RS-422 vs RS-485: Serial Diferencial Comparado

RS-422 y RS-485 son ambos estándares seriales diferenciales, y ambos se encuentran todavía en equipos industriales, control de iluminación, sistemas de edificios y equipos de laboratorio antiguos. La diferencia que importa es la topología: RS-422 es un driver que alimenta hasta diez receptores, punto a punto o punto a multipunto, mientras que RS-485 es un bus multipunto genuino donde hasta 32 cargas unitarias comparten un par y se turnan para transmitir. Si está uniendo dos dispositivos en un tramo largo, cualquiera puede funcionar; si está poniendo varios dispositivos en un cable, quiere RS-485.

Ambos estándares están definidos por EIA/TIA, y ambos usan la misma idea: en lugar de un cable medido contra tierra, la señal es la diferencia de voltaje entre dos cables, A y B. El ruido que se acopla al cable tiende a aparecer en ambos cables por igual, por lo que la diferencia en el receptor permanece limpia. Es por eso que estos estándares alcanzan mucho más allá de los 15 m (50 ft) que permiten los pines seriales RS-232 de un solo extremo.

RS-422 y RS-485 lado a lado

RS-422 es el más simple de los dos. Un driver, hasta diez receptores, y como normalmente usa dos pares trenzados puede funcionar en dúplex completo: los datos fluyen en ambos sentidos a la vez. Es la elección natural para un enlace entre dos equipos a través de un cable largo, como un controlador que habla con una pantalla remota o un codificador de movimiento.

RS-485 mantiene la señalización diferencial pero añade la capacidad de poner muchos dispositivos en un par. El estándar cuenta 32 cargas unitarias en un bus; una carga unitaria es una impedancia de entrada definida, y los transceptores clasificados a una fracción de una carga unitaria permiten superar ese recuento. Los dispositivos comparten el par y se turnan, por lo que RS-485 suele ser semidúplex en dos hilos. RS-485 de cuatro hilos ofrece dúplex completo en un bus multipunto, con un maestro transmitiendo en un par y los esclavos respondiendo en el otro.

Distancia y velocidad

Ambos estándares alcanzan 1200 m (4000 ft) a bajas velocidades, y ambos alcanzan 10 Mbps a distancias cortas. Las dos cifras no están disponibles a la vez: a medida que aumenta la velocidad de datos, la longitud de cable utilizable disminuye. Un enlace de 10 Mbps es un tramo corto de banco o gabinete; un tramo largo a través de un sitio funciona a una velocidad en baudios modesta. El límite lo establece el tiempo de subida de la señal y el cable, no solo el driver.

Use par trenzado para los conductores A y B. Un tercer conductor para tierra de señal es práctica normal aunque la señal en sí sea diferencial, porque los dos extremos aún necesitan una referencia común dentro del rango que aceptan los transceptores. En tramos largos entre edificios, las diferencias de potencial de tierra pueden exceder ese rango, y un repetidor aislado o un enlace de fibra es la respuesta en lugar de un cable de tierra más grueso.

RS-232 vs RS-485 en la práctica

La diferencia práctica entre RS-232 y RS-485 no son los niveles de voltaje sino la topología y el alcance. RS-232 es de un solo extremo, un driver a un receptor, y el estándar permite 15 m (50 ft) a 19,200 baudios, con velocidades en baudios más bajas llegando más lejos. RS-485 es diferencial, alcanza 1200 m (4000 ft), y pone muchos dispositivos en un cable.

Es por eso que tantos equipos industriales usan RS-485 y tantos equipos de banco usan RS-232. Una red Modbus RTU es RS-485: un maestro sondea una cadena de medidores, variadores o PLCs en un solo par trenzado. Un portátil conectado al puerto de consola de un router es RS-232. Los dos no son intercambiables a nivel eléctrico, y conectar un puerto RS-232 directamente a un bus RS-485 no funcionará y puede dañar el transceptor. Se necesita un convertidor, y el convertidor debe coincidir con el control de dirección que espera el bus.

Cableado Modbus RS-485

Modbus RTU sobre RS-485 es el lugar más común donde la gente encuentra este estándar, y la mayoría de los fallos son fallos de cableado en lugar de fallos de protocolo.

• Cadena margarita, no estrella. El bus va de dispositivo a dispositivo. Una estrella, donde varios cables se encuentran en un punto, crea derivaciones que reflejan la señal. Mantenga cualquier derivación corta.
• A y B deben ser consistentes. Los fabricantes etiquetan el par de manera diferente, a veces A y B, a veces D+ y D-, a veces más y menos. Si el bus no responde, intercambiar el par en un extremo es lo primero que hay que probar.
• Termine ambos extremos. Una resistencia de 120 ohmios a través de A y B en cada extremo físico del bus, y solo allí. Los dispositivos en medio del bus no se terminan.
• Polarice si el bus flota. Cuando ningún driver está activo, un bus terminado puede quedar en un nivel indeterminado y el receptor puede leer ruido como datos. Las resistencias de polarización en un punto mantienen el estado inactivo.
• Tierra y blindaje. Lleve la tierra de señal con el par, y conecte el blindaje en un extremo para evitar un bucle de tierra.

Terminación y la regla de 120 ohmios

La terminación RS-485 es una resistencia de 120 ohmios a través de los dos hilos de señal en cada extremo del bus. El valor coincide con la impedancia característica del par trenzado, por lo que absorbe la señal en lugar de dejarla reflejarse de vuelta por el cable. Los reflejos llegan al receptor como bordes adicionales y corrompen los datos, y el efecto empeora a medida que el cable se alarga y aumenta la velocidad de datos.

Dos errores son comunes. El primero es colocar terminadores en cada dispositivo del bus: con varias resistencias de 120 ohmios en paralelo, el bus se sobrecarga y el nivel de señal cae. El segundo es no colocar ninguno: los enlaces cortos de banco a menudo funcionan, luego fallan una vez que se extiende el cable. Termine los dos extremos físicos y nada en medio.

RS-422 usa el mismo valor de 120 ohmios, pero como normalmente es un solo par de driver y receptor, el terminador va en el extremo lejano del par receptor. Algunos enlaces RS-422 cortos funcionan sin terminación; cuanto más largo es el cable, más importa.

Conectores y pines

Ninguno de los estándares fija un conector. RS-422 y RS-485 aparecen en conectores DE-9, bloques de terminales, tomas RJ45, conectores circulares de 5 pines y enchufes propietarios, y la asignación de pines la establece el fabricante del equipo, no el estándar. Lea el manual del dispositivo que tiene delante.

Donde se usa un DE-9, una disposición común de RS-485 pone el par en los pines 1 y 2 o en los pines 3 y 8, con tierra en el pin 5, pero esto es una convención más que una regla. En los bloques de terminales, el par suele estar marcado A y B o D+ y D-, con un terminal de tierra separado. En RJ45, el control de iluminación DMX512 usa los pines 1 y 2 para el par de datos y los pines 7 y 8 para un segundo par, también por convención.

Como la asignación de pines no está estandarizada, un cable que funciona entre dos dispositivos de una marca puede no funcionar entre dos de otra. Etiquete ambos extremos y guarde una nota de la asignación de pines utilizada.

Conectar un PC a un bus RS-485

La mayoría de las computadoras ya no tienen puerto serial, por lo que el enlace suele ser un adaptador USB. Un adaptador USB a RS-485 contiene un chip convertidor y un transceptor, y necesita el driver correcto. Los escollos son los mismos que para otros adaptadores seriales: los chips convertidores falsificados pueden ser bloqueados por los drivers del fabricante genuino, y un adaptador con salida TTL no es una interfaz RS-485 en absoluto. Se aplican las mismas reglas que para adaptadores USB a serial en general, con el punto adicional de que un adaptador RS-485 debe manejar el control de dirección de transmisión, ya sea automáticamente o mediante una línea de handshake.

Qué sale mal

• Mezclar estándares. RS-232, RS-422 y RS-485 no son intercambiables. Alimentar un puerto RS-232 a un bus RS-485, o lo contrario, puede dañar el transceptor en el lado de bajo voltaje. Use un convertidor adecuado.
• HVD en un bus de bajo voltaje. Los dispositivos diferenciales de alto voltaje nunca deben conectarse a un bus de un solo extremo o diferencial de bajo voltaje. El desajuste puede destruir los transceptores.
• Cableado en estrella. Un bus es una cadena. Las ramas y derivaciones causan reflejos que aparecen como errores intermitentes, a menudo solo en cables largos o a velocidades en baudios más altas.
• Terminación incorrecta. Los terminadores en cada dispositivo sobrecargan el bus; sin terminadores en los extremos quedan reflejos. Ambos producen errores que parecen fallos de protocolo.
• A y B intercambiados. El bus está silencioso. Intercambie el par en un extremo.
• Sin referencia de tierra. El par diferencial aún necesita una referencia común dentro del rango del transceptor. Sin ella, los tramos largos entre edificios fallan, y las diferencias de potencial de tierra pueden dañar los puertos.
• Cable no trenzado. Los conductores paralelos captan ruido de manera diferente en cada cable, lo que anula todo el propósito de la señalización diferencial. Use par trenzado.
• Demasiadas cargas unitarias. Más de 32 cargas unitarias estándar en un bus, o una mezcla de cargas completas y fraccionarias que sumen más allá del límite, sobrecargan los drivers.

Elegir entre ellos

Para un enlace entre dos dispositivos a través de un cable largo, RS-422 es la respuesta directa: un driver, hasta diez receptores, dúplex completo en dos pares, terminado en el extremo lejano. Para una red de dispositivos en un cable, RS-485 es la respuesta: un par trenzado en cadena margarita, terminadores de 120 ohmios en ambos extremos, una tierra de señal, y un protocolo como Modbus RTU o DMX512 para mantener el tráfico ordenado. Ambos alcanzan 1200 m (4000 ft) a bajas velocidades y 10 Mbps a distancias cortas, y ambos dependen mucho más del cableado correcto que de los propios transceptores.