RS-422 vs RS-485 : comparatif des liaisons série différentielles

RS-422 et RS-485 sont deux normes série différentielles, et toutes deux se rencontrent encore dans l’équipement industriel, l’éclairage de scène, les systèmes de bâtiment et le matériel de laboratoire ancien. La différence qui compte est la topologie : RS-422 est un pilote alimentant jusqu’à dix récepteurs, point à point ou point à multipoint, tandis que RS-485 est un véritable bus multipoint où jusqu’à 32 charges unitaires partagent une paire et transmettent à tour de rôle. Si vous reliez deux appareils sur une longue distance, l’un ou l’autre convient ; si vous placez plusieurs appareils sur un même câble, il vous faut du RS-485.

Les deux normes sont définies par l’EIA/TIA, et toutes deux reposent sur la même idée : au lieu d’un fil mesuré par rapport à la masse, le signal est la différence de tension entre deux fils, A et B. Le bruit qui se couple sur le câble a tendance à apparaître également sur les deux fils, si bien que la différence au niveau du récepteur reste propre. C’est pourquoi ces normes dépassent largement les 15 m (50 ft) que permettent les broches série RS-232 asymétriques.

RS-422 et RS-485 côte à côte

RS-422 est la plus simple des deux. Un pilote, jusqu’à dix récepteurs, et comme elle utilise normalement deux paires torsadées, elle peut fonctionner en full duplex : les données circulent dans les deux sens en même temps. C’est le choix naturel pour une liaison entre deux équipements sur un câble long, comme un contrôleur qui dialogue avec un afficheur distant ou un codeur de mouvement.

RS-485 conserve la signalisation différentielle mais ajoute la possibilité de placer de nombreux appareils sur une seule paire. La norme compte 32 charges unitaires sur un bus ; une charge unitaire est une impédance d’entrée définie, et des émetteurs-récepteurs notés pour une fraction de charge unitaire permettent de dépasser ce nombre. Les appareils partagent la paire et transmettent à tour de rôle, ce qui explique que le RS-485 soit généralement half duplex sur deux fils. Le RS-485 quatre fils offre le full duplex sur un bus multipoint, avec un maître qui émet sur une paire et les esclaves qui répondent sur l’autre.

Distance et débit

Les deux normes atteignent 1200 m (4000 ft) à bas débit, et toutes deux atteignent 10 Mbps sur courte distance. Les deux chiffres ne sont pas disponibles en même temps : quand le débit augmente, la longueur de câble utilisable diminue. Une liaison à 10 Mbps est une courte liaison d’établi ou d’armoire ; une longue liaison à travers un site fonctionne à un débit modeste. La limite est fixée par le temps de montée du signal et par le câble, pas par le pilote seul.

Utilisez une paire torsadée pour les conducteurs A et B. Un troisième conducteur pour la masse de signal est une pratique courante même si le signal lui-même est différentiel, car les deux extrémités ont toujours besoin d’une référence commune dans la plage acceptée par les émetteurs-récepteurs. Sur de longues liaisons entre bâtiments, les différences de potentiel de masse peuvent dépasser cette plage, et la solution est un répéteur isolé ou une liaison fibre plutôt qu’un fil de masse plus gros.

RS-232 vs RS-485 en pratique

La différence pratique entre RS-232 et RS-485 n’est pas dans les niveaux de tension mais dans la topologie et la portée. RS-232 est asymétrique, un pilote vers un récepteur, et la norme autorise 15 m (50 ft) à 19 200 bauds, les débits plus faibles allant plus loin. RS-485 est différentiel, atteint 1200 m (4000 ft) et place de nombreux appareils sur un même câble.

C’est pourquoi tant d’équipements industriels utilisent le RS-485 et tant d’équipements de laboratoire utilisent le RS-232. Un réseau Modbus RTU est du RS-485 : un maître interroge une chaîne de compteurs, de variateurs ou d’automates sur une seule paire torsadée. Un ordinateur portable connecté au port console d’un routeur, c’est du RS-232. Les deux ne sont pas interchangeables au niveau électrique, et connecter directement un port RS-232 à un bus RS-485 ne fonctionnera pas et peut endommager l’émetteur-récepteur. Un convertisseur est nécessaire, et il doit correspondre au contrôle de direction attendu par le bus.

Câblage Modbus RS-485

Modbus RTU sur RS-485 est l’endroit le plus courant où l’on rencontre cette norme, et la plupart des pannes sont des défauts de câblage plutôt que des défauts de protocole.

• Guirlande, pas étoile. Le bus va d’appareil en appareil. Une étoile, où plusieurs câbles se rejoignent en un point, crée des dérivations qui réfléchissent le signal. Gardez toute dérivation courte.
• A et B doivent être cohérents. Les fabricants étiquettent la paire différemment, parfois A et B, parfois D+ et D-, parfois plus et moins. Si le bus ne répond pas, inverser la paire à une extrémité est la première chose à essayer.
• Terminez les deux extrémités. Une résistance de 120 ohms entre A et B à chaque extrémité physique du bus, et uniquement là. Les appareils en milieu de bus ne sont pas terminés.
• Polarisez si le bus flotte. Quand aucun pilote n’est actif, un bus terminé peut se trouver à un niveau indéterminé et le récepteur peut lire du bruit comme des données. Des résistances de polarisation à un point maintiennent l’état de repos.
• Masse et blindage. Faites courir la masse de signal avec la paire, et connectez le blindage à une seule extrémité pour éviter une boucle de masse.

Terminaison et la règle des 120 ohms

La terminaison RS-485 est une résistance de 120 ohms entre les deux fils de signal à chaque extrémité du bus. La valeur correspond à l’impédance caractéristique de la paire torsadée, de sorte qu’elle absorbe le signal au lieu de le laisser se réfléchir le long du câble. Les réflexions arrivent au récepteur comme des fronts supplémentaires et corrompent les données, et l’effet s’aggrave avec la longueur du câble et l’augmentation du débit.

Deux erreurs sont courantes. La première est de placer des terminaisons sur chaque appareil du bus : avec plusieurs résistances de 120 ohms en parallèle, le bus est surchargé et le niveau du signal chute. La seconde est de n’en placer aucune : les courtes liaisons d’établi fonctionnent souvent, puis échouent une fois le câble allongé. Terminez les deux extrémités physiques et rien entre elles.

RS-422 utilise la même valeur de 120 ohms, mais comme il s’agit normalement d’un seul couple pilote-récepteur, la terminaison se place à l’extrémité de la paire de réception. Certaines liaisons RS-422 courtes fonctionnent sans terminaison ; plus le câble est long, plus elle compte.

Connecteurs et brochages

Aucune des deux normes ne fixe de connecteur. RS-422 et RS-485 se rencontrent sur des connecteurs DE-9, des borniers, des prises RJ45, des connecteurs circulaires 5 broches et des fiches propriétaires, et le brochage est défini par le fabricant de l’équipement, pas par la norme. Lisez le manuel de l’appareil qui est devant vous.

Lorsqu’un DE-9 est utilisé, une disposition RS-485 courante place la paire sur les broches 1 et 2 ou sur les broches 3 et 8, avec la masse sur la broche 5, mais c’est une convention plutôt qu’une règle. Sur les borniers, la paire est généralement marquée A et B ou D+ et D-, avec une borne de masse séparée. Sur RJ45, le contrôle d’éclairage DMX512 utilise les broches 1 et 2 pour la paire de données et les broches 7 et 8 pour une seconde paire, là encore par convention.

Comme le brochage n’est pas normalisé, un câble qui fonctionne entre deux appareils d’une même marque peut ne pas fonctionner entre deux autres. Étiquetez les deux extrémités et notez le brochage utilisé.

Connecter un PC à un bus RS-485

La plupart des ordinateurs n’ont plus de port série, aussi la liaison se fait généralement par un adaptateur USB. Un adaptateur USB vers RS-485 contient une puce de conversion et un émetteur-récepteur, et il a besoin du bon pilote. Les pièges sont les mêmes que pour les autres adaptateurs série : les puces de conversion contrefaites peuvent être bloquées par les pilotes du fabricant d’origine, et un adaptateur à sortie TTL n’est pas du tout une interface RS-485. Les mêmes règles s’appliquent que pour les adaptateurs USB vers série en général, avec en plus le fait qu’un adaptateur RS-485 doit gérer le contrôle de direction d’émission, soit automatiquement, soit par une ligne de handshake.

Ce qui ne va pas

• Mélanger les normes. RS-232, RS-422 et RS-485 ne sont pas interchangeables. Injecter un port RS-232 dans un bus RS-485, ou l’inverse, peut endommager l’émetteur-récepteur côté basse tension. Utilisez un convertisseur approprié.
• HVD sur un bus basse tension. Les appareils différentiels haute tension ne doivent jamais être connectés à un bus asymétrique ou différentiel basse tension. L’incompatibilité peut détruire les émetteurs-récepteurs.
• Câblage en étoile. Un bus est une chaîne. Les ramifications et les dérivations provoquent des réflexions qui se manifestent par des erreurs intermittentes, souvent uniquement sur de longs câbles ou à des débits élevés.
• Mauvaise terminaison. Des terminaisons sur chaque appareil surchargent le bus ; pas de terminaison aux extrémités laisse des réflexions. Les deux produisent des erreurs qui ressemblent à des défauts de protocole.
• A et B inversés. Le bus reste silencieux. Inversez la paire à une extrémité.
• Pas de référence de masse. La paire différentielle a toujours besoin d’une référence commune dans la plage de l’émetteur-récepteur. Sans elle, les longues liaisons entre bâtiments échouent, et les différences de potentiel de masse peuvent endommager les ports.
• Câble non torsadé. Des conducteurs parallèles captent le bruit différemment sur chaque fil, ce qui annule tout l’intérêt de la signalisation différentielle. Utilisez une paire torsadée.
• Trop de charges unitaires. Plus de 32 charges unitaires standard sur un bus, ou un mélange de charges pleines et fractionnaires qui dépasse la limite, surcharge les pilotes.

Choisir entre les deux

Pour une liaison entre deux appareils sur un câble long, RS-422 est la réponse simple : un pilote, jusqu’à dix récepteurs, full duplex sur deux paires, terminé à l’extrémité. Pour un réseau d’appareils sur un même câble, RS-485 est la réponse : une paire torsadée en guirlande, des terminaisons de 120 ohms aux deux extrémités, une masse de signal, et un protocole tel que Modbus RTU ou DMX512 pour garder le trafic ordonné. Les deux atteignent 1200 m (4000 ft) à bas débit et 10 Mbps sur courte distance, et toutes deux dépendent bien plus d’un câblage correct que des émetteurs-récepteurs eux-mêmes.