RX-Mikrocontroller - elektronik industrie

Embedded-Systeme
gen. Darüber hinaus verlangt der Standard, dass diese Treiberfähigkeit
über einen Gleichtaktspannungsbereich V CM
von ‐7 bis
+12 V hinweg gewährleistet sein muss. Dies ist notwendig, um
große Unterschiede zwischen den Massepotenzialen von Treiber
und Empfänger zu berücksichtigen, zu denen es häufig bei großen
Übertragungsdistanzen kommt.
Während der besagte differenzielle Widerstand von 60 Ω der Parallelschaltung
zweier 120-Ω-Abschlusswiderstände entspricht,
ergeben die 32 Unit Loads einen Gleichtakt-Lastwiderstand von
insgesamt R CM
= 12 kΩ / 32 = 375 Ω. Ebenfalls in der RS-485-
Norm spezifiziert ist die in Bild 2 gezeigte Schaltung zum Testen
der Treibereigenschaften eines Transceivers unter dem Einfluss einer
Gleichtaktbelastung.
Unter der Annahme, dass der nicht invertierende Treiberausgang
A die positivere Busspannung erzeugt, lässt sich sein Strom
nach folgender Gleichung berechnen.
Bild 3: Die
Busstrom-Anforderungen
für einen
5-V-Transceiver.
Bild 4: Zahl der Unit Loads als
Funktion der Massepotenzial-
Differenz.
Bilder: Texas Instruments
Der Strom am invertierenden Ausgang B errechnet sich stattdessen
nach dieser Gleichung:
Da die Ausgänge A und B während der Übertragung von Daten
fortlaufend ihre Polarität wechseln, ist es besser, die Ausgangsströme
in allgemeiner Form zu beschreiben. Somit muss der positivere
(High‐) Ausgang einen Strom liefern, der sich aus dieser Gleichung
berechnet:
während der weniger positive (Low‐) Ausgang den Strom aufnehmen
muss, der sich aus der nachfolgenden Gleichung ergibt:
Bild 1: Prinzipdarstellung einer typischen RS-485-Datenverbindung.
Bild 2: Eine Testschaltung zum Prüfen des Treiber-Verhaltens bei
Gleichtaktbelastung.
Bild 3 zeigt den minimalen Strom, den ein 5-V-Transceiver bei
der maximalen Gleichtaktbelastung von R CM
= 375 Ω (dies entspricht
32 ULs) über den spezifizierten Gleichtaktspannungs-Bereich
hinweg liefern muss. Beim Erstellen dieses Diagramms wurden
folgende Parameter zugrundegelegt: V OS
= 2,5 V, V OD
= 1,5 V,
R D
= 60 Ω und R CM
= 375 Ω.
Wie der Grafik zu entnehmen ist, muss ein standardkonformer
5-V-Transceiver als Stromquelle und Stromsenke für Ströme bis zu
53 mA geeignet sein. In der Praxis liefern die meisten, auf dem
Markt erhältlichen RS-485 Transceiver Ausgangsströme von ± 60
mA und mehr.
An dieser Stelle sollten einige Klarstellungen gemacht werden,
was die maximale Gleichtaktbelastung von 32 Unit Loads betrifft.
Damit dürften einige verbreitete Missverständnisse ausgeräumt
werden.
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Die im RS-485-Standard spezifizierte maximale Gleichtaktbelastung
von 32 Unit Loads berücksichtigt nicht allein die Empfängereingänge,
sondern auch andere Gleichtaktbelastungen,
die zwischen dem differenziellen Signalpaar und der Signalmasse
existieren können. Zum Beispiel entspricht ein externes
Failsafe-Widerstandsnetzwerk allein bereits insgesamt 22 ULs,
so dass für die Empfängereingänge nur noch 10 ULs übrig bleiben.
Diese 10 ULs können für zehn Transceiver à 1 UL oder
bestenfalls für 80 Transceiver mit je 1/8 UL genutzt werden.
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Die Maximalbelastung von 32 ULs ist für den kompletten V CM
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Bereich von ‐7 bis +12 V spezifiziert. Wie aus Bild 3 hervorgeht,
reduzieren sich durch Verkleinern des Gleichtaktspannungs-
Bereichs die Ausgangsströme, so dass die Stromreserven der
Treiber größer werden. Diese Reserven wiederum lassen sich
zum Ansteuern von mehr Unit Loads nutzen. Anwenden lässt
sich dieses Prinzip bei Datenverbindungen, bei denen die
Massepotenziale von Treiber und Empfänger nur geringe Unterschiede
aufweisen. Damit ist auch gleich die eingangs gestellte
zweite Frage beantwortet.
Bild 4 gibt die Zahl der Unit Loads als Funktion der Massepotenzial-Differenz
wieder. Hervorzuheben ist hierbei, dass es sich
bei der Massepotenzial-Differenz keineswegs um eine Gleichspannung
handelt, sondern um eine Wechselspannung, deren Frequenz
hauptsächlich der dritten Harmonischen der Netzfrequenz des
Systems entspricht. (ah)
n
Der Autor: Thomas Kugelstadt ist Senior Applications Engineer
bei Texas Instruments.
www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 02/2013 25