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Intersil (2.Teil)

Ein Tutorial über RS-485-Transceiver

27. Oktober 2015, 10:40 Uhr | Von Jeff Lies, Applications Engineer Precision Products für Intersil

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Cable-Invert-Funktion

OVP-Bausteine mit Cable-Invert-Funktion

In RS-485-Netzen mit vielen Bus-Knoten kann es vorkommen, dass diese falsch verdrahtet werden (d.h. Datenleitungen werden vertauscht). Das Testen und erneute Verdrahten von Steckern ist allerdings sehr zeitaufwändig. Eine bessere Lösung sind RS-485-Transceiver mit Cable-Invert-Funktion, auch Polaritätsumkehr, genannt. Das einfache Umlegen eines Jumpers oder die Zustandsänderung einer GPIO-Leitung kehrt die Polarität des Transceivers um. Damit kann der falsch verdrahtete Knoten ordnungsgemäß auf dem Bus kommunizieren.
Bei einem herkömmlichen RS-485-Transceiver sind die Empfänger-/Sender-A/Y-Anschlüsse der nicht-invertierende Eingang; die B/Z-Anschlüsse sind die invertierenden Anschlüsse. Eine Umkehr der Verbindungen von diesen Anschlüssen zum Bus invertiert die empfangenen und gesendeten Daten, was zu einer unverständlichen Kommunikation führt.

Ein Transceiver mit einer Polaritätsumkehrfunktion arbeitet als normaler Transceiver mit einem inaktiven Polaritätsumkehreingang. Der Transceiver kehrt jedoch die Polarität der Busanschlüsse um, wenn der Eingang für die Polaritätswahl in den aktiven Zustand geschaltet wird. Damit werden die B/Z-Anschlüsse zu nicht-invertierenden Anschlüssen; A/Y werden die invertierenden Anschlüsse. Damit kommuniziert der Transceiver korrekt – selbst wenn seine Busverbindungen umgekehrt sind. Die ISL3248XE-5V-Serie und der 3-5V ISL32437E sowie ISL32457E bieten diese Cable-Invert-Funktion.

Ein Problem mit früheren Cable-Invert-Funktionen war, dass die zuvor beschriebene Invertierung auch den Full-Failsafe-Ausgangsstatus umkehrt. Die Aktivierung der Funktion sorgt beim Empfänger für die Ausgabe einer logischen 0, wenn seine Eingänge schwebend oder kurzgeschlossen sind. Dies ist das Gegenteil, was der Mikrocontroller erwartet. Intersil löste dieses Problem durch eine patentierte Funktion, die FFS beibehält – unabhängig davon, ob der Empfänger normale oder invertierte Polarität aufweist. Die Bausteine sind damit einfach einsetzbar.

Sehr schnelle Transceiver (>25 MBit/s)

Echtzeit-Anwendungen wie Robotik, Antriebssteuerungen (EnDat2.2) und Datenerfassung, benötigen hohe Datenraten (> 25 MBit/s), um die Latenzzeit zu minimieren und den Datendurchsatz zu erhöhen. Sehr hohe Datenraten erfordern niedrige Tx- und Rx-Laufzeitverzögerungen, um Verzerrung des Tastverhältnisses zu minimieren. Außerdem sind niedrige Laufzeitverzögerungen zwischen den Bausteinen erforderlich, um schnelle parallele Anwendungen (SCSI Fast-20 und Fast-40) zu ermöglichen.

Wie wichtig niedrige Laufzeitverzögerungen sind, zeigt ein Beispiel, bei dem Empfänger und Treiber jeweils Laufzeitverzögerungen von 5 ns aufweisen: Bei der Eingabe eines 100-ns-Impulses (10 MBit/s) in einen der Bausteine führt dies zu einem Ausgangsimpuls zwischen 95 und 105 ns. Geht der Versatz beider Bausteine in die gleiche Richtung (additiv), kann ein zwischen zwei Mikrocontrollern gesendetes Bit auf der Empfangsseite nur 90 ns lang sein. Dies entspricht einer Verzerrung von lediglich 10 Prozent; aber wenn der gleiche Empfänger und Treiber ein 40-MBit/s-Signal (25 ns Bitbreite) übertragen, führt die gleiche Laufzeitverzögerung zu einer inakzeptablen Pulsbreitenverzerrung von 40 Prozent.

Schnelle Transceiver, wie die von Intersil, weisen eine maximale Empfänger und Treiber Laufzeit-verzögerung von 1,5 ns und zwischen den Bausteinen von 4 ns auf. Der ISL3179E (3 V) und ISL3159E (5 V) sind beide für 40 MBit/s ausgelegt, während der ISL3259E (5 V) mit Datenraten bis zu 100 MBit/s arbeitet. Alle Bausteine sind als 125-°C-Option (erweiterter industrieller Temperaturbereich) erhältlich und eignen sich somit beispielsweise auch für Antriebssteuerungen. Sie werden im MSOP- und DFN-Gehäuse für platzbeschränkte Anwendungen ausgeliefert und bieten ±15 kV ESD-Schutz nach IEC. Hinzu kommt, dass der ISL3159E und ISL3259E eine Treiber-Ausgangsspannung von VOD >2,1 V bieten, was deren Einsatz in schnellen Profibus-DP-Netzwerken erlaubt.

Fazit

Trotz der Vielzahl an RS-485/RS-422-Bausteinen am Markt vereinfacht das Verständnis gängiger Designprobleme und der Transceiver-Funktionen zur Lösung dieser Probleme die Wahl des am besten geeigneten RS-485-Transceivers für eine bestimmte Anwendung.

Weitere Informationen über RS-485/RS-422-Transceiver von Intersil unter: www.intersil.com/en/products/interface/serial-interface.html.