväksy korvaava osa toiminnan ja kotelon perusteella

Samanlainen kahdeksannastainen kotelo ei osoita osan korvaavuutta. Vertaa ensin käyttöjännitettä, logiikkakynnyksiä, polariteettia, nastajärjestystä ja tiedonsiirtonopeutta. Vertaa sitten vastaanottimen failsafe-toiminnan ehtoja, yksikkökuormitusta, aktivoinnin ajoitusta, lämpötilaluokkaa ja asennuksen vaatimia suojausluokituksia.

Yllä olevat yksikkökuormaluvut kuvaavat sähköistä kuormitusta eivätkä takaa, että mikä tahansa kaapeli tukisi kyseistä laitemäärää. Biasointi kuluttaa osan kuormitusbudjetista, ja topologia, suojausten kapasitanssi sekä protokollan toiminta asettavat lisärajoituksia. Pidä laitemäärän laskenta erillään verkon suorituskykyä koskevista väitteistä.

Lue loppuliitteet huolellisesti. MAX485ESA ja MAX485EESA noudattavat erilaisia perusosan nimeämiskäytäntöjä; ylimääräinen E ei ole pelkkä kosmeettinen kirjoitusasun muutos. Älä siirrä samankaltaisesti nimetyn tuoteperheen ESD-väitettä alkuperäisen MAX485-piirin spesifikaatioon. Liitä valmistajan täsmällinen datalehti ja tilauskoodi hyväksyttyyn BOM-luetteloon.

Mitä tarjouspyynnön yhteydessä kannattaa pyytää

• Tunnistetiedot: valmistajan täydellinen osanumero, kotelon loppuliite, lämpötilaluokka ja sallitut vaihtoehdot.
• Sopivuus kokoonpanoon: kotelopiirustus, rungon mitat, nastajako, juotosaluekuvio ja pakkausmuoto.
• Jäljitettävyys: valokuvat todellisesta erästä ja etiketeistä, jos saatavilla, päiväys- ja erätiedot sekä niitä tukevat toimitusketjun asiakirjat.
• Validointinäytteet, jotka kattavat suunnitellun käyttöjännitteen, lämpötilan, solmumäärän ja suojausverkon, ennen korvaavan osan hyväksymistä.
• Tarjotun erän vahvistettu määrä ja toimitusehdot; luettelokuva ei osoita varastosaatavuutta, alkuperää eikä sähköistä aitoutta.

Silmämääräinen tarkastus voi paljastaa epäyhtenäisiä merkintöjä tai pakkauksia, mutta se ei yksin osoita sähköistä aitoutta. Säilytä hyväksytyn toimittajan tiedot, tarkastuskriteerit ja toimintatestien tulokset ostotietojen yhteydessä. Jos moduuli vaihdetaan, kirjaa myös vastus- ja suojauskomponenttien kokoonpano, jonka IC-tason BOM jättää pois.

8. Käytännön tarkistuslista väylän hyväksyntään

Testaa koko asennus, älä pelkästään kahta korttia lyhyellä kaapelilla. Kirjaa odotettu lepotilan polariteetti, päätevastusten sijainnit, biasoinnin sijainti, suurin maapotentiaaliero, kaapelityyppi ja sallittu solmukokoonpano ennen tarkistusten suorittamista. Näin korvaavan osan hyväksymispäätös voidaan toistaa samoin perustein.

• Varmista käyttöjännitteen toleranssi ja MCU-logiikkayhteensopivuus molemmissa signaalisuunnissa.
• Varmista päätevastukset väylän fyysisissä päissä ja poista tahattomat päätevastukset väylän sisäosista.
• Mittaa lepotilan differentiaalijännite kaikkien ajurien ollessa poissa käytöstä, myös olennaisilla jännitteettömien solmujen yhdistelmillä.
• Tarkista yhteismuotojänniteolosuhteet ja aaltomuodot kauimmaisissa ja raskaimmin kuormitetuissa solmuissa.
• Tarkkaile ensimmäisen bitin lähetystä, viimeisen stop-bitin valmistumista ja vastapuolen aikaisinta sallittua vastausta.
• Toista testi ehdotetulla vaihtoehdolla; säilytä mittaustallenteet, vastusarvot ja testatun osan tarkka tilauskoodi.

Luokittele viat ennen osien vaihtamista. Epävakaa RO lepotilassa edellyttää erilaista selvitystä kuin kesken katkeava viimeinen tavu, kun taas maadoitukseen liittyvät viat vaativat muutakin kuin A:n ja B:n vaihtamista keskenään. Dokumentoitu vertailutaso auttaa hankintaa erottamaan kelpuutetun korvaavan osan sellaisesta, joka toimii vain yhdessä esittelyssä.

9. MAX485: usein kysytyt kysymykset

Voiko MAX485 toimia suoraan 3.3 V:n käyttöjännitteellä?

Ei vertailukomponentille määritellyn käyttöjännitealueen puitteissa. Se vaatii 4.75–5.25 V:n käyttöjännitteen. 3.3 V:n MCU voidaan silti liittää siihen asianmukaisesti tarkistetun logiikkaliitännän kautta, mutta tämä ei tee 3.3 V:n käyttöjännitteestä kelvollista itse lähetin-vastaanottimelle.

Tarvitseeko jokainen MAX485-kortti 120 ohmin vastuksen?

Ei. Päätevastukset kuuluvat kaapelin fyysisiin päihin silloin, kun kaapeli ja signaalin reunanopeus niitä edellyttävät. Välisolmuihin ei yleensä lisätä rinnakkaista päätevastusta, ja vastusarvon tulee vastata kaapelia yleisen moduulikäytännön sijaan.

Riittävätkö 680 ohmin biasointivastukset aina?

Eivät. Kun käytössä on kaksi 120 ohmin päätevastusta, yksinkertaistettu nimellistulos on vain noin 211 mV käyttöjännitteen ollessa 5 V. Mainitulla 4.75 V:n käyttöjännitteellä ja vastusten 1 %:n toleranssien epäedullisimmalla yhdistelmällä tulos laskee noin 197 mV:iin jo ennen lisäkuormitusta, joten kattava pahimman tapauksen laskelma on välttämätön.

Takaako MAX485 vastaanottimen lähdön korkean tason aina, kun kukaan ei lähetä?

Ei. Sen dokumentoitu avoimien tulojen vikasietotoiminto ei takaa päätevastuksilla päätetyn väylän lepotilan toimintaa. Suunnittele riittävä ulkoinen differentiaalinen biasointi tai valitse lähetin-vastaanotin, jonka toiminta tarvittavissa lepo- ja vikatilanteissa on nimenomaisesti määritelty.

Voiko MAX487 korvata komponentin MAX485 ilman laiteohjelmiston muutoksia?

Vasta kelpuutuksen jälkeen; se ei ole kaikissa tapauksissa nopeuden suhteen yhteensopiva korvaaja. Komponentin MAX487 enimmäisnopeus 250 kbps eroaa komponentin MAX485 nimellisnopeudesta 2.5 Mbps, ja myös sen muutosnopeuden rajoitus ja kuormitus eroavat. Tarkista sovelluksen todellinen nopeus ja ajoitus ennen hyväksyntää.

Pitäisikö signaalin DE siirtyä matalalle tasolle heti, kun UART-datarekisteri on tyhjä?

Ei, ellei kyseinen tapahtuma myös takaa viimeisen pysäytysbitin lähetyksen päättymistä valitussa MCU-yksikössä. Käytä dokumentoitua lähetyksen valmistumisehtoa ja huomioi lähetin-vastaanottimen sekä protokollan ajoitukset. Lähettimen poistaminen käytöstä liian aikaisin voi katkaista viimeisen tavun.

10. Ensisijaiset tekniset lähteet

• Analog Devices/Maxim -tuoteperheen datalehti: sähköiset raja-arvot, nastajärjestykset, toimintataulukot ja komponenttien erot.
• Analog Devicesin MAX485-vikasietotoiminnon selvennys: avoimet ja oikosuljetut tulot sekä päätevastuksilla päätetyn väylän tulot lepotilassa.
• TI, RS-485-suunnitteluopas, SLLA272D: topologia, päättäminen, ulkoinen biasointi ja yksikkökuormitus.
• Analog Devicesin kapean SOIC-kotelon mittapiirros: kyseisen tilausvaihtoehdon mekaaniset tarkistukset.