Broche de mise à la terre du réseau RS485 - quand se connecter?

Comme beaucoup le savent, on peut implémenter une simple communication nœud à nœud rs485 en utilisant seulement deux fils, A et B. Eh bien, la norme spécifie de connecter la masse des deux nœuds ensemble.

de Wikipedia:

En plus des connexions A et B, la norme EIA spécifie également un troisième point d'interconnexion appelé C, qui est la masse de référence du signal commun.

Je suis tombé sur des dizaines d'articles qui parlent de cette troisième connexion mais je ne comprenais toujours pas le concept.

1. Pourquoi le récepteur ne peut-il pas simplement agir comme un simple voltmètre? mesurer la tension entre A et B?
2. Si les deux nœuds fonctionnent sur batterie (batterie différente pour chaque nœud), la connexion à la terre fait-elle une différence?
3. Pourquoi est-il préférable que les nœuds (extérieurs) soient mis à la terre lorsque les câbles sont longs?
4. En quoi cette connexion à la terre est-elle bonne pour la protection contre les transitoires?

Remarque: je ne prétends pas avoir la réponse la plus scientifique mais j'essaierai d'expliquer les choses comme je les comprends.

1. Je ne sais pas si l'argument Voltmètre est valide à 100%, car il s'agit d'un appareil à basse vitesse, un exemple plus approprié serait l'oscilloscope à batterie ou une sonde d'oscilloscope différentiel.

2. Rappelez-vous la définition de la tension qui est une différence de potentiel entre 2 points. Les signaux A et B sont différenciés par les composants électriques à l'intérieur de l'amplificateur (principalement des transistors), qui ont tous des valeurs nominales maximales absolues entre leur base et leur collecteur / émetteur. sol. Par conséquent, les tensions A et B sont dénuées de sens sans spécifier à quoi elles sont référencées. Par exemple, si la différence entre A et B est de 2,5 V mais que cette tension est décalée de 20 V au-dessus de l'alimentation de l'amplificateur du récepteur, l'amplificateur verrait-il (2,5 ou 22,5)?

3. 4: Les câbles extérieurs longue distance sont plus sujets au bruit ou aux décharges électrostatiques ou à toute source de charge ou de courant qui peut entrer dans le bus (qui a une impédance spécifique et une résistance CC), donc si la quantité de charge / courant est suffisamment élevée multipliée par la résistance supérieure (d'un câble long) provoquerait une pointe de tension plus importante au niveau du récepteur qui pourrait l'endommager. La mise à la terre dans cette situation peut être utilisée pour fournir un chemin pour les pointes frappant le bouclier, et peut être utilisée comme référence de terre stable.

Que le circuit du récepteur RS485 puisse être changé pour être flottant et entièrement capable d'agir comme le voltmètre / oscilloscope pourrait être tout à fait possible en ajoutant des composants supplémentaires, des circuits d'isolement, etc. mais avec un coût, une complexité et une taille supplémentaires qui sont tous au-delà de la capacité d'un petit CI tel que le MAX485.

C'est un mythe que vous pouvez faire fonctionner les interfaces RS485 sans que le fil de terre commun (C) soit connecté entre les différents périphériques sur le bus. Le récepteur n'est capable de mesurer le potentiel relatif entre les signaux A et B que lorsque la tension de mode commun des entrées A et B est maintenue entre -7 V et +12 V de la référence GND du récepteur.

L'idée que les deux côtés de l'interface fonctionnant sur piles feraient en quelque sorte une différence est également un mythe. Tout dépend de la tension en mode commun entre l'émetteur GND et le récepteur GND. La troisième connexion de fil maintient la tension de mode commun sous contrôle. Sans cela, toute influence indue sur l'une ou l'autre unité ou sur le bus entre les deux peut entraîner une tension de mode commun dépassant la plage de -7 V à +12 V. Cette influence pourrait être due au couplage à d'autres systèmes via EMI. Il peut également être courant de voir cela apparaître comme une variation CA qui suit la fréquence de la ligne principale.

Vous avez raison en ce qu'un pur récepteur pourrait simplement mesurer la différence entre les deux lignes de signal. Cependant, tout moyen de le faire aura une plage de mode commune dans laquelle les signaux individuels doivent rester. La spécification donne la plage de modes communs que les nœuds doivent pouvoir tolérer.

Sans un troisième fil de référence, il n'y a aucun moyen de définir cette tension de mode commun, et il n'y aurait alors aucun moyen de rendre un récepteur qui est garanti conforme.

Même si votre récepteur a été configuré pour que les lignes de données conduisent des opto-isolateurs, par exemple, vous avez toujours une limitation de tension en mode commun. Il peut s'agir de quelques milliers de volts au lieu de quelques volts, mais il y aura toujours une tension de mode commun au-delà de laquelle le récepteur ne fonctionnera plus.

Jusqu'à présent, il s'agissait simplement de recevoir le signal RS-485. La commande des signaux RS-485 est beaucoup plus limitative. Les signaux de données sont spécifiés comme étant de 0-5 V nominal par rapport au fil de terre. Sans fil de terre, vous n'avez aucun moyen de vous en assurer. Le circuit qui pilote les deux signaux sera référencé à quelque chose. Ce quelque chose doit être connecté aux autres émetteurs et récepteurs du bus.

Sur la base des autres réponses, je vais offrir ceci à titre d'exemple. Veuillez garder à l'esprit que cette réponse suit le vieil adage "parfois, un peu d'inexactitude permet d'économiser des tonnes d'explications".

Disons que vous avez deux appareils RS485 qui sont isolés électriquement. Vous connectez les lignes A et B normalement. Cependant, en raison de capacités parasites et d'autres vaudous de génie électrique, l'un des appareils flotte à 3000 volts de plus que l'autre.

Pas de problème non? Le récepteur ne voit que les lignes A et B à 3000V et 3012V, il sélectionne le différentiel 12V qui est conforme aux spécifications et c'est parti?

Eh bien, en raison des capacités parasites, les appareils ne sont pas réellement isolés à 100%, et donc l'appareil récepteur voit en fait 3000 volts sur les lignes A et B par rapport à sa propre alimentation. La puce RS485 qu'elle utilise est uniquement conçue pour fournir 2500 volts d'isolement, de sorte que la tension entrante est capable de sauter cette puce et de faire frire une autre partie des circuits. Le courant disponible à cette tension est minuscule pour que vous ne voyiez même pas d'étincelle, mais il suffit de causer des dommages de type ESD à d'autres circuits intégrés du circuit, les empêchant de fonctionner correctement.

En connectant un fil GND entre les deux appareils, la différence de 3000 volts sera supprimée par le même courant microscopique traversant le fil GND au lieu des autres circuits intégrés de l'appareil, et le décalage de 3000 volts sur les lignes de signalisation A et B disparaîtra.

À certains égards, la ligne GND sert un objectif similaire ici en tant que résistance de rappel, garantissant que toutes les lignes de signal sont à des niveaux connus plutôt que flottant de manière aléatoire partout.

Oui, la spécification RS485 ne regarde que la différence entre les lignes de signal A et B, mais chaque appareil a également une tension maximale autorisée entre sa propre alimentation GND et les lignes de signal. Empêcher cette tension particulière de sortir de la plage se fait en s'assurant que tous les GND de l'appareil sont identiques, donc un fil GND entre tous les appareils RS485 fait exactement cela. Oui, en théorie, les appareils isolés électriquement n'auront pas de tensions massives entre eux, dans la pratique, il semble que l'isolement ne soit pas toujours parfait, alors ne comptez pas dessus.

Le point C est un chemin de retour pour le courant sur A et B. Cela permet au courant de revenir à la source pour terminer le circuit.