MAX3485: трансивер шины RS485/RS422 Печать
Добавил(а) microsin   

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).

MAX3485E pin configuration fig01

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):

Параметр
 Символ Условия тестирования min Typ MAX Ед.
Дифференциальное выходное напряжение (без нагрузки) VOD1     3.3   V
Дифференциальное выходное напряжение VOD2 Рис. 2, RL = 54 Ω 1.5   VCC
Рис. 2, RL = 100 Ω 2   VCC
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]

MAX3485E Driver DC test load fig02

Рис. 2. Тестирование нагрузки драйвера по постоянному току (DC).

MAX3485E Driver differential output delay and transition times fig03

Рис. 3. Интервалы дифференциальной задержки драйвера и изменения уровней.

Примечание: CL включает емкость измерительного пробника и паразитную емкость.

MAX3485E Driver propagation times fig04

Рис. 4. Времена распространения сигнала драйвера.

MAX3485E Driver enable and disable times fig05

Рис. 5. Времена разрешения и запрета драйвера.

MAX3485E Driver enable and disable times fig06

Рис. 6. Времена разрешения и запрета драйвера.

MAX3485E Receiver propagation delay fig07

Рис. 7. Времена распространения сигнала приемника.

MAX3485E Receiver enable and disable times fig08

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.

MAX3485E Bus type RS485 half duplex communication network fig09

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.

MAX3485E Hand in hand type RS485 half duplex communication network fig10

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.

MAX3485E Port protection scheme fig11

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.

[Ссылки]

1. MAX3485 12Mbps half-duplex, RS485/RS422 transceiver site:chipdip.ru.