RS-422 vs RS-485: Seriais Diferenciais Comparados

RS-422 e RS-485 são ambos padrões seriais diferenciais, e ambos ainda são encontrados em equipamentos industriais, controle de iluminação, sistemas prediais e equipamentos de laboratório mais antigos. A diferença que importa é a topologia: RS-422 é um driver alimentando até dez receptores, ponto a ponto ou ponto a multiponto, enquanto RS-485 é um barramento multiponto genuíno onde até 32 cargas unitárias compartilham um par e se revezam para transmitir. Se você está conectando dois dispositivos em um trecho longo, qualquer um dos dois pode funcionar; se você está colocando vários dispositivos em um cabo, você quer RS-485.

Ambos os padrões são definidos pela EIA/TIA, e ambos usam a mesma ideia: em vez de um fio medido em relação ao terra, o sinal é a diferença de tensão entre dois fios, A e B. O ruído que se acopla ao cabo tende a aparecer igualmente nos dois fios, então a diferença no receptor permanece limpa. É por isso que esses padrões alcançam muito além dos 15 m (50 ft) que o RS-232 serial pinouts single-ended permite.

RS-422 e RS-485 lado a lado

RS-422 é o mais simples dos dois. Um driver, até dez receptores, e como normalmente usa dois pares trançados, pode operar em full duplex: os dados fluem nos dois sentidos ao mesmo tempo. É a escolha natural para um link entre dois equipamentos em um cabo longo, como um controlador conversando com um display remoto ou um encoder de movimento.

RS-485 mantém a sinalização diferencial, mas adiciona a capacidade de colocar muitos dispositivos em um par. O padrão conta 32 cargas unitárias em um barramento; uma carga unitária é uma impedância de entrada definida, e transceptores classificados como uma fração de carga unitária permitem exceder essa contagem. Os dispositivos compartilham o par e se revezam, e é por isso que RS-485 geralmente é half duplex em dois fios. RS-485 de quatro fios oferece full duplex em um barramento multiponto, com um mestre transmitindo em um par e os escravos respondendo no outro.

Distância e velocidade

Ambos os padrões alcançam 1200 m (4000 ft) em velocidades menores, e ambos alcançam 10 Mbps em distâncias curtas. As duas figuras não estão disponíveis ao mesmo tempo: à medida que a taxa de dados aumenta, o comprimento de cabo utilizável cai. Um link de 10 Mbps é um trecho curto de bancada ou painel; um trecho longo através de um site opera em uma taxa de transmissão modesta. O limite é definido pelo tempo de subida do sinal e pelo cabo, não apenas pelo driver.

Use par trançado para os condutores A e B. Um terceiro condutor para terra de sinal é prática normal, mesmo que o sinal em si seja diferencial, porque as duas extremidades ainda precisam de uma referência comum dentro da faixa que os transceptores aceitam. Em trechos longos entre edifícios, diferenças de potencial de terra podem exceder essa faixa, e um repetidor isolado ou um link de fibra é a resposta, em vez de um fio de terra mais pesado.

RS-232 vs RS-485 na prática

A diferença prática entre RS-232 e RS-485 não são os níveis de tensão, mas a topologia e o alcance. RS-232 é single-ended, um driver para um receptor, e o padrão permite 15 m (50 ft) a 19.200 baud, com taxas de transmissão menores operando mais longe. RS-485 é diferencial, alcança 1200 m (4000 ft) e coloca muitos dispositivos em um cabo.

É por isso que tanto equipamento industrial usa RS-485 e tanto equipamento de bancada usa RS-232. Uma rede Modbus RTU é RS-485: um mestre consulta uma cadeia de medidores, drives ou CLPs em um único par trançado. Um laptop conectado à porta console de um roteador é RS-232. Os dois não são intercambiáveis no nível elétrico, e conectar uma porta RS-232 diretamente a um barramento RS-485 não funcionará e pode danificar o transceptor. É necessário um conversor, e o conversor deve corresponder ao controle de direção que o barramento espera.

Fiação Modbus RS-485

Modbus RTU sobre RS-485 é o lugar mais comum onde as pessoas encontram esse padrão, e a maioria das falhas são falhas de fiação, não de protocolo.

• Daisy chain, não estrela. O barramento vai de dispositivo em dispositivo. Uma estrela, onde vários cabos se encontram em um ponto, cria stubs que refletem o sinal. Mantenha qualquer stub curto.
• A e B devem ser consistentes. Os fabricantes rotulam o par de forma diferente, às vezes A e B, às vezes D+ e D-, às vezes mais e menos. Se o barramento não responder, trocar o par em uma extremidade é a primeira coisa a tentar.
• Termine ambas as extremidades. Um resistor de 120 ohm entre A e B em cada extremidade física do barramento, e somente ali. Dispositivos no meio do barramento não são terminados.
• Polarize se o barramento flutuar. Quando nenhum driver está ativo, um barramento terminado pode ficar em um nível indeterminado e o receptor pode ler ruído como dados. Resistores de polarização em um ponto mantêm o estado ocioso.
• Terra e blindagem. Passe o terra de sinal junto com o par, e conecte a blindagem em uma extremidade para evitar um loop de terra.

Terminação e a regra dos 120 ohm

A terminação RS-485 é um resistor de 120 ohm entre os dois fios de sinal em cada extremidade do barramento. O valor corresponde à impedância característica do par trançado, então absorve o sinal em vez de deixá-lo refletir de volta pelo cabo. Reflexões chegam ao receptor como bordas extras e corrompem os dados, e o efeito piora à medida que o cabo fica mais longo e a taxa de dados aumenta.

Dois erros são comuns. O primeiro é instalar terminadores em cada dispositivo do barramento: com vários resistores de 120 ohm em paralelo, o barramento fica sobrecarregado e o nível de sinal cai. O segundo é não instalar nenhum: links curtos de bancada frequentemente funcionam, depois falham quando o cabo é estendido. Termine as duas extremidades físicas e nada entre elas.

RS-422 usa o mesmo valor de 120 ohm, mas como normalmente é um único par driver-receptor, o terminador vai na extremidade oposta do par receptor. Alguns links RS-422 curtos operam sem terminação; quanto mais longo o cabo, mais isso importa.

Conectores e pinagens

Nenhum dos padrões fixa um conector. RS-422 e RS-485 aparecem em conectores DE-9, blocos de terminais, jacks RJ45, conectores circulares de 5 pinos e plugs proprietários, e a pinagem é definida pelo fabricante do equipamento, não pelo padrão. Leia o manual do dispositivo à sua frente.

Onde um DE-9 é usado, um arranjo comum de RS-485 coloca o par nos pinos 1 e 2 ou nos pinos 3 e 8, com terra no pino 5, mas isso é uma convenção, não uma regra. Em blocos de terminais, o par geralmente é marcado como A e B ou D+ e D-, com um terminal de terra separado. Em RJ45, o controle de iluminação DMX512 usa os pinos 1 e 2 para o par de dados e os pinos 7 e 8 para um segundo par, novamente por convenção.

Como a pinagem não é padronizada, um cabo que funciona entre dois dispositivos de uma marca pode não funcionar entre dois de outra. Etiquete ambas as extremidades e mantenha uma nota da pinagem usada.

Conectando um PC a um barramento RS-485

A maioria dos computadores não tem mais porta serial, então o link geralmente é um adaptador USB. Um adaptador USB para RS-485 contém um chip conversor e um transceptor, e precisa do driver correto. As armadilhas são as mesmas de outros adaptadores seriais: chips conversores falsificados podem ser bloqueados pelos drivers do fabricante genuíno, e um adaptador com saída TTL não é uma interface RS-485 de forma alguma. As mesmas regras se aplicam a USB to serial adapters em geral, com o ponto adicional de que um adaptador RS-485 deve lidar com o controle de direção de transmissão, seja automaticamente ou através de uma linha de handshake.

O que dá errado

• Misturar padrões. RS-232, RS-422 e RS-485 não são intercambiáveis. Alimentar uma porta RS-232 em um barramento RS-485, ou o inverso, pode danificar o transceptor no lado de baixa tensão. Use um conversor adequado.
• HVD em um barramento de baixa tensão. Dispositivos diferenciais de alta tensão nunca devem ser conectados a um barramento single-ended ou diferencial de baixa tensão. A incompatibilidade pode destruir os transceptores.
• Fiação em estrela. Um barramento é uma cadeia. Ramificações e stubs causam reflexões que aparecem como erros intermitentes, frequentemente apenas em cabos longos ou em taxas de transmissão mais altas.
• Terminação errada. Terminadores em cada dispositivo sobrecarregam o barramento; nenhum terminador nas extremidades deixa reflexões. Ambos produzem erros que parecem falhas de protocolo.
• A e B trocados. O barramento fica silencioso. Troque o par em uma extremidade.
• Sem referência de terra. O par diferencial ainda precisa de uma referência comum dentro da faixa do transceptor. Sem ela, trechos longos entre edifícios falham, e diferenças de potencial de terra podem danificar as portas.
• Cabo não trançado. Condutores paralelos captam ruído de forma diferente em cada fio, o que anula todo o propósito da sinalização diferencial. Use par trançado.
• Muitas cargas unitárias. Mais de 32 cargas unitárias padrão em um barramento, ou uma mistura de cargas totais e fracionárias que soma além do limite, sobrecarrega os drivers.

Escolhendo entre eles

Para um link entre dois dispositivos em um cabo longo, RS-422 é a resposta direta: um driver, até dez receptores, full duplex em dois pares, terminado na extremidade oposta. Para uma rede de dispositivos em um cabo, RS-485 é a resposta: um par trançado em daisy chain, terminadores de 120 ohm em ambas as extremidades, um terra de sinal, e um protocolo como Modbus RTU ou DMX512 para manter o tráfego ordenado. Ambos alcançam 1200 m (4000 ft) em velocidades menores e 10 Mbps em distâncias curtas, e ambos dependem muito mais de uma fiação correta do que dos próprios transceptores.