RS485-Netzwerk-Erdungsstift - wann wird eine Verbindung hergestellt?

Wie viele wissen, kann man eine einfache Kommunikation von Knoten zu Knoten (rs485) implementieren, indem nur zwei Drähte (A und B) verwendet werden.

aus Wikipedia:

Zusätzlich zu den Anschlüssen A und B gibt der EIA-Standard auch einen dritten Verbindungspunkt mit der Bezeichnung C an, der die gemeinsame Signalreferenzmasse ist.

Ich bin auf Dutzende von Artikeln gestoßen, die über diesen dritten Zusammenhang sprechen, das Konzept aber immer noch nicht verstehen.

1. Warum kann der Empfänger nicht einfach als Voltmeter fungieren? Messung der Spannung zwischen A und B?
2. Wenn beide Knoten batteriebetrieben sind (unterschiedliche Batterie für jeden Knoten), hat die Masseverbindung einen Unterschied?
3. Warum ist es besser, wenn (Außen-) Knoten bei langen Kabeln geerdet werden?
4. Wie ist diese Erdungsverbindung zum Schutz vor Transienten geeignet?

Anmerkung: Ich behaupte nicht, die wissenschaftlichste Antwort zu haben, aber ich werde versuchen, die Dinge so zu erklären, wie ich sie verstehe.

1. Ich weiß nicht, ob das Voltmeter-Argument zu 100% gültig ist, da es sich um ein Gerät mit niedriger Geschwindigkeit handelt. Ein geeigneteres Beispiel wäre das batteriebetriebene Oszilloskop oder ein Differentialoszilloskop-Tastkopf.

2. Denken Sie an die Definition der Spannung, die eine Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten darstellt. Die Signale A und B unterscheiden sich durch die elektrischen Komponenten im Verstärker (hauptsächlich Transistoren), die alle absolute Maximalwerte zwischen Basis und Kollektor / Emitter aufweisen. Dies wird als maximale Gleichtakt-Eingangsspannung des Differenzverstärkers bezeichnet Boden. Daher sind die Spannungen A und B bedeutungslos, ohne anzugeben, worauf sie sich beziehen. Wenn zum Beispiel der Unterschied zwischen A und B 2,5 V beträgt, diese Spannung jedoch 20 V über die Verstärkerversorgung des Empfängers verschoben ist, würde der Verstärker dann (2,5 oder 22,5) sehen?

3. 4: Die Außenkabel für große Entfernungen sind anfälliger für Rauschen oder elektrostatische Entladungen oder für jede andere Lade- oder Stromquelle, die in den Bus eindringen kann (mit spezifischer Impedanz und Gleichstromwiderstand). Wenn also die Lade- / Strommenge hoch genug ist, multipliziert mit dem höheren Widerstand (von langem Kabel) würde eine größere Spannungsspitze am Empfänger verursachen, die Schäden verursachen kann. Erdung in dieser Situation kann verwendet werden, um den Pfad für die auf den Schild auftreffenden Stacheln bereitzustellen, und kann als stabile Erdungsreferenz verwendet werden.

Ob die RS485-Empfängerschaltung so geändert werden kann, dass sie potentialfrei ist und vollständig wie das Voltmeter / Oszilloskop funktioniert, kann durchaus durch Hinzufügen zusätzlicher Komponenten, Isolationsschaltungen usw. erfolgen, jedoch mit zusätzlichen Kosten, Komplexität und Größe, die alle über die Möglichkeiten hinausgehen von einem kleinen IC wie dem MAX485.

Es ist ein Mythos, dass Sie RS485-Schnittstellen zum Laufen bringen können, ohne dass das gemeinsame Erdungskabel (C) zwischen den verschiedenen Geräten am Bus angeschlossen ist. Der Empfänger kann das relative Potential zwischen den Signalen A und B nur messen, wenn die Gleichtaktspannung der Eingänge A und B zwischen -7 V und +12 V der GND-Referenz des Empfängers liegt.

Die Vorstellung, dass beide Seiten des Interfaces mit Batterien betrieben werden könnten, ist ebenfalls ein Mythos. Es kommt alles auf die Gleichtaktspannung zwischen der Sendermasse und der Empfängermasse an. Die dritte Drahtverbindung hält die Gleichtaktspannung unter Kontrolle. Ohne eine übermäßige Beeinflussung der Einheit oder des Busses zwischen den beiden kann die Gleichtaktspannung außerhalb des Bereichs von -7 V bis +12 V liegen. Dieser Einfluss könnte auf die Kopplung mit anderen Systemen über EMI zurückzuführen sein. Es kann auch üblich sein, dies als Wechselstromschwankung zu sehen, die der Netzfrequenz folgt.

Sie haben Recht, dass ein reiner Empfänger nur die Differenz zwischen den beiden Signalleitungen messen kann. Jedes Mittel, um dies zu tun, hat jedoch einen Gleichtaktbereich , in dem die einzelnen Signale bleiben müssen. Die Spezifikation gibt den Gleichtaktbereich an, den Knoten tolerieren müssen.

Ohne ein drittes Referenzkabel gibt es keine Möglichkeit, diese Gleichtaktspannung zu definieren, und dann gibt es keine Möglichkeit, einen Empfänger herzustellen, dessen Kompatibilität garantiert ist.

Auch wenn Ihr Receiver so konfiguriert wurde, dass die Datenleitungen z. B. Optokoppler ansteuerten, haben Sie immer noch eine Gleichtaktspannungsbegrenzung. Es mag ein paar tausend Volt statt ein paar Volt sein, aber es wird immer eine Gleichtaktspannung geben, ab der der Empfänger nicht mehr funktioniert.

Bisher ging es nur darum, das RS-485-Signal zu empfangen. Das Ansteuern der RS-485-Signale ist wesentlich begrenzender. Die Datensignale sind als 0-5 V nominal in Bezug auf die Erdungsleitung spezifiziert. Ohne Erdungskabel können Sie dies nicht sicherstellen. Die Schaltung, die die beiden Signale ansteuert, wird auf etwas bezogen. Dazu muss etwas mit den anderen Sendern und Empfängern am Bus verbunden werden.

Punkt C ist ein Rückweg für den Strom an A und B. Dadurch kann der Strom zur Quelle zurückkehren, um die Schaltung zu vervollständigen.