RS-422 vs RS-485：差動シリアル比較

RS-422とRS-485はどちらも差動シリアル規格であり、産業機器、照明制御、ビルシステム、古い実験装置などで今も見られます。重要な違いはトポロジーです。RS-422は1つのドライバが最大10のレシーバを駆動するポイントツーポイントまたはポイントツーマルチポイントであり、RS-485は最大32の単位負荷が1つのペアを共有し順番に送信する真のマルチポイントバスです。長距離で2台のデバイスを接続するならどちらでも機能しますが、1本のケーブルに複数のデバイスを接続するならRS-485が必要です。

両規格はEIA/TIAによって定義され、同じ考え方を用います。グランドに対して1本のワイヤを測定するのではなく、信号は2本のワイヤAとB間の電圧差です。ケーブルに結合するノイズは両方のワイヤに等しく現れる傾向があるため、レシーバでの差はクリーンなままです。これが、これらの規格がシングルエンドのRS-232シリアルピンアウトが許容する15 m (50 ft)をはるかに超えて到達する理由です。

RS-422とRS-485の比較

RS-422は2つの中でよりシンプルです。1つのドライバ、最大10のレシーバ、そして通常2つのツイストペアを使用するため全二重で動作できます。データは同時に両方向に流れます。長いケーブルで2つの機器を接続するリンク、たとえばコントローラが遠隔ディスプレイやモーションエンコーダと通信する場合に自然な選択です。

RS-485は差動信号方式を維持しつつ、1つのペアに多数のデバイスを接続する能力を追加します。規格ではバス上の32単位負荷を数えます。単位負荷は定義された入力インピーダンスであり、単位負荷の何分の1かに定格されたトランシーバを使用すればその数を超えることができます。デバイスはペアを共有し順番に送信するため、RS-485は通常2線で半二重です。4線式RS-485はマルチポイントバスで全二重を提供し、1つのマスタが1つのペアで送信し、スレーブがもう一方のペアで応答します。

距離と速度

両規格とも低速時で1200 m (4000 ft)に達し、短距離で10 Mbpsに達します。2つの数値を同時に得ることはできません。データレートが上がると使用可能なケーブル長が短くなります。10 Mbpsリンクは短いベンチまたはキャビネット内の配線です。サイトを横断する長い配線は控えめなボーレートで動作します。限界は信号の立ち上がり時間とケーブルによって決まり、ドライバだけでは決まりません。

AとBの導体にはツイストペアを使用してください。信号自体は差動であっても、両端はトランシーバが許容する範囲内で共通の基準が必要なため、信号グランド用の第3の導体が通常の慣行です。建物間の長い配線では、グランド電位差がその範囲を超えることがあり、より太いグランド線ではなく絶縁リピータまたはファイバリンクが答えです。

実践におけるRS-232とRS-485の比較

RS-232とRS-485の実用的な違いは電圧レベルではなく、トポロジーと到達距離です。RS-232はシングルエンドで1ドライバ対1レシーバ、標準では19,200ボーで15 m (50 ft)を許容し、より低いボーレートではさらに延長できます。RS-485は差動で1200 m (4000 ft)に達し、1本のケーブルに多数のデバイスを接続します。

そのため、多くの産業機器はRS-485を使用し、多くのベンチ機器はRS-232を使用します。Modbus RTUネットワークはRS-485です。1つのマスタが1本のツイストペア上で一連のメータ、ドライブ、PLCをポーリングします。ラップトップをルータのコンソールポートに接続するのはRS-232です。両者は電気レベルで互換性がなく、RS-232ポートをRS-485バスに直接接続しても機能せず、トランシーバを損傷する可能性があります。コンバータが必要であり、コンバータはバスが期待する方向制御に一致しなければなりません。

Modbus RS-485の配線

RS-485上のModbus RTUは、この規格に遭遇する最も一般的な場面であり、障害のほとんどはプロトコル障害ではなく配線障害です。

• デイジーチェーン、スターは不可。 バスはデバイスからデバイスへと配線します。複数のケーブルが1点に集まるスターは、信号を反射するスタブを生み出します。スタブは短く保ってください。
• AとBは一貫させる。 メーカーはペアのラベルを異なる方法で付けます。AとB、D+とD-、プラスとマイナスなどです。バスが応答しない場合、一端でペアを入れ替えるのが最初に試すことです。
• 両端を終端する。 バスの各物理端でAとB間に120オーム抵抗を、それ以外には取り付けません。バス中間のデバイスは終端しません。
• バスがフロートする場合はバイアス。 ドライバがアクティブでないとき、終端されたバスは不定レベルに留まり、レシーバがノイズをデータとして読み取る可能性があります。1点にバイアス抵抗を設けてアイドル状態を保持します。
• グランドとシールド。 信号グランドをペアと一緒に配線し、グランドループを避けるためにシールドは一端で接続します。

終端と120オームの規則

RS-485の終端は、バスの各端で2本の信号線間に120オーム抵抗を接続することです。この値はツイストペアの特性インピーダンスに一致するため、信号をケーブルに反射させずに吸収します。反射は余分なエッジとしてレシーバに到達しデータを破壊し、ケーブルが長くなりデータレートが上がるにつれて悪化します。

よくある2つの間違いがあります。1つ目はバス上のすべてのデバイスに終端を取り付けることです。複数の120オーム抵抗が並列になるとバスが過負荷になり信号レベルが低下します。2つ目はまったく取り付けないことです。短いベンチリンクはしばしば動作しますが、ケーブルを延長すると失敗します。2つの物理端を終端し、その間には何も取り付けないでください。

RS-422も同じ120オーム値を使用しますが、通常は単一のドライバとレシーバのペアであるため、終端は受信ペアの遠端に配置します。一部の短いRS-422リンクは終端なしで動作します。ケーブルが長いほど重要になります。

コネクタとピンアウト

どちらの規格もコネクタを固定していません。RS-422とRS-485はDE-9コネクタ、端子台、RJ45ジャック、5ピン円形コネクタ、独自プラグに現れ、ピンアウトは規格ではなく機器メーカーによって設定されます。目の前のデバイスのマニュアルを読んでください。

DE-9が使用される場合、一般的なRS-485の配置ではペアをピン1と2またはピン3と8に、グランドをピン5に置きますが、これは規則ではなく慣例です。端子台ではペアは通常AとBまたはD+とD-と表示され、別のグランド端子があります。RJ45では、DMX512照明制御がデータペアにピン1と2を、2番目のペアにピン7と8を使用しますが、これも慣例によるものです。

ピンアウトが標準化されていないため、あるメーカーの2つのデバイス間で動作するケーブルが、別のメーカーの2つの間では動作しない場合があります。両端にラベルを付け、使用したピンアウトを記録しておいてください。

PCをRS-485バスに接続する

ほとんどのコンピュータにはシリアルポートがなくなったため、リンクは通常USBアダプタです。USB-RS-485アダプタにはコンバータチップとトランシーバが含まれ、適切なドライバが必要です。落とし穴は他のシリアルアダプタと同じです。偽造コンバータチップは純正メーカーのドライバによってブロックされることがあり、TTL出力のアダプタはRS-485インターフェースではありません。一般的なUSBシリアルアダプタと同じルールが適用され、さらにRS-485アダプタは送信方向制御を自動またはハンドシェイクラインを介して処理しなければならないという点が追加されます。

何が問題になるか

• 規格の混在。 RS-232、RS-422、RS-485は互換性がありません。RS-232ポートをRS-485バスに接続したり、その逆を行うと、低電圧側のトランシーバを損傷する可能性があります。適切なコンバータを使用してください。
• 低電圧バスへのHVD。 高電圧差動デバイスをシングルエンドまたは低電圧差動バスに接続してはいけません。ミスマッチはトランシーバを破壊する可能性があります。
• スター配線。 バスはチェーンです。分岐とスタブは反射を引き起こし、しばしば長いケーブルまたは高いボーレートでのみ断続的なエラーとして現れます。
• 誤った終端。 すべてのデバイスに終端を付けるとバスが過負荷になります。端に終端がないと反射が残ります。どちらもプロトコル障害に見えるエラーを生み出します。
• AとBの入れ替え。 バスは沈黙します。一端でペアを入れ替えてください。
• グランド基準がない。 差動ペアでもトランシーバの範囲内で共通の基準が必要です。これがないと、建物間の長い配線は失敗し、グランド電位差がポートを損傷する可能性があります。
• ツイストされていないケーブル。 平行導体は各ワイヤでノイズを異なる形で拾い、差動信号方式の意味を台無しにします。ツイストペアを使用してください。
• 単位負荷が多すぎる。 1つのバスに32標準単位負荷を超える、または制限を超えるフル負荷と分数負荷の混在は、ドライバを過負荷にします。

どちらを選ぶか

長いケーブルで2つのデバイスを接続する場合、RS-422が straightforward な答えです。1つのドライバ、最大10のレシーバ、2ペアで全二重、遠端で終端します。1本のケーブルにデバイスのネットワークを接続する場合、RS-485が答えです。デイジーチェーン接続されたツイストペア、両端の120オーム終端、信号グランド、そしてトラフィックを秩序正しく保つためのModbus RTUやDMX512などのプロトコルです。どちらも低速時で1200 m (4000 ft)、短距離で10 Mbpsに達し、トランシーバ自体よりも正しい配線に大きく依存します。