Pin ground jaringan RS485 - kapan harus terhubung?

Seperti banyak yang tahu, seseorang dapat mengimplementasikan komunikasi simpul ke simpul rs485 sederhana dengan hanya menggunakan dua kabel, A dan B. Nah, standar menentukan untuk menghubungkan ground dari kedua node secara bersamaan.

dari Wikipedia:

Selain koneksi A dan B, standar EIA juga menentukan titik interkoneksi ketiga yang disebut C, yang merupakan landasan referensi sinyal umum.

Saya menemukan puluhan artikel yang berbicara tentang koneksi ketiga ini tetapi masih tidak dapat memahami konsepnya.

1. Mengapa penerima tidak bisa hanya bertindak sebagai voltmeter sederhana? mengukur tegangan antara A dan B?
2. Jika kedua node dioperasikan dengan baterai (baterai berbeda untuk setiap node) apakah koneksi ground membuat perbedaan?
3. Mengapa node (luar) lebih baik dibumikan bila kabelnya panjang?
4. Bagaimana koneksi ground ini baik untuk perlindungan dari transient?

Catatan: Saya tidak mengklaim memiliki jawaban paling ilmiah tetapi saya akan mencoba menjelaskan hal-hal seperti yang saya pahami.

1. Saya tidak tahu apakah argumen Voltmeter 100% valid, karena merupakan perangkat kecepatan rendah, contoh yang lebih tepat adalah osiloskop yang dioperasikan dengan Baterai, atau probe osiloskop diferensial.

2. Ingat definisi Voltage yang merupakan perbedaan potensial antara 2 titik. Sinyal A dan B dibedakan oleh komponen listrik di dalam Amplifier (terutama transistor) yang semuanya memiliki peringkat maksimum absolut antara basis dan kolektor / emitornya. Ini disebut sebagai penguat diferensial maksimum Mode Input Tegangan maksimum berkenaan dengan miliknya sendiri. tanah. Oleh karena itu tegangan A dan B tidak ada artinya tanpa menentukan apa yang dirujuk. Sebagai contoh jika perbedaan antara A dan B adalah 2.5v tetapi tegangan ini adalah 20v bergeser di atas pasokan amplifier penerima, apakah penguat akan melihat (2.5 atau 22.5)?

3. 4: Kabel outdoor jarak jauh lebih rentan terhadap kebisingan atau ESD atau sumber muatan atau arus apa pun yang dapat memasuki bus (yang memiliki impedansi khusus dan resistansi DC) sehingga jika jumlah muatan / arus cukup tinggi dikalikan dengan resistansi yang lebih tinggi (Kabel panjang) akan menyebabkan lonjakan tegangan yang lebih besar pada penerima yang dapat menyebabkan kerusakan. Pembumian dalam situasi ini dapat digunakan untuk menyediakan jalur bagi paku yang mengenai perisai, dan dapat digunakan sebagai referensi tanah yang stabil.

Apakah rangkaian penerima RS485 dapat diubah menjadi mengambang dan sepenuhnya mampu bertindak seperti voltmeter / Oscilloscope mungkin sepenuhnya dimungkinkan dengan menambahkan komponen tambahan, sirkuit isolasi, dll. Tetapi dengan biaya tambahan, kompleksitas dan ukuran yang semuanya di luar kemampuan dari IC kecil seperti MAX485.

Ini adalah mitos bahwa Anda dapat membuat antarmuka RS485 berfungsi tanpa kabel ground Common (C) yang terhubung antara berbagai perangkat di dalam bus. Penerima hanya mampu mengukur potensi relatif antara sinyal A dan B ketika tegangan mode umum dari input A dan B disimpan dalam -7V hingga +12 V dari referensi GND penerima.

Gagasan bahwa kedua sisi antarmuka dioperasikan dengan baterai akan membuat perbedaan juga merupakan mitos. Semuanya bermuara pada tegangan mode umum antara pemancar GND dan penerima GND. Sambungan kabel ketiga menjaga tegangan mode umum tetap terkendali. Tanpanya, pengaruh yang tidak semestinya pada salah satu unit atau bus antara keduanya dapat menyebabkan tegangan mode umum keluar dari -7V ke + 12V. Pengaruh ini bisa disebabkan oleh pemasangan ke sistem lain melalui EMI. Juga umum untuk melihat ini muncul sebagai variasi AC yang mengikuti frekuensi saluran listrik.

Anda benar bahwa penerima murni hanya bisa mengukur perbedaan antara dua garis sinyal. Namun, segala cara untuk melakukan itu akan memiliki beberapa rentang mode umum yang harus tetap di dalam sinyal individu. Spec memberikan rentang mode umum yang harus dapat ditoleransi oleh node.

Tanpa kabel referensi ketiga, tidak ada cara untuk menentukan tegangan mode umum ini, dan kemudian tidak akan ada cara untuk membuat penerima yang dijamin sesuai.

Sekalipun penerima Anda telah diatur sehingga jalur data melaju opto-isolator, misalnya, Anda masih memiliki batasan tegangan mode umum. Mungkin beberapa ribu volt bukan beberapa volt, tetapi akan selalu ada beberapa tegangan mode umum di luar yang tidak akan berfungsi penerima lagi.

Sejauh ini hanya tentang menerima sinyal RS-485. Mengemudi sinyal RS-485 jauh lebih membatasi. Sinyal data ditetapkan sebagai 0-5 V nominal sehubungan dengan kabel arde. Tanpa kabel ground, Anda tidak memiliki cara untuk memastikan itu. Rangkaian yang menggerakkan kedua sinyal akan dirujuk ke sesuatu. Sesuatu itu perlu dihubungkan ke pemancar dan penerima lain di bus.

Berdasarkan jawaban lain, saya akan menawarkan ini sebagai contoh. Harap diingat bahwa jawaban ini mengikuti pepatah lama "kadang-kadang sedikit ketidaktepatan menghemat banyak penjelasan".

Katakanlah Anda memiliki dua perangkat RS485 yang diisolasi secara listrik. Anda menghubungkan garis A dan B seperti biasa. Namun karena kapasitansi liar dan voodoo teknik listrik lainnya, salah satu perangkat melayang pada 3000 volt lebih tinggi dari yang lain.

Tidak ada masalah, kan? Penerima hanya melihat garis A dan B datang pada 3000V dan 3012V, itu memilih diferensial 12V yang ada dalam spesifikasi dan pergi?

Nah karena kapasitansi yang menyimpang, perangkat sebenarnya tidak 100% terisolasi, dan perangkat penerima benar-benar melihat 3000 volt pada garis A dan B relatif terhadap catu daya sendiri. Chip RS485 yang digunakannya hanya diberi peringkat untuk menyediakan 2.500 volt isolasi, sehingga tegangan yang masuk mampu melompati chip itu dan menggoreng beberapa bagian lain dari sirkuit. Arus yang tersedia pada tegangan itu kecil sehingga Anda bahkan tidak akan melihat percikan, tapi itu cukup untuk menyebabkan kerusakan seperti ESD pada IC lain di sirkuit, menghentikan mereka dari bekerja dengan baik.

Dengan menghubungkan kabel GND antara kedua perangkat, perbedaan 3000 volt akan dihilangkan oleh arus mikroskopis yang sama yang berjalan melalui kabel GND dan bukannya IC lainnya di perangkat, dan offset 3000 volt pada garis pensinyalan A dan B akan hilang.

Dalam beberapa hal garis GND melayani tujuan yang sama di sini sebagai resistor pull-down, memastikan bahwa semua garis sinyal berada pada level yang diketahui daripada mengambang secara acak di semua tempat.

Ya, spesifikasi RS485 hanya melihat perbedaan antara garis sinyal A dan B, tetapi masing-masing perangkat juga memiliki tegangan maksimum yang diijinkan antara catu daya GND-nya sendiri dan jalur sinyal. Menghentikan voltase tertentu agar tidak keluar dari jangkauan dilakukan dengan memastikan semua GND perangkat sama, sehingga kabel GND antara semua perangkat RS485 melakukan hal itu. Ya secara teori perangkat yang terisolasi secara elektrik tidak akan memiliki voltase besar di antara mereka, dalam praktiknya tampaknya isolasi tidak selalu sempurna sehingga jangan mengandalkannya.

Titik C adalah jalur balik untuk arus pada A dan B. Ini memungkinkan arus untuk kembali ke sumber untuk menyelesaikan rangkaian.