Волновое сопротивление кабеля utp

Кабели с витой парой подразделяются на категории в зависимости от своих электрических свойств. Свойства, характеризующие кабель UTP, определены в EIA/TIA 568 следующим образом.

Затухание

Это значение характеризует потерю энергии и зависит от передаваемой частоты. Максимальное затухание на 1000 футов кабеля UTP при 20 °С для различных частот должно быть следующим.

Табл. 2.2. Максимальное затухание в дБ/с на 1000 футов при 20 °С

Частота (МГц)	Категория 3	Категория 4	Категория 5
0,772	6,8	5,7	5,5
1,0	7,8	6,5	6,3
4,0	17	3	13
8,0	26	19	18
10,0	30	22	20
16,0	40	27	25
20,0	–	31	28
25,0	–	–	32
31,25	–	–	36
62,5	–	–	52
100,0	–	–	67

Общая емкость (mutual capacitance)

Емкость кабеля оценивается на единицу длины (например, пФ/фут), меньшие значения указывают на большую производительность. Стандарт устанавливает предел общей емкости измеряемой для 1 кГц при 20°С для кабеля 3-й категории в 20 пФ/фут, а для категорий 4 и 5 – 17пФ/фут.

Волновое сопротивление

У всех кабелей UTP волновое сопротивление на частотах от 1 МГц до наивысшей доступной кабелю должно быть 100 Ом. Отметим, что измерения необходимо производить с кабелем, длина которого равна по крайней мере одной восьмой длины волны.

Наводка на ближнем конце

Наводка на ближнем конце характеризует степень влияния соседних витых пар. Она измеряется путем подачи сбалансированного сигнала на одну пару проводов и измерения возмущающего влияния на другую пару, причем обе пары должны быть нагружены этим номинальным волновым сопротивлением 100 Ом. Это показано на рис. 2.22.

Рис. 2.22. Наводка на ближнем конце

Наводка на ближнем конце выражается в децибелах в соответствии со следующей формулой:

NEXT – 10 log (Px/Pd) дБ,

где Рd – мощность наведенного сигнала; Рх – мощность наводящего сигнала.

Наводка на ближнем конце зависит от частоты сигнала и категории кабеля. Характеристики лучше для меньших частот и для кабелей с более высокой категорией. Большие значения NEXT означают меньший уровень наводок.

Стандарт определяет минимальные значения NEXT для фиксированных кабелей 10Base-T, называемых горизонтальными кабелями UTP, а также для соединяющего оборудования. Нижеприведенные таблицы содержат эти данные для различных частот и различных категорий кабелей.

Следует заметить, что для выравнивания длины проводников в коннекторе приходится расплетать снижающие наводки витки UTP-кабеля. Чтобы сохранить необходимые значения NEXT, нужно минимизировать длину расплетенного кабеля и разделение между парами проводников. Длина расплетенного провода не должна превышать 13 мм для кабелей 5-й категории и 25 мм для кабелей 4-й категории

Табл. 2.3. Минимальное значение NEXT для горизонтального ка6еля UTP

Частота (МГц)	Категория 3 (дБ)	Категория 4 (дБ)	Категория 5 (дБ)
0,150	54	68	74
0,772	43	58	64
1,0	41	56	62
4,0	32	47	53
8,0	28	42	48
10,0	26	41	47
16,0	23	38	44
20,0	–	36	42
25,0	–	–	41
31,25	–	–	40
62,5	–	–	35
100,0	–	–	32

Затухание на неоднородностях (SRL)

Затухание на неоднородностях (structural return loss – SRL) является характеристикой степени несоответствия волновых сопротивлений кабеля и соединителя. Оно измеряется в виде отношения мощности входного сигнала к мощности отраженного сигнала.

SRL = 10 log (Входная мощность/Отраженная мощность) дБ.

Большие значения предполагают меньшее отражение. Например, SRL в 23 дБ соответствует 7%-ному отражению входного сигнала.

Табл. 2.4. Потеря отраженного сигнала (srl) при 20°С

Диапазон частот (МГц)	Категория 4	Категория 5	Процент отражения
От 1 до 20	23 дБ	23 дБ	7%
От 20 до 100	14 дБ	20%

Сопротивление постоянному току

Сопротивление постоянному току характеризует способность коннекторов пропускать постоянный ток и ток низкой частоты. Максимальное сопротивление между входными и выходными коннекторами, за вычетом сопротивления кабеля, определено в 0,3 Ом для кабелей UTP 3, 4 и 5-й категорий.

Эффекты несущей поверхности

Следует заметить, что если кабели установлены на проводящей поверхности, такой, как металлический желоб или труба, параметры общей емкости, волнового сопротивления, отражения сигнала и затухания могут ухудшиться на 2 – 3%. На практике с этим обычно не возникает проблем.

2.10.6. Преимущества кабеля с витой парой

Использование для сетей витой пары дает по сравнению с другими типами кабелей следующие преимущества.

• Простота подключения устройств к витой паре.

• Если в уже установленном кабеле (например, телефонном) есть дополнительные неиспользуемые провода, можно использовать витые пары этой системы – НО смотрите сделанные ранее предупреждения.

• Экранированный кабель (STP) значительно снижает внешние воздействия.

• Неэкранированный кабель (UTP) достаточно дешев. 4

• Неэкранированный кабель очень просто устанавливать.

• Неэкранированный кабель может оказаться уже установленным (но убедитесь, что он работает должным образом и удовлетворяет требованиям производительности, предъявляемым сетью).

2.10.7. Недостатки кабеля с витой парой

У витой пары следующие недостатки.

• Экранированный кабель (STP) громоздкий и с ним трудно работать.

• Неэкранированный кабель (UTP) более восприимчив к помехам, чем коаксиальный или оптоволоконный кабели.

• У неэкранированного кабеля большее затухание, чем у других кабелей.

• Поверхностный эффект может увеличить затухание. Он имеет место при передаче по витой паре данных на высокой скорости. В этих условиях ток имеет тенденцию течь по внешней поверхности проводника. Это значительно уменьшает поперечное сечение используемого проводника, повышая тем самым сопротивление. Это, в свою очередь, увеличивает затухание сигнала.

• Полоса пропускания уже, чем у коаксиальных кабелей.

Кабель категории 5 ( Cat. 5 ) — тип кабеля для передачи сигналов, состоящий из 4 витых пар. Используется в структурированных кабельных системах для компьютерных сетей, таких как Ethernet. Кабельный стандарт предоставляет производительность до 100 MHz и подходит для 10BASE-T, 100BASE-TX (Fast Ethernet), и 1000BASE-T (Gigabit Ethernet). Он также используется для телефонии и передачи видео-сигналов.

Кабель терминируется модульным разъемом RJ45 или на патч-панели. Большинство кабелей 5-й категории являются неэкранированными. Для борьбы с помехами используют только свойства витой пары при передаче дифференциальных сигналов. Спецификация на категорию 5 была обновлена категорией 5e (от англ. enhanced — расширенная) [1] .

Разводка TIA/EIA-568-A.1-2001 T568A

Пин	Пара	Проводник	Цвет
1	3	1	бело-зелёный
2	3	2	зелёный
3	2	1	бело-оранжевый
4	1	2	синий
5	1	1	бело-синий
6	2	2	оранжевый
7	4	1	бело-коричневый
8	4	2	коричневый

Разводка TIA/EIA-568-B.1-2001 T568B [2]

Пин Пара Проводник Цвет 1 2 1 бело-оранжевый 2 2 2 оранжевый 3 3 1 бело-зелёный 4 1 2 синий 5 1 1 бело-синий 6 3 2 зелёный 7 4 1 бело-коричневый 8 4 2 коричневый Разводка USOC/RJ61

Пин Пара Проводник Цвет 1 4 tip бело-коричневый 2 3 tip бело-зелёный 3 2 tip бело-оранжевый 4 1 ring синий 5 1 tip бело-синий 6 2 ring оранжевый 7 3 ring зелёный 8 4 ring коричневый

Содержание

Кабельный стандарт [ править | править код ]

Спецификация для кабеля категории 5 была определена в ANSI/TIA/EIA-568-A, с уточнением в TSB-95 [3] . В этих документах указаны характеристики и требования к испытаниям на частотах до 100 МГц. Типы кабелей, типы разъемов и кабелей топологии определяются TIA/EIA-568-B. Кабель разводится по любой схеме: T568A или T568B. Обе схемы работают одинаково и могут использоваться беспорядочно, при условии, что одна схема используется для обоих концов кабеля. Почти всегда контакты разъёмов 8P8C, часто называемые RJ-45, используются для подключения кабеля категории 5. Стандарт USOC/RJ-61 используется для многоканальных телефонных соединений.

Каждая из четырех пар кабеля категории 5 имеет свой шаг скрутки, чтобы минимизировать наводки между парами. Хотя общепринятыми считаются кабельные сборки, содержащие 4 пары, 5-я категория не ограничивается 4 парами. В магистральных кабелях может использоваться до 100 пар [4] . Использование уравновешенной линии позволяет сохранить высокое отношение сигнал-шум, несмотря на помехи от внешних источников и наводки от других пар. Кабели категории 5 наиболее часто используются для таких стандартов Ethernet, как 100Base-TX и 1000Base-T.

Кабель категории 5 может быть жёсткого "Sol > [ источник не указан 3107 дней ] и подходит для надёжного соединения с разъёмами, смещающими изоляцию, но не подходят для соединения с разъёмами, прокалывающими изоляцию. Кабели зданий (например, кабели внутри стен, которые соединяют розетки на стене с центральной патч-панелью) обычно жёсткие в то время, как соединительные кабели (например, подвижные кабели от розеток до компьютеров) — гибкие. Внешняя изоляция, как правило, из ПВХ или LSZH [en] . Тип используемого кабеля можно определить по надписям на нём [5] . Тип "Sol > [ источник не указан 2012 дней ]

Требования к кабелям [ править | править код ]

Для кабелей стандартов 10BASE-T и 100Base-TX Ethernet требуется две пары проводников. Для кабелей стандарта 1000BASE-T Ethernet требуется четыре пары проводников. Кабели Cat 5 и Cat 5e обычно используют проводники AWG 24 — 26 из меди.

Радиус изгиба [ править | править код ]

Большинство кабелей категории 5 могут быть согнуты с радиусом изгиба не менее 4 внешних диаметров кабеля [6] [7] .

Максимальная длина сегмента кабеля [ править | править код ]

В соответствии со стандартом ANSI/TIA/EIA для медного кабеля категории 5е максимальная длина кабеля сегмента составляет 100 метров (328 футов) [8] . Если требуются более далёкие расстояния, необходимо использовать активные аппаратные средства, такие как повторитель или коммутатор [9] [10] . По стандарту 10BASE-T расстояние между активными устройствами не должно превышать 100 метров [11] : 90 метров фиксированного кабеля, два коннектора и два коммутационных кабеля по 5 метров [12] .

Различия категорий 5 и 5e [ править | править код ]

К кабелям и разъёмам категории 5е ужесточили требования и ввели новые спецификации перекрёстных помех. По стандарту максимальная частота передаваемых сигналов для кабелей категорий 5 и 5e одинакова — 100 МГц [13] [14] .

Изменённые параметры в категории 5e по сравнению с категорией 5

Параметр	Категория 5	Категория 5e
Затухание отражённого сигнала	⩾ 16,0 дБ	⩾ 20,1 дБ
Переходное затухание на ближнем конце	⩾ 32,3 дБ	⩾ 35,3 дБ
Суммарное приведённое переходное затухание на ближнем конце	не регламентировано	⩾ 32,3 дБ
Переходное затухание на дальнем конце	не регламентировано	⩾ 23,8 дБ
Суммарное приведённое переходное затухание на дальнем конце	не регламентировано	⩾ 20,8 дБ
Разность задержки	не регламентировано	⩽ 45 нс

Характеристики [ править | править код ]

Электрические характеристики для кабеля UTP категории 5 при 20°С

Характеристика	Номинальное значение	Допустимое отклонение	Единица измерения	Источник (компания-поставщик кабелей)
Волновое сопротивление @ 100 МГц	100	± 15	Ω	[15]
Номинальные характеристики импеданса @ 100 МГц	100	± 5	Ω	[15]
DC Loop Resistance [en]	≤ 0.188	Ω/м	[15]
Фазовая скорость	0.64	c	[15]
Фазовая задержка [en]	4.80-5.30	нс/м	[15]
Delay skew [en]	нс/м	[15]
Электрическая ёмкость при 800 Гц	52	пФ/м	[15]
Индуктивность	525	нГ/м	[16]
Частота среза	≤ 57	кГц	[16]
Максимальная нагрузка на растяжение во время монтажа	100	Н	[15]
Диаметр жилы	AWG-24 (0.51054 мм; 0.205 мм² )	[15] [17]
Толщина изоляции	0.245	мм	[15]
Максимальный ток в проводнике	0.577	А	[17]
Рабочая температура	от -55 до +60	°C	[15]
Максимальное рабочее напряжение ( PoE использует максимум 57 V DC ) [18]	125	V DC	[19]

Изоляция [ править | править код ]

Материалы, обычно используемые для изоляции кабеля [20]

Акроним	Материал
PVC	Поливинилхлорид
PE	Полиэтилен
FP	Вспененый полиэтилен
FEP	Тефлон/фторосодержащий этилен-пропилен
FFEP	Вспененый тефлон/фторосодержащий этилен-пропилен
AD/PE	Воздушный диэлектрик/полиэтилен

Жилы [ править | править код ]

В кабелях категорий 5 и 5e обычно используются медные жилы 24—26 AWG.

Индивидуальные длины витков [ править | править код ]

При изменённой длине каждого витка перекрёстные помехи снижаются без влияния на импеданс [en] [21] .

Цвет пары	Длина витка, см	Количество витков на 1 м
Зелёная	1,53	65,2
Синяя	1,54	64,8
Оранжевая	1,78	56,2
Коричневая	1,94	51,7

Сопротивление внешнему воздействию [ править | править код ]

Пожарные сертификаты США и Канады [22]

Класс	Полное название	Стандарты
CMP	Communications Plenum	CSA FT6 [23] или NFPA 262 [24] (UL 910)
CMR	Communications Riser	UL 1666
CMG	Communications General purpose	CSA FT4
CM	Communications	UL 1685 (UL 1581, Sec. 1160) Vertical-Tray
CMX	Communications Residential	UL 1581, Sec. 1080 (VW-1)
CMH	CSA FT1

CMR (Communications Riser), изолирован полиолефином высокой плотности и покрыт беззольной оболочкой из поливинилхлорида (ПВХ) может быть заменен CMP (Communications Plenum), который изолирован фторированным этилен-пропиленом (FEP) и полиэтиленом (ПЭ) и беззольной оболочкой поливинилхлорида (ПВХ), так как у него более высокие оценки огнеустойчивости. CM (Communications) изолирован полиолефином высокой плотности без оболочки из ПВХ и, следовательно, имеет самую низкую огнестойкость среди этих трёх материалов [22] .

Некоторые кабели «УФ-стабильны» — это означает, что они могут подвергаться воздействию УФ-излучения на открытом воздухе без значительных разрушений. Для оболочки обычно используется ПВХ [25] [ неавторитетный источник? ] .

В любой кабель, который содержит воздушные зазоры, может попасть влага, особенно если кабель находится между внутренним и внешним пространствами. Теплый влажный воздух может вызвать конденсацию в холодных частях кабеля на открытом воздухе. Иногда необходимо принять меры предосторожности, такие как уплотнения концов кабелей. Некоторые кабели предназначены для «прямого монтажа», но обычно для этого требуется, чтобы кабель был заполнен гелем, препятствующим попаданию влаги в кабель.

При использовании кабелей на вышках, внимание должно быть уделено вертикальным трассам, которые могут направить влагу в чувствительное внутреннее оборудование [26] . Обычно решается добавлением конденсатной ловушки в нижней части выполнения кабеля.

Огнеупорные кабели медленнее горят и выделяют меньше дыма, чем кабели в защитной оболочке из материалов, таких как ПВХ. Это также влияет на необходимость спринклеров. То есть при использовании огнеупорных кабелей, наличие спринклеров не обязательно [27] .

Экранированный кабель (FTP/STP) обычно применяется при монтаже вблизи радио-частотного оборудования, которое создаёт электромагнитные помехи, а также может использоваться там, где вероятность прослушивания должна быть минимизирована.

Цель настоящей статьи – предоставить базовые рекомендации по выбору схемы соединений для сетей на основе RS-485. Спецификация RS-485 (официальное название TIA/EIA-485-A) не дает конкретных пояснений по поводу того, как должна осуществляться разводка сетей RS-485. Однако она предоставляет некоторые рекомендации. Эти рекомендации и инженерная практика в области обработки звука положены в основу этой статьи. Однако представленные здесь советы ни в коем случае не охватывают всего разнообразия возможных вариантов построения сетей.

RS-485 передает цифровую информацию между многими объектами. Скорость передачи данных может достигать 10 Мбит/с, а иногда и превышать эту величину. RS-485 предназначен для передачи этой информации на значительные расстояния, и 1000 метров хорошо укладывается в его возможности. Расстояние и скорость передачи данных, с которыми RS-485 может успешно использоваться, зависят от многих моментов при разработке схемы межсоединений системы.

RS-485 спроектирован как балансная система. Проще говоря, это означает, что, помимо земляного, имеется два провода, которые используются для передачи сигнала.

Рис. 1. Балансная система использует, помимо земляного, два провода для передачи данных.

Система называется балансной, потому что сигнал на одном проводе является идеально точной противоположностью сигнала на втором проводе. Другими словами, если один провод передает высокий уровень, другой провод будет передавать низкий уровень, и наоборот. См. Рис. 2.

Рис. 2. Сигналы на двух проводах балансной системы идеально противоположны.

Несмотря на то, что RS-485 может успешно осуществлять передачу с использованием различных типов передающей среды, он должен использоваться с проводкой, обычно называемой "витая пара".

Что такое витая пара и почему она используется?

Как следует из ее названия, витая пара – это просто пара проводов, которые имеют равную длину и свиты вместе. Использование передатчика, отвечающего требованиям спецификации RS-485, с кабелем на основе витой пары, уменьшает два главных источника проблем для разработчиков быстродействующих территориально распределенных сетей, а именно излучаемые электромагнитные помехи и индуцируемые электромагнитные помехи (наводка).

Излучаемые электромагнитные помехи

Как показано на рисунке 3, всякий раз, когда для передачи информации используются импульсы с крутыми фронтами, в сигнале присутствуют высокочастотные составляющие. Эти крутые фронты нужны при более высоких скоростях, чем способен обеспечить RS-485.

Рис. 3. Форма сигнала последовательности прямоугольных импульсов с частотой 125 кГц и ее БПФ

Полученные в итоге высокочастотные компоненты этих крутых фронтов вместе с длинными проводами могут привести к излучению электромагнитных помех (EMI). Балансная система, использующая линии связи на основе витой пары, уменьшает этот эффект, делая систему неэффективным излучателем. Это работает на очень простом принципе. Поскольку сигналы на линиях равны, но инверсны, излучаемые от каждого провода сигналы будут также иметь тенденцию быть равными, но инверсными. Это создает эффект подавления одного сигнала другим, что, в свою очередь, означает отсутствие электромагнитного излучения. Однако, это основано на предположении, что провода имеют точно одинаковую длину и точно одинаковое расположение. Поскольку невозможно одновременно иметь два провода абсолютно одинаково расположенными, провода должны быть близко друг к другу насколько возможно. Скручивание проводов помогает нейтрализовать любое остаточное электро-магнитное излучение из-за конечного расстояния между двумя проводами.

Индуцируемые электромагнитные помехи

Индуцируемые электромагнитные помехи – в основном та же самая проблема, что и излучаемые, но наоборот. Межсоединения, используемые в системе на основе RS-485, также действуют как антенна, которая получает нежелательные сигналы. Эти нежелательные сигналы могут искажать полезные сигналы, что, в свою очередь, может привести к ошибкам в данных. По той же самой причине, по которой витая пара помогает предотвращать излучение электромагнитных помех, она также поможет снизить влияние наводимых электромагнитных помех. Поскольку два провода расположены вместе и скручены, шум, наведенный на одном проводе будет иметь тенденцию быть тем же самым, что и наведенный на втором проводе. Этот тип шума называют "синфазным шумом". Поскольку приемники RS-485 предназначены для обнаружения сигналов, которые являются противоположностью друг друга, они могут легко подавлять шум, который является общим для обоих проводов.

Волновое сопротивление витой пары

В зависимости от геометрии кабеля и материалов, используемых в изоляции, витая пара будет обладать соответствующим "волновым сопротивлением (характеристическим импедансом)", которое обычно определяется ее производителем. Спецификация RS-485 рекомендует, но явно не навязывает, чтобы это волновое сопротивление было равно 120 Ом. Рекомендация этого импеданса необходима для вычисления наихудшей нагрузки и диапазонов синфазных напряжений, определенных в спецификации RS-485. По всей видимости, спецификация не диктует этот импеданс в интересах гибкости. Если по каким-либо причинам не может использоваться 120-омный кабель, рекомендуется, чтобы наихудший вариант нагрузки (допустимое число передатчиков и приемников) и наихудшие диапазоны синфазных напряжений были повторно рассчитаны, дабы удостовериться, что проектируемая система будет работать. Публикация TSB89 содержит раздел, специально посвященный таким вычислениям.

Число витых пар на каждый передатчик

Теперь, когда мы понимаем, какой нужен тип кабеля, возникает вопрос о том, каким количеством витых пар может управлять передатчик. Ответ короткий – точно одной. Хотя передатчик и может при некоторых обстоятельствах управлять более чем одной витой парой, это не предусмотрено спецификацией.

Поскольку затронуты высокие частоты и большие расстояния, должное внимание должно быть уделено эффектам, возникающим в линиях связи. Однако, детальное обсуждение этих эффектов и корректных методов согласования далеко выходит за рамки настоящей статьи. Помня об этом, техника согласования будет кратко рассмотрена в своей простейшей форме, постольку, поскольку она имеет отношение к RS-485.

Согласующий резистор – это просто резистор, который установлен на крайнем конце или концах кабеля (Рис. 4). В идеале, сопротивление согласующего резистора равно волновому сопротивлению кабеля.

Рис 4. Согласующие резисторы должны иметь сопротивление, равное волновому сопротивлению витой пары и должны размещаться на дальних концах кабеля.

Если сопротивление согласующих резисторов не равно волновому сопротивлению кабеля, произойдет отражение, т.е. сигнал вернется по кабелю обратно. Это описывается уравнением (Rt-Zo)/(Zo+Rt), где Zo – сопротивление кабеля, а Rt – номинал согласующего резистора. Хотя, в силу допустимых отклонений в кабеле и резисторе, некоторое отражение неизбежно, значительные расхождения могут вызвать отражения, достаточно большие для того, чтобы привести к ошибкам в данных. См. рисунок 5.

Рис. 5. Используя схему, показанную на верхнем рисунке, сигнал слева был получен с MAX3485, нагруженным на 120-омную витую пару, и 54-омным согласующим резистором. Сигнал справа был получен при корректном согласовании с помощью 120-омного резистора.

Помня об этом, важно обеспечить максимально-возможную близость значений сопротивления согласующего резистора и волнового сопротивления. Место установки согласующего резистора так-же очень важно. Согласующие резисторы должны всегда размещаться на дальних концах кабеля.

Как общее правило, согласующие резисторы должны быть помещены на обоих дальних концах кабеля. Хотя правильное согласование обоих концов абсолютно критично для большинства системных дизайнов, можно утверждать, что в одном специальном случае необходим только один согласующий резистор. Этот случай имеет место в системе, в которой имеется единственный передатчик, и этот единственный передатчик расположен на дальнем конце кабеля. В этом случае нет необходимости размещать согласующий резистор на конце кабеля с передатчиком, поскольку сигнал всегда распространяется от этого передатчика.

Максимальное число передатчиков и приемников в сети

Простейшая сеть на основе RS-485 состоит из одного передатчика и одного приемника. Хотя это и полезно в ряде приложении, но RS-485 привносит большую гибкость, разрешая более одного приемника и передатчика на одной витой паре. Допустимый максимум зависит от того, насколько каждое из устройств загружает систему.

В идеальном мире, все приемники и неактивные передатчики будут иметь бесконечный импеданс и никогда не будут нагружать систему. В реальном мире, однако, так не бывает. Каждый приемник, подключенный к сети и все неактивные передатчики увеличивают нагрузку. Чтобы помочь разработчику сети на основе RS-485 выяснить, сколько устройств могут быть добавлены к сети, была создана гипотетическая единица, называемая "единичная нагрузка (unit load)". Все устройства, которые подключаются к сети RS-485, должны характеризоваться отношением множителей или долей единичной нагрузки. Два примера – MAX3485, который специфицирован как 1 единичная нагрузка, и MAX487, который специфицирован как 1/4 единичной нагрузки. Максимальное число единичных нагрузок на витой паре (принимая, что мы имеем дело с должным образом согласованным кабелем, имеющим волновое сопротивление 120 Ом или больше) – 32. Для приведенных выше примеров это означает, что в одну сеть могут быть включены до 32 устройств MAX3485 или до 128 MAX487.

Примеры правильных сетей

Вооружившись приведенной выше информацией, мы готовы разработать некоторые сети на основе RS-485. Вот несколько простых примеров.

Один передатчик, один приемник

Простейшая сеть – это один передатчик и один приемник (Рисунок 6). В этом примере, согласующий резистор показан на кабеле на стороне передатчика. Хотя здесь это необязательно, вероятно хорошей привычкой было бы проектировать сети с обоими согласующими резисторами. Это позволят перемещать передатчик в места, отличные от дальнего конца кабеля, а также позволяет, если в этом возникнет необходимость, добавить в сеть дополнительные передатчики.

Рис. 6. Сеть RS-485 с одним передатчиком и одним приемником

Один передатчик, несколько приемников

На рисунке 7 представлена сеть с одним передатчиком и несколькими приемниками. Здесь важно, чтобы расстояния от витой пары до приемников были как можно короче.

Рис. 7. Сеть RS-485 с одним передатчиком и несколькими приемниками

На рисунке 8 представлена сеть с двумя приемопередатчиками.

Рис. 8. Сеть RS-485 с двумя приемопередатчиками

На рисунке 8 представлена сеть с несколькими приемопередатчиками. Как и в примере с одним передатчиком и несколькими приемниками, важно, чтобы расстояния от витой пары до приемников были как можно короче.

Рис. 9. Сеть RS-485 с несколькими приемопередатчиками

Примеры неправильных сетей

Ниже представлены примеры неправильно сконфигурированных систем. В каждом примере сравнивается форма сигнала, полученного от некорректно разработанной сети, с формой сигнала, полученного от должным образом разработанной системы. Форма сигнала измерялась дифференциально в точках A и B (A-B).

В этом примере, на концах витой пары отсутствуют согласующие резисторы. Поскольку сигнал распространяется от источника, он сталкивается с открытой цепью на конце кабеля. Это приводит к рассогласованию импедансов, вызывая отражение. В случае открытой цепи (как показано ниже), вся энергия отражается назад к источнику, вызывая сильное искажение формы сигнала.

Рис. 10. Несогласованная сеть RS-485 (вверху) и ее итоговая форма сигнала (слева) по сравнению с сигналом, полученным на правильно согласованной сети (справа)

Неправильное расположение терминатора

На рисунке 11 согласующий резистор (терминатор) присутствует, но его размещение отличается от дальнего конца кабеля. Поскольку сигнал распространяется от источника, он сталкивается с двумя рассогласованиями импеданса. Первое встречается на согласующем резисторе. Даже при том, что резистор согласован с волновым сопротивлением кабеля, есть еще кабель за резистором. Этот дополнительный кабель вызывает рассогласование, а значит и отражение сигнала. Второе рассогласование, это конец несогласованного кабеля, ведет к дополнительным отражениям.

Рис. 11. Сеть RS-485 с неправильно размещенным согласующим резистором (верхний рисунок) и ее итоговая форма сигнала (слева) по сравнению с сигналом, полученным на правильно согласованной сети (справа)

На рисунке 12 имеется целый ряд проблем с организацией межсоединений. Первая проблема заключается в том, что драйверы RS-485 разработаны для управления только одной, правильным образом согласованной, витой парой. Здесь же каждый передатчик управляет четырьмя параллельными витыми парами. Это означает, что требуемые минимальные логические уровни не могут гарантироваться. В дополнение к тяжелой нагрузке, имеется рассогласование импедансов в точке, где соединяются несколько кабелей. Рассогласование импедансов в очередной раз означает отражения и, как следствие, искажение сигнала.

Рис. 12. Сеть RS-485, некорректно использующая несколько витых пар

На рисунке 13, кабель корректно согласован и передатчик нагружен только на одну витую пару; однако сегмент провода в точке подключения (ответвитель – stub) приемника чрезмерно длинный. Длинные ответвители вызывают значительное рассогласование импедансов и, таким образом, отражение сигнала. Все ответвители должны быть как можно короче.

Рис. 13. Сеть RS-485 использующая 3-метровый ответвитель (рисунок сверху) и ее итоговый сигнал (слева) по сравнению с сигналом, полученным с коротким ответвлением