Микросхема MAX3485 это полудуплексный трансивер RS-485 с питанием от 3.3V и низким энергопотреблением, полностью удовлетворяющий стандарту TIA/EIA-485.
MAX3485 включает в себя драйвер и приемник, которые оба можно независимо друг от друга разрешить и запретить. Когда они оба запрещены, выходы драйвера и приемника находятся в состоянии высокого сопротивления. MAX3485 дает нагрузку 1/8, что позволяет подключать к одной и той же шине связи до 256 приёмопередатчиков MAX3485. Возможна безошибочная передача данных со скоростью до 12 Мбит/с.
MAX3485E работает в диапазоне напряжений от 3,0 до 3,6 В и обладает функциями защиты от отказа (fail-safe), защиты от перегрева, защиты от превышения тока, защиты от перенапряжения и другими функциями.
Основные функциональные особенности:
• Напряжение питания 3.3V, полудуплекс (half-duplex). • 1/8 нагрузки на шину позволяет одновременно подключить к шине до 256 устройств. • Выход драйвера оборудован защитой от короткого замыкания. • Функция защиты от перегрева. • Функция выключения (shutdown) с пониженным энергопотреблением. • Функция защиты приёмника при разомкнутой входной цепи. • Высокая помехоустойчивость. • Встроенная функция защиты от импульсных перенапряжений. • Скорость передачи до 12Mbps в условиях электрического шума.
RS-485 и RS-422 — это стандарты последовательной передачи данных, которые часто путают, поскольку они используют одинаковый дифференциальный сигнал и схожие электрические параметры. Однако ключевое отличие кроется в топологии сети и способности передатчиков управлять шиной.
Главное различие между RS-422 и RS-485 заключается в количестве передатчиков, которые могут одновременно находиться на одной линии.
RS-422 — это стандарт «точка-многоточка». Он предполагает только один передатчик (ведущее устройство) и до 10 приемников (ведомых). Передатчик RS-422 всегда активен и не может быть отключен от линии («не может отказаться от управления шиной»). Это делает невозможным объединение нескольких передатчиков на одной паре проводов, так как они будут «бороться» за линию.
RS-485 — это стандарт многоточечной шины (multipoint). Он позволяет подключать к одной витой паре до 32 передатчиков и 32 приемников (или 32 трансивера, каждый из которых может быть и тем, и другим). Чтобы это было возможно, передатчики RS-485 используют трехпозиционную логику (tri-state). Они могут отключаться от шины, переходя в высокоимпедансное состояние, когда не передают данные.
Сравнительная таблица характеристик:
Параметр
RS-422
RS-485
Режим работы
Дифференциальный, симплексный (однонаправленный) или полный дуплекс (4 провода)
Дифференциальный, полудуплексный (2 провода) или полный дуплекс (4 провода)
Количество передатчиков
1
До 32
Количество приемников
До 10 (часто указывают до 10 или 32 в зависимости от входного сопротивления приемников)
До 32 (с возможностью расширения)
Топология
Точка-многоточка
Многоточечная шина
Управление передатчиком
Всегда включен
Трехпозиционный выход (вкл/выкл/высокий импеданс)
Макс. длина кабеля
1200 м (4000 футов)
1200 м (4000 футов)
Макс. скорость
10 Мбит/с
10 Мбит/с
Сопротивление нагрузки
100 Ом (мин.)
54 Ом (мин.)
Выходной ток КЗ
150 мА
250 мА
Диапазон синфазного напряжения приемника
-7V .. +7V
-7V .. +12V
Входное сопротивление приемника
4 кОм (мин.)
12 кОм (мин.)
[Электрические нюансы и совместимость]
Хотя оба стандарта используют дифференциальную передачу, их электрические параметры немного различаются, что важно для совместимости:
1. Диапазон синфазного напряжения: У RS-485 он шире (-7V .. +12V) по сравнению с RS-422 (-7V .. +7V). Это позволяет устройствам RS-485 работать в условиях большего «сдвига земли» между узлами, что характерно для длинных промышленных сетей.
2. Входное сопротивление: минимальное входное сопротивление приемника RS-485 выше (12 кОм против 4 кОм у RS-422). Именно это позволяет подключать к одной шине больше устройств, так как каждый приемник создает меньшую нагрузку на линию.
3. Совместимость: поскольку RS-485 удовлетворяет всем спецификациям RS-422 (и даже превосходит их по ряду параметров), драйверы RS-485 можно использовать в системах RS-422. Обратное неверно: драйверы RS-422 не подходят для многоточечных сетей RS-485, так как не могут отключаться от шины.
При выборе между этими интерфейсами нужно ответить на один вопрос: сколько устройств в вашей сети должны иметь возможность передавать данные?
- Если у вас есть один ведущий контроллер, который только отправляет команды множеству исполнительных устройств (и, возможно, получает от них ответы по отдельной паре), достаточно RS-422. Это простая и надежная схема. - Если вам нужно объединить в сеть несколько равноправных устройств (или несколько контроллеров) на одной паре проводов, где каждое может передавать данные по очереди, необходим RS-485. Это стандарт де-факто для промышленных сетей (например, Modbus RTU).
Рис. 1. Конфигурация выводов MAX3485E.
Предельные значения
Параметр
Символ
Значение
Ед.
Напряжение питания
VCC
+7
V
Напряжение на выводах интерфейса управления
/RE, DE, DI
-0.3 .. +7
Входное напряжение на стороне шины
A, B
-7 .. +13
Выходное напряжение приемника
RO
-0.3 .. +7
Рабочий диапазон температур
-40 .. +85
°C
Диапазон температур хранения
-60 .. +150
Температура пайки
+300
Непрерывная рассеиваемая мощность (в зависимости от типа корпуса)
SOP8
400
мВт
MSOP8, 8μMAX, VSSOP8
830
DIP8
700
Превышение значений этих параметров может необратимо повредить устройство, и эти условия не способствует его нормальной работе. Непрерывная работа при максимально допустимой мощности может повлиять на надежность устройства. Точкой отсчета всех напряжений является земля.
Функции выводов
№
Имя
Функция
1
RO
Выход приемника (Receiver Output). Когда на /RE низкий уровень: если A-B ≧ 200mV, то RO = high; если A-B ≦ -200mV, то RO = low.
2
/RE
Управление разрешением работы выхода приемника (Receiver Enable). Когда на /RE низкий уровень, выход приемника RO разрешен. Когда на /RE высокий уровень, то выход приемника запрещен, RO находится в состоянии высокого сопротивления(*).
3
DE
Управление разрешением выхода драйвера (Driver Enable). Когда на DE высокий уровень, выход драйвера работает; когда на DE низкий уровень, выход драйвера находится в состоянии высокого сопротивления(*).
4
DI
Вход драйвера (Driver Input). Когда на DE высокий уровень, низкий уровень на DI переводит не инвертирующий выход драйвера (output A) в состояние low, а инвертирующий выход драйвера (output B) в состояние high; и наоборот, высокий уровень на DI переводит не output A в состояние high, а output B в состояние low.
5
GND
Земля, общий провод.
6
A
Не инвертирующий вход приемника и не инвертирующий выход драйвера.
7
B
Инвертирующий вход приемника и инвертирующий выход драйвера.
8
VCC
Напряжение питания.
Примечание (*): когда на /RE высокий уровень и на DE низкий уровень, устройство входит в режим низкого энергопотребления (low power consumption mode). Если не требуется вход в режим shutdown, то на практике часто выводы /RE и DE соединяют друг с другом, в результате получается один сигнал управления для переключения между режимами приема (когда на этом объединенном входе лог. 0) и передачи (когда на этом объединенном входе лог. 1).
Электрические характеристики драйвера (если не указано что-то иное, то VCC = 3.3V±10%, Temp = TMIN .. TMAX, типовое значение VCC = +3.3V, Temp ＝ 25°C):
Изменение в амплитуде дифференциального выходного напряжения(1)
∆VOD
Рис. 2, RL = 54 Ω
0.2
Синфазное выходное напряжение
VOC
3
Изменение в амплитуде синфазного выходного напряжения(1)
∆VOC
0.2
Входное напряжение лог. 1
VIH
DE, DI, /RE
2.0
Входное напряжение лог. 0
VIL
0.8
Ток сигнала логики на входе
IIN1
-2
2
мкА
Ток КЗ на выходе, КЗ на высокий уровень
IOSD1
КЗ на 0V .. 12V
250
мА
Ток КЗ на выходе, КЗ на низкий уровень
IOSD2
КЗ на -7V .. 0V
-250
Порог выключения при перегреве
140
°C
Гистерезис выключения при перегреве
20
Примечание (1): ∆VOD и ∆VOC — это изменения амплитуды VOD и VOC, вызванные изменением состояния DI входного сигнала.
Электрические характеристики приемника (если не указано нечто иное, то VCC = 3.3V±10%, Temp = TMIN .. TMAX, типовое значение VCC = +3.3V, Temp ＝ 25°C):
Параметр
Символ
Условия тестирования
min
Typ
MAX
Ед.
Входной ток (A, B)
IIN2
DE = 0V, VCC = 0V или 3.3V, VIN = 12V
125
мкА
DE = 0V, VCC = 0V или 3.3V, VIN = -7V
-100
Пороговое напряжение переключения при положительном фронте (или порог срабатывания при нарастающем сигнале).
VIT+
-7V ≦ VCM ≦ 12V
+200
mV
Пороговое напряжение переключения при отрицательном фронте (или порог срабатывания при спадающем сигнале).
VIT-
-200
Напряжение гистерезиса
Vhys
10
30
Выходное напряжение высокого уровня
VOH
IOUT = −2.5mA, VID = +200 mV
VCC-1.5
V
Выходное напряжение низкого уровня
VOL
IOUT = +2.5mA, VID = -200 mV
0.4
Ток утечки в высокоимпедансном (третьем) состоянии.
IOZR
0.4V < VO < 2.4V
±1
мкА
Входное сопротивление приемника
RIN
-7V ≦ VCM ≦ 12V
96
кОм
КЗ на выходе приемника
IOSR
0V ≤ VO ≤ VCC
±8
±60
мА
Ток потребления:
Параметр
Символ
Условия тестирования
min
Typ
MAX
Ед.
Потребляемый ток
ICC1
/RE = 0V, DE = 0V
520
800
мкА
ICC2
/RE = VCC, DE = VCC
540
700
Параметры времени драйвера:
Параметр
Символ
Условия тестирования
min
Typ
MAX
Ед.
Задержка дифференциального выхода
tDD
RDIFF = 60 Ω, CL1 = CL2 =100 пФ (см. рис. 3 и 4)
10
35
нс
Время переключения дифференциального выходного сигнала
tTD
12
25
Время распространения сигнала от лог. 0 к лог. 1
tPLH
RDIFF = 27 Ω (см. рис. 3 и 4)
8
35
Время распространения сигнала от лог. 1 к лог. 0
tPHL
8
35
|tPLH - tPHL|
tPDS
1
8
Задержка включения драйвера до установления высокого уровня на выходе
tPZH
RL = 110Ω (см. рис. 5 и 6)
20
90
Задержка включения драйвера до установления низкого уровня на выходе
tPZL
20
90
Время выключения драйвера из состояния лог. 0
tPLZ
20
80
Время выключения драйвера из состояния лог. 1
tPHZ
20
80
Время включения драйвера из режима отключения (shutdown) до установления лог. 1 на дифференциальном выходе
tDSH
500
900
Время включения драйвера из режима отключения (shutdown) до установления лог. 0 на дифференциальном выходе
tDSL
500
900
Параметры времени приемника:
Параметр
Символ
Условия тестирования
min
Typ
MAX
Ед.
Задержка от входа до выхода (при переходе от низкого уровня к высокому)
tRPLH
CL =15 пФ (см. рис. 7 и 8)
80
150
нс
Задержка от входа до выхода (при переходе от высокого уровня к низкому)
tRPHL
80
150
|tRPLH - tRPHL|
tRPDS
7
10
Время включения приёмника до установления низкого уровня на выходе
tRPZL
20
50
Время включения приёмника до установления высокого уровня на выходе
tRPZH
20
50
Время выключения приёмника из состояния лог. 0
tPRLZ
20
45
Время выключения приёмника из состояния лог. 1
tPRHZ
20
45
Время включения приёмника из режима отключения (shutdown) до установления лог. 1 на выходе RO
tRPSH
200
1400
Время включения приёмника из режима отключения (shutdown) до установления лог. 0 на выходе RO
tRPSL
200
1400
Время выключения2
tSHDN
80
300
Примечание (2): устройство переводится в shutdown подачей на /RE high и на DE low. Если входы разрешения находятся в этом состоянии менее 80 нс, то устройство гарантированно не войдет в shutdown. Если входы разрешения находятся в этом состоянии не менее 300 нс, то устройство гарантированно войдет в shutdown.
Функциональная таблица драйвера:
Управление
Вход
Выход
/RE
DE
DI
A
B
X
1
1
H
L
X
1
0
L
H
0
0
X
Z
Z
1
0
X
Z (shutdown)
X: не имеет значения; Z: высокое сопротивление
Функциональная таблица приемника:
Управление
Вход
Выход
/RE
DE
A-B
RO
0
X
≥ 200mV
H
0
X
≤ -200mV
L
0
X
Обрыв/КЗ линии
H
1
X
X
Z
X: не имеет значения; Z: высокое сопротивление
[Схемы тестирования]
Рис. 2. Тестирование нагрузки драйвера по постоянному току (DC).
Рис. 3. Интервалы дифференциальной задержки драйвера и изменения уровней.
Примечание: CL включает емкость измерительного пробника и паразитную емкость.
Рис. 4. Времена распространения сигнала драйвера.
Рис. 5. Времена разрешения и запрета драйвера.
Рис. 6. Времена разрешения и запрета драйвера.
Рис. 7. Времена распространения сигнала приемника.
Рис. 8. Времена разрешения и запрета приемника.
[Общее функциональное описание MAX3485E]
MAX3485E это полудуплексный высокоскоростной трансивер RS-485/RS-422, включающий один драйвер и один приемник. MAX3485E обладает функциями защиты от отказа (fail-safe), защиты от перенапряжения, защиты от превышения тока. MAX3485E позволяет осуществить безошибочный обмен данными на скоростях до 12Mbps.
256 трансиверов на шине. Обычный стандартный приёмник RS-485 имеет входное сопротивление 12 кОм (1 единица нагрузки), и стандартный драйвер может управлять до 32 единичными нагрузками. Приёмник трансивера MAX3485E имеет входное сопротивление 1/8 единичной нагрузки (96 кОм), что позволяет подключать параллельно к одной шине до 256 трансиверов. Эти устройства можно комбинировать произвольным образом или объединять с другими трансиверами RS-485 при условии, что суммарная нагрузка не превышает 32 единицы.
Защита выхода драйвера. Для предотвращения неисправностей или коллизий на шине, которые вызывают чрезмерный выходной ток и чрезмерное энергопотребление, используются два механизма. Во-первых, это защита от превышения тока, которая обеспечивает быстродействующую защиту от короткого замыкания во всём диапазоне синфазного напряжения (см. типовые рабочие характеристики). Во-вторых, схема термального отключения принудительно переводит выход драйвера в высокоимпедансное состояние, когда температура кристалла превышает 140°C.
Шина multi-point. RS485-трансивер MAX3485E разработан для двунаправленного обмена данными через сигналы многоточечной шины (multi-point bus). На рис. 9 показана схема применения в типовой сети. Микросхемы MAX3485E могут также использоваться в качестве линейных репитеров с кабелями длиннее 4000 футов (≈ 1219 метров). Для уменьшения отражений сигнала необходимо выполнять терминальное согласование на обоих концах магистральной линии передачи в соответствии с её волновым сопротивлением, а длина проводов ответвления, отходящих от магистральной линии, должна быть как можно короче.
Рис. 9. Шина RS485 с ответвлениями (multi-point) для организации полудуплексной сети обмена данными.
Последовательное соединение (соединение «цепочкой»). Эта топология также известна как "гирлянда" (daisy chain, или hand-in-hand). Она является стандартом и нормой прокладки шины RS-485, и её рекомендуют такие организации, как TIA. Способ подключения заключается в том, что ведущее управляющее устройство и несколько ведомых устройств образуют последовательное соединение, как показано на рис. 10; при последовательном соединении ответвления отсутствуют. Этот способ прокладки обладает преимуществами малого отражения сигнала и высокой вероятности успешной связи.
Рис. 10. Шина RS485 типа hand-in-hand для организации полудуплексной сети обмена данными.
Защита портов шины. В жёстких условиях эксплуатации порты связи RS-485 обычно защищают от статического электричества, молний и импульсных перенапряжений и т. п., а иногда даже необходимо предотвращать попадание питания 380 В, чтобы избежать повреждения умных счётчиков и промышленных управляющих контроллеров. На рис. 11 показаны 3 распространённые схемы защиты портов шины RS-485. Первая схема заключается в подключении TVS-прибора (TVS это аббревиатура от Transient Voltage Suppressor) к защитному заземлению параллельно портам A и B, TVS-прибора параллельно портам A и B, термистора последовательно с портами A и B и газоразрядной трубки, подключённой к защитному заземлению, что образует трёхуровневую схему защиты. Вторая схема — это трёхуровневая схема защиты, включающая TVS, подключённый к земле параллельно портам A и B, термистор, включённый последовательно, и варистор, включённый параллельно портам A и B. Третья включает в себя понижающие резисторы, подключённые к источнику питания и земле соответственно для портов A и B, TVS между портами A и B и термистор, подключённый к порту A или B.
Рис. 11. Варианты схем защиты.
[Варианты корпусов MAX3485]
Микросхемы семейства MAX3485 выпускаются в двух основных типах корпусов для монтажа: 8-выводный SOIC (SOIC8) и 8-выводный PDIP (DIP8).
8-выводной SOIC (Small-Outline IC). Это наиболее распространённый вариант, предназначенный для поверхностного монтажа. Ширина корпуса составляет 0.150 дюйма (3.90 мм).
8-выводной PDIP (Plastic Dual In-line Package). Корпус для сквозного монтажа (через отверстия в плате). Он также имеет 8 выводов и стандартную ширину 0.300 дюйма (7.62 мм).
Важно учитывать, что конкретный вариант корпуса зависит от версии микросхемы (например, MAX3485, MAX3485E или MAX3485AE). В то время как 8-выводной SOIC доступен практически для всех версий, корпус PDIP может быть доступен не для всех модификаций или считаться устаревшим.
При заказе следует ориентироваться на полный артикул (Part Number), например, `MAX3485ECSA+` (SOIC) или `MAX3485ECPA+` (PDIP), где последние буквы указывают на тип корпуса.
