กราวด์เครือข่าย RS485 ขา - เมื่อใดที่จะเชื่อมต่อ?

อย่างที่หลาย ๆ คนรู้กันเราสามารถใช้โหนดอย่างง่ายในการสื่อสารกับโหนด rs485 โดยใช้สายไฟสองเส้นคือ A และ B เท่านั้นมาตรฐานระบุว่าจะเชื่อมต่อกราวด์ของโหนดทั้งสองเข้าด้วยกัน

จาก Wikipedia:

นอกเหนือจากการเชื่อมต่อ A และ B มาตรฐาน EIA ยังระบุจุดเชื่อมต่อโครงข่ายที่สามที่เรียกว่า C ซึ่งเป็นพื้นที่อ้างอิงสัญญาณทั่วไป

ฉันสะดุดบทความที่พูดถึงการเชื่อมต่อที่สามนี้ แต่ก็ยังไม่เข้าใจแนวคิด

1. ทำไมผู้รับไม่สามารถทำหน้าที่เป็นโวลต์มิเตอร์แบบธรรมดาได้ วัดแรงดันไฟฟ้าระหว่าง A และ B?
2. หากทั้งสองโหนดใช้แบตเตอรี่ (แบตเตอรี่แตกต่างกันสำหรับแต่ละโหนด) การเชื่อมต่อภาคพื้นดินสร้างความแตกต่างหรือไม่?
3. ทำไมจะดีกว่าสำหรับโหนด (กลางแจ้ง) ที่จะต่อสายดินเมื่อสายเคเบิลยาว?
4. การเชื่อมต่อภาคพื้นดินนี้เป็นวิธีที่ดีสำหรับการป้องกันจากชั่วคราว?

หมายเหตุ: ฉันไม่ได้อ้างว่ามีคำตอบทางวิทยาศาสตร์มากที่สุด แต่ฉันจะพยายามอธิบายสิ่งต่าง ๆ ในแบบที่ฉันเข้าใจ

1. ฉันไม่รู้ว่าอาร์กิวเมนต์โวลต์มิเตอร์นั้นถูกต้อง 100% หรือไม่เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่มีความเร็วต่ำตัวอย่างที่เหมาะสมกว่าก็คือสโคปที่ดำเนินการโดยแบตเตอรี่หรือโพรบออสซิลโลสโคปที่แตกต่างกัน

2. จดจำคำจำกัดความของแรงดันไฟฟ้าซึ่งอาจมีความแตกต่างระหว่าง 2 จุด สัญญาณ A และ B นั้นแตกต่างกันไปตามส่วนประกอบไฟฟ้าภายในแอมป์ (ส่วนใหญ่เป็นทรานซิสเตอร์) ซึ่งทั้งหมดนั้นมีการจัดอันดับสูงสุดอย่างแน่นอนระหว่างฐานและตัวสะสม / อิมิเตอร์ของเรานี่เรียกว่าเครื่องขยายเสียงดิฟเฟอเรนเชียล พื้น. ดังนั้นแรงดันไฟฟ้า A และ B จึงไม่มีความหมายโดยไม่ได้ระบุสิ่งที่อ้างอิง ตัวอย่างเช่นหากความแตกต่างระหว่าง A และ B คือ 2.5v แต่แรงดันไฟฟ้านี้คือ 20v เลื่อนไปทางด้านบนของตัวขยายสัญญาณภาครับเครื่องขยายเสียงจะเห็นหรือไม่ (2.5 หรือ 22.5)

3. 4: สายเคเบิลกลางแจ้งระยะไกลมีแนวโน้มที่จะเกิดเสียงรบกวนหรือ ESD หรือแหล่งประจุหรือกระแสใด ๆ ที่อาจเข้าสู่รถบัส (ที่มีความต้านทานเฉพาะและความต้านทานกระแสตรง) ดังนั้นหากจำนวนประจุ / กระแสไฟฟ้าสูงพอคูณด้วยความต้านทานสูง (ของสายยาว) จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้นที่ตัวรับซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหาย การต่อลงดินในสถานการณ์นี้สามารถใช้เป็นเส้นทางสำหรับหนามแหลมกระแทกโล่และอาจใช้เป็นการอ้างอิงภาคพื้นดินที่มั่นคง

ว่าวงจรตัวรับสัญญาณ RS485 สามารถเปลี่ยนเป็นแบบลอยตัวและมีความสามารถในการทำหน้าที่เหมือนโวลต์มิเตอร์ / ออสซิลโลสโคปอาจเป็นไปได้โดยการเพิ่มส่วนประกอบพิเศษวงจรแยก ฯลฯ แต่ด้วยค่าใช้จ่ายเพิ่มความซับซ้อนและขนาดที่เกินขีดความสามารถ ของ IC ขนาดเล็กเช่น MAX485

เป็นตำนานที่คุณสามารถทำให้อินเทอร์เฟซ RS485 ทำงานได้โดยไม่ต้องต่อสายดินทั่วไป (C) เชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ บนบัส ตัวรับสัญญาณสามารถวัดศักยภาพที่สัมพันธ์กันระหว่างสัญญาณ A และ B เมื่อแรงดันไฟฟ้าในโหมดทั่วไปของอินพุต A และ B ถูกเก็บไว้ภายใน -7V ถึง + 12V ของการอ้างอิง GND ของผู้รับ

แนวคิดที่ว่าทั้งสองด้านของอินเทอร์เฟซที่ใช้งานกับแบตเตอรี่จะสร้างความแตกต่างได้ก็เป็นตำนาน ทุกอย่างมาลงที่แรงดันโหมดทั่วไประหว่างตัวส่ง GND และตัวรับ GND การเชื่อมต่อสายไฟที่สามช่วยให้แรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปอยู่ภายใต้การควบคุม หากไม่มีหน่วยใดหรือบัสระหว่างทั้งสองจะมีผลต่อแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปที่อยู่นอกช่วง -7V ถึง + 12V อิทธิพลนี้อาจเกิดจากการเชื่อมต่อเข้ากับระบบอื่นผ่าน EMI นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องปกติที่จะเห็นการแสดงนี้เป็นรูปแบบ AC ที่เป็นไปตามความถี่ของสายไฟหลัก

คุณถูกต้องที่ผู้รับบริสุทธิ์สามารถวัดความแตกต่างระหว่างสองสายสัญญาณ อย่างไรก็ตามวิธีการใด ๆ ที่จะมีช่วงโหมดทั่วไปบางอย่างที่สัญญาณแต่ละรายการจะต้องอยู่ภายใน ข้อมูลจำเพาะให้ช่วงของโหมดทั่วไปที่โหนดต้องสามารถทนได้

หากไม่มีสายอ้างอิงเส้นที่สามจะไม่มีวิธีกำหนดแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปนี้จากนั้นจะไม่มีวิธีในการสร้างตัวรับสัญญาณที่รับประกันว่าจะเข้ากันได้

แม้ว่าตัวรับสัญญาณของคุณถูกตั้งค่าเพื่อให้สายข้อมูลขับ opto-isolators เช่นคุณยังคงมีข้อ จำกัด แรงดันไฟฟ้าในโหมดทั่วไป อาจเป็นสองสามพันโวลต์แทนที่จะเป็นสองสามโวลต์ แต่จะมีแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปที่เกินกว่าที่ผู้รับจะไม่ทำงานอีกต่อไป

จนถึงตอนนี้เพิ่งจะได้รับสัญญาณ RS-485 การขับขี่สัญญาณ RS-485 นั้น จำกัด มากขึ้น สัญญาณข้อมูลมีการระบุว่าเป็น 0-5 V เล็กน้อยเกี่ยวกับสายดิน หากไม่มีสายดินคุณก็ไม่มีทางที่จะมั่นใจได้ว่า วงจรที่ขับเคลื่อนสัญญาณทั้งสองจะถูกอ้างอิงถึงบางสิ่ง สิ่งนั้นจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับเครื่องส่งสัญญาณและตัวรับสัญญาณอื่นบนรถบัส

จากคำตอบอื่น ๆ ฉันจะเสนอตัวอย่างนี้ โปรดจำไว้ว่าคำตอบนี้ตามหลังสุภาษิตโบราณ "บางครั้งความไม่ถูกต้องเพียงเล็กน้อยก็ช่วยได้คำอธิบายมากมาย"

สมมติว่าคุณมีอุปกรณ์ RS485 สองตัวที่แยกด้วยระบบไฟฟ้า คุณเชื่อมต่อสาย A และ B ตามปกติ อย่างไรก็ตามเนื่องจากความสามารถในการหลงทางและวูดูวิศวกรรมไฟฟ้าอื่น ๆ อุปกรณ์หนึ่งจึงลอยอยู่ที่ 3000 โวลต์สูงกว่าอีกอันหนึ่ง

ไม่มีปัญหาใช่มั้ย ผู้รับเพิ่งเห็นเส้น A และ B เข้ามาที่ 3000V และ 3012V มันเลือกดิฟเฟอเรนต์ 12V ซึ่งอยู่ในสเป็คและปิด

เนื่องจากความสามารถในการหลงทางอุปกรณ์ไม่ได้แยกได้จริง 100% ดังนั้นอุปกรณ์ที่รับจะเห็น 3000 โวลต์ในบรรทัด A และ B เมื่อเทียบกับแหล่งจ่ายไฟของตัวเอง ชิป RS485 ที่ใช้นั้นได้รับการจัดอันดับเพื่อให้การแยก 2500 โวลต์ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจึงสามารถกระโดดชิปนั้นและทอดส่วนอื่น ๆ ของวงจร กระแสที่มีอยู่ที่แรงดันไฟฟ้านั้นมีขนาดเล็กดังนั้นคุณจะไม่เห็นประกายไฟ แต่ก็เพียงพอที่จะทำให้เกิดความเสียหายคล้ายกับ ESD ต่อวงจรรวมอื่น ๆ ในวงจรหยุดพวกเขาจากการทำงานอย่างถูกต้อง

ด้วยการเชื่อมต่อสาย GND ระหว่างอุปกรณ์ทั้งสองความแตกต่าง 3000 โวลต์จะถูกลบออกโดยกล้องจุลทรรศน์ปัจจุบันเดียวกันที่เดินทางผ่านสาย GND แทน IC อื่น ๆ ในอุปกรณ์และ 3000 โวลต์ออฟเซตบนสัญญาณ A และ B จะหายไป

ในบางวิธีสาย GND ให้บริการจุดประสงค์ที่คล้ายกันที่นี่เป็นตัวต้านทานแบบดึงลงเพื่อให้แน่ใจว่าสายสัญญาณทั้งหมดอยู่ในระดับที่รู้จักกันดีกว่าการสุ่มลอยทั่วทุกที่

ใช่ข้อมูลจำเพาะ RS485 จะดูเฉพาะความแตกต่างระหว่างสายสัญญาณ A และ B แต่อุปกรณ์แต่ละเครื่องยังมีแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตระหว่างแหล่งจ่ายไฟ GND ของตัวเองและสายสัญญาณ การหยุดแรงดันไฟฟ้านั้นโดยเฉพาะจากการออกนอกช่วงนั้นทำได้โดยการทำให้ GND ของอุปกรณ์ทั้งหมดเหมือนกันดังนั้นสาย GND ระหว่างอุปกรณ์ RS485 ทั้งหมดก็ทำเช่นนั้น ใช่ในทางทฤษฎีอุปกรณ์ที่แยกด้วยไฟฟ้าจะไม่มีแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ระหว่างกันในทางปฏิบัติดูเหมือนว่าการแยกไม่ได้สมบูรณ์แบบเสมอไปดังนั้นอย่าพึ่งพา

จุด C เป็นเส้นทางย้อนกลับสำหรับกระแสบน A และ B ซึ่งช่วยให้กระแสย้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิดเพื่อให้วงจรสมบูรณ์