EIA-485

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Schaltbild eines EIA-422/EIA-485 Receiver

Schaltbild eines EIA-422/EIA-485 Transmitter

EIA-485 (auch: RS-485) ist ein Schnittstellen-Standard für leitungsgebundene, differentielle, serielle Datenübertragung. EIA-485 benutzt ein Leitungspaar, um eine invertierte und eine nichtinvertierte Version des Datensignals zu übertragen. Am Empfänger wird aus der Differenz dieser beiden Signalen das ursprüngliche Datensignal rekonstruiert. Dies hat den Vorteil, dass sich Gleichtaktstörungen nicht auf die Übertragung auswirken und somit die Störsicherheit vergrößert wird. Im Gegensatz zu EIA-232 sind so wesentlich längere Übertragungsstrecken und höhere Geschwindigkeiten möglich. Gegenüber dem EIA-422-Standard besitzen die Sender durch einen integrierten Widerstand kurzschlussfeste Ausgangsstufen, so dass auch ein kurzzeitiges Gegensenden zweier Sender nicht zu Defekten führt. An einem Adernpaar dürfen außerdem mehrere Sender und mehrere Empfänger angeschlossen sein ('Multipoint').

[Bearbeiten] Standard

Namensgebend ist die Electronic Industries Alliance (EIA), die ihre Standards früher mit der Bezeichnung RS für Radio Sector herausgab. Mit der Erweiterung auf Fachgebiete auch über die Radiotechnik hinaus blieb zwar das Präfix erhalten, war aber offiziell keine Abkürzung mehr. Heute wird RS meist als Recommended Standard gelesen. Der Standard wird inzwischen von der Telecommunications Industry Association (kurz TIA) verwaltet, hat die Bezeichnung TIA-485-A und den Titel Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems (ANSI/TIA/EIA-485-A-98) (R2003). Der letzte Teil der Bezeichnung besagt, dass der Standard ohne technische Änderungen im Jahr 2003 bestätigt wurde.

[Bearbeiten] Technik

Bei der seriellen Datenübertragung werden die Bits hintereinander auf einer Leitung übertragen, im Gegensatz zur parallelen Datenübertragung, bei der die Bits gleichzeitig auf mehreren Leitungen übertragen werden.

Die Schnittstelle arbeitet mit einer Potentialdifferenz von +/-200 mV als differentielle, auf halbe Betriebsspannung bezogene Spannungsschnittstelle im Gegensatz zur massebezogenen EIA-232-Schnittstelle oder zur alten TTY-Stromschnittstelle der Fernschreiber. Auf einer Ader wird das Signal und auf der anderen Ader das invertierte (oder negierte) Signal übertragen. Da sich Störungen auf beide Signale gleich auswirken, bleibt die Differenz beider Signale annähernd gleich und es findet eine wirksame Gleichtaktunterdrückung statt.

Die EIA-485 Schnittstelle benutzt in der Regel nur ein Adernpaar und wird halbduplex betrieben, mit zwei Adernpaaren ist aber auch Vollduplexbetrieb möglich. Die Verbindung ist multipoint fähig, das heißt es können bis zu 32 Teilnehmer (oder Unit Loads, eine hypothetische Lastgrösse) an den EIA-485-Bus angeschlossen werden. Es existieren Transceiverbausteine welche 1/2, 1/4 oder sogar nur 1/8 Unit Load darstellen. Diese Bausteine haben dann gegenüber einem normalen Transceiver einen doppelten, vierfachen oder achtfachen Eingangswiderstand. Damit können Netzwerke mit bis zu 256 Teilnehmern (1/8 Unit Load) aufgebaut werden. Üblich werden Kabellängen bis zu 1,2 km und Übertragungsraten bis 10 MBit/s unterstützt, wobei die maximale Übertragungsrate nur bei Leitungslängen von bis zu 12 m erreicht wird. Die tatsächlich mögliche maximale Netzwerkgrösse und die maximale Übertragungsrate sind außerdem stark vom Aufbau des Netzwerks abhängig. Insbesondere Sterntopologien sollten aufgrund der so entstehenden langen Stichleitungen vermieden werden, vorteilhaft ist der Aufbau in Kettenform Daisy Chain.

Da die EIA-485 Schnittstelle ein Bussystem (im Gegensatz zur Punkt-zu-Punkt-Verbindung bei EIA-232) darstellt, sollten die Leitungsenden (zumindest bei größeren Leitungslängen bzw. größeren Übertragungsraten) abgeschlossen werden. Es wird in der Regel ein passiver Abschluss durch Verbinden der Signalleitungen über jeweils einen 120 Ω Widerstand an den beiden Busenden verwendet.

Bei großen Leitungslängen kann es durch den Spannungsabfall zu größeren Potentialdifferenzen zwischen den Busteilnehmern kommen, die die Kommunikation behindern. Dies kann durch Mitführen der Masseleitung verbessert oder durch eine galvanische Trennung (Optokoppler) vermieden werden.

EIA-485 spezifiziert nur die elektrischen Eigenschaften des Interfaces, es definiert kein Protokoll und auch keine Steckerbelegung. Deshalb existiert keine einheitliche Pinbelegung eines EIA-485-Steckers, so dass bei Verwendung verschiedener EIA-485-Geräte immer die Dokumentation des Gerätes beachtet werden muss. Beim Profibus, der auf der EIA-485 Norm basiert, werden beispielsweise die Pins 3 und 8 von 9-poligen D-Sub-Steckern und Buchsen für die Datenleitung benutzt.

[Bearbeiten] Übersicht über die wichtigsten Spezifikationen

[Bearbeiten] EIA-485 und EIA-422

Aufgrund der großen Ähnlichkeit werden EIA-485 und EIA-422 oft synonym verwendet, EIA-422 wird als Untermenge des EIA-485 Standards angesehen. Beide Standards sind aber nicht zu 100 % miteinander kompatibel. EIA-485 Bauteile können zwar ohne Probleme in EIA-422 Netzwerken verwendet werden, umgekehrt ist dies aber nicht der Fall. Wichtige Unterschiede sind:

• EIA-422 Bauteile besitzen in der Regel keinen Driver-Enable, mit dem der Sender abgeschaltet werden kann. In einem Netzwerk mit mehreren Treibern können EIA-422 Bauteile deshalb nicht eingesetzt werden, da es sonst dazu kommen kann, dass zwei Treiber gegeneinander treiben. EIA-422 Bauteile sind dagegen nicht geschützt.
• Bei EIA-422 Bauteilen, die doch über einen Driver-Enable verfügen, reicht die Treiberstärke nicht aus, um ein an beiden Enden terminiertes Netzwerk zu treiben.
• Die Gleichtakt-Spannungsfestigkeit ist bei EIA-422 Treibern nicht so groß wie bei den EIA-485 Empfängern. Wenn in Netzen mit mehreren Treibern Gleichtakt-Spannungen bzw. Offsets auftreten, die für den Empfänger noch erlaubt sind, können die maximal zulässigen Spannungen am Treiber schon überschritten sein.

In einem EIA-485 Netzwerk sollten EIA-422 Bauteile deshalb nur als Empfänger eingesetzt werden. Hierbei muss aber noch beachtet werden, dass ein EIA-422 Empfänger mit seinen 4 kΩ Eingangswiderstand 3 Unit Loads entspricht.

[Bearbeiten] Unterschied zu EIA-232

Die alte Schnittstelle EIA-232 (Punkt- zu Punkt-Verbindung) hat im Gegensatz zu den neueren Standards RS422 (ein Sender, mehrere Empfänger) und EIA-485 (mehrere Sender, mehrere Empfänger) völlig andere Pegelverhältnisse. EIA-232 ist zwar ebenfalls differentiell konzipiert, aber besitzt auf beiden Adern tatsächlich einen Nullpegel als Schaltschwelle zwischen High- und Low-Signal.

Bei den neueren Schnittstellen (EIA-422, EIA-485) erkannte man hingegen, dass die Qualität einer symmetrischen Signalübertragung völlig unabhängig von der Höhe der Schaltschwelle (Mittenpotential) ist. Legt man die Schaltschwelle einfach mittig zwischen GND und VDD, so wird mit gewöhnlichen BiCMOS-Ausgangsstufen eine der EIA-232 fast gleichwertige Übertragungsqualität erreicht.

Die Vorteile sind unübersehbar: Einerseits entfällt die Erzeugung positiver und negativer Hilfsspannungen komplett, damit sinkt der Bauelementeaufwand erheblich, andererseits gestatten die nun kleineren Signalhübe eine erhebliche Reduktion der Verlustleistung, da Anpassung an den (unveränderlich kleinen) Wellenwiderstand der Leitung stets erforderlich ist. Als Nebeneffekt bei gleichem Verschiebungsstrom (I / C = du / dt) entsteht zusätzlich ein Geschwindigkeitsgewinn, bei geringerem Hub und gleicher Flankensteilheit hat der Pegel schneller den Endwert erreicht. Damit konnte die übertragbare Datenrate trotz verminderter Verlustleistung erheblich gesteigert werden.

[Bearbeiten] Siehe auch

EIA-422, EIA-232, USB, CAN, DMX

[Bearbeiten] Weblinks

• Elektronik-Projekt
• Roboter Netz RS485
• Kolter Elektronik - Schnittstellen
• Standards betreffend TIA/EIA-485-A bei der TIA