Wie kehrt der Strom von RS485-Signalen vom Empfänger zum Sender zurück?

1.) Wie genau sehen die Stromschleifen aus, wenn der Master mit den Slaves kommuniziert?

Bei Hochgeschwindigkeitssignalen (nicht DC) hängt die Antwort davon ab, ob es sich bei der Schnittstelle um Streifenleitung/Mikrostreifen (Spur über GND) oder verdrillte Paare handelt.

Im ersten Fall fließt der Rückstrom für jedes Signal des Diff-Paares direkt unter der signalführenden Leiterbahn, vorausgesetzt, die GND-Ebene ist nicht unterbrochen. Denn die einzelnen Leiterbahnen koppeln viel stärker an die Rückebene als aneinander. Es ist eine falsche Aussage zu sagen, dass sich die + und - Ströme aufheben. Sie fließen jeweils unabhängig voneinander unter ihrer jeweiligen Signalspur.

Im zweiten Fall koppeln die einzelnen Adern des Twisted Pair viel stärker aneinander als an ihre Umgebung. In diesem Fall ist es also richtig zu sagen, dass der Strom von einem Draht entlang des anderen zurückkehrt.

Wenn nun die beiden Signale des Diff-Paares ein Ungleichgewicht aufweisen (leicht unterschiedliche Verzögerungen oder Versätze oder Amplituden), führt dies dazu, dass ein Gleichtaktstrom entlang beider Spuren fließt. Dieser Gleichtaktstrom fließt ebenfalls in einer Schleife und muss zur Antriebsquelle zurückgeführt werden. Dieser Strom fließt so, dass die Gesamtschleifeninduktivität minimiert wird, was bedeutet, dass die Schleifenfläche des Stroms minimiert wird.

In der Streifenleitungs-/Mikrostreifenkonfiguration verläuft dieser Rückweg durch die GND-Ebene. In der Twisted-Pair-Konfiguration kann dieser Pfad durch Chassis- und Strukturverbindungen (nicht wünschenswert) oder durch die Abschirmung des Kabels führen, das die Twisted-Pairs trägt.

2.) Wie kann ich auch für hohe Frequenzen einen besseren Stromrückweg gestalten?

Kurz gesagt, minimieren Sie den Schleifenbereich, in dem die Ströme fließen.

Schauen Sie sich auch diesen Beitrag an: Wo fließt der Rückstrom für ein Differenzsignal?

Kommentieren Sie den grünen Rückweg

Was Sie als Rückweg für Strom gezeigt haben - den grünen Weg in Ihrem Diagramm - ist korrekt für die Eingangsströme, die in die oder aus den einzelnen Eingängen der Diff-Empfänger fließen. Dieser Strom liegt normalerweise in der Größenordnung von Mikroampere oder mehreren zehn Mikroampere, abhängig von den Besonderheiten des verwendeten Empfängers, und muss zum Treiber zurückgeleitet werden. In Ihrem Diagramm ist der grüne Pfad die einzige Möglichkeit für diesen Stromfluss. Beachten Sie, dass je nachdem, wie Ihr Stromversorgungssystem implementiert und geerdet ist, möglicherweise ein anderer Schleichweg durch das Chassis / die Struktur involviert ist. Auch dieser Strom ist mehr oder weniger Gleichstrom.

Von https://www2.htw-dresden.de/%7Ehuhle/ArtScienceRS485.pdf

Die Signale A und B sind komplementär, aber das bedeutet nicht, dass ein Signal eine Stromrückgabe für das andere ist. RS-485 ist keine Stromschleife.

Die Treiber und Empfänger müssen sich eine gemeinsame Masse teilen. Aus diesem Grund ist „Zweidrahtnetzwerk“ eine falsche Bezeichnung, wenn es auf RS-485 angewendet wird.

Die differenzielle Übertragung mit RS-485 erfordert, dass die Gleichtaktspannungsgrenzen eingehalten werden. Die gemeinsame Masse soll größere Potentialunterschiede zwischen den Stationen vermeiden. Eine galvanische Trennung zwischen mehreren Stationen würde nicht funktionieren.

Wenn Sie größere Potenzialunterschiede wünschen, sollten Sie sich isolierte RS-485-Transceiver wie den ADM2485 oder ISO35T ansehen .

Dies ist keine detaillierte Antwort (Sie haben bereits viele davon erhalten), sondern ein Kommentar zu einem Missverständnis, das eine treibende Kraft hinter Ihrer Frage zu sein scheint.

...durch die geschalteten Lasten fließt ein nicht unerheblicher Strom durch die GND-Leitung. Aufgrund der Impedanz der GND-Leitung sollte daher das GND-Potenzial für jeden Slave leicht unterschiedlich sein.

Das Problem ist, dass das GND-Potential, gemessen gegen eine gemeinsame Masse, nicht vom Strom in einem Draht abhängt . Wenn Sie die Spannung zwischen zwei Enden messen, hängt sie sicher vom Strom ab und kann sehr groß sein. Aber die Gleichtaktspannung funktioniert nicht auf diese Weise. Wenn Sie aufgrund einiger Umgebungsbedingungen Schwankungen des GND-Potentials haben, gelten die gleichen Bedingungen normalerweise auch für die Signalleitungen. Das ist der springende Punkt, Erdungskabel zusammen mit Signalen zu führen, selbst wenn Differenzialsignale verwendet werden - um die Gleichtaktspannung auszugleichen. Und ja, um einen Signalrückweg bereitzustellen, mit Strömen, die im Vergleich zum Gesamtstrom in einem Kabel winzig sein können, aber dennoch gut funktionieren.

RS-485 mit einem doppelt abgeschirmten 120-Ohm-STP-Kabel mit niedriger Kapazität von Belden kann auf ein Produkt mit einer BW-Länge von 150 MHz und 20 MHz in der Regel auf max .

Für eine 0,25-m-Leitung haben Sie also eine überschüssige Bandbreite und könnten diese theoretisch auf 150 MHz-m/40 MHz über etwa 4 m erweitern. Die CMRR-Probleme entstehen, wenn Endgeräte CM-Rauschen C haben, das von ihrer Isolation Tfmr gekoppelt ist, was eine schlechte BER verursacht. Wenn dies der Fall ist, wird zum Erhöhen der CM-Impedanz und zum Isolieren von Masse ein AC-Protokoll wie BiPhase oder RLL im Ethernet-Protokoll verwendet, wobei ein AC-gekoppelter R + C-Sekundär-Mittelabgriffsunterschied verwendet wird. Modus und CM-Drossel kombiniert zu einem "hybriden" Tfmr für den PHY.

Die nichtlineare Dämpfung von Oberschwingungen kann zu ISI oder Jitter führen, der musterabhängig bei Bandbreiten von 1T, 2T ist, wenn ein Problem mit einem Kabel besteht und sogar vorkompensiert wird, wie es bei der Magnetaufzeichnung der Fall war, aber wahrscheinlich nicht erforderlich ist, es sei denn, Sie wollten dies 20Mbps.

• Daher ist die Anpassung der Treiberimpedanz an den 120-Trunk unerlässlich
• Die EMI ist auf eine unsymmetrische Kopplung jeder verdrillten Leitung mit doppelten Abschirmungen zurückzuführen. Wenn Erdstrom vorhanden ist, kann dieser gemessen werden, ob er Rauschen enthält oder wie viel Signal mit einer 10:1-Oszilloskopsonde emittiert wird, die um ein Kabel mit einer sehr kurzen Erdungsschleife gewickelt wird, um die Koaxialresonanz zu minimieren oder die Resonanz f > 40 MHz oder einen besseren Strom anzuheben Sonde.

Ihre größte Emissionsquelle ist wahrscheinlich die parasitäre Induktivität, die nicht auf LEDs mit PWM abgestimmt ist. Berücksichtigen Sie daher bei Bedarf eine Slew-Rate-Reduzierung und ein STP-Kabel.

Sie möchten 1 Master und 19 Slaves, die von demselben Netzteil versorgt werden, Signalfrequenz 250 KBit/s, 10 cm Flachkabel zwischen zwei Slaves.

Die Gesamtlänge des Busses beträgt also nur 2 m, die Frequenz liegt deutlich unter 10 MHz, das ist mit RS-485 überhaupt kein Problem. Ich würde Busabschluss an beiden Enden empfehlen

1. Für alle Zwecke können Sie sich vorstellen, dass der RS-485-Empfänger in der Praxis ein Eingang mit hoher Impedanz ist und die Datenleitungen differentiell sind. Was also am Sender-A-Pin ausgeht, wird vom Sender-B-Pin versenkt und fließt über die Abschlusswiderstände. Unter normalen Bedingungen würde kein Datenleitungsstrom in VCC oder Masse an den Empfängern enden, zumindest nicht in einer signifikanten Menge, um die Sie sich Sorgen machen sollten. Und da verdrillte Adernpaare für die differentiellen Daten verwendet werden, ist die Schleifenfläche klein und würde die magnetische Kopplung wirksam aufheben.

2. Da Ihre Frage auf einer falschen Annahme zu beruhen scheint, wie RS-485 funktioniert, benötigen Sie möglicherweise keinen besseren Strompfad.

3. RS-485 sollte problemlos funktionieren. Ein Sender, 19 Empfänger, 250 kbps, die zum Senden von Befehlen an die Beleuchtung verwendet werden – Sie haben DMX-512 quasi aus Versehen neu erfunden.

Sie vernachlässigen, dass genau zur gleichen Zeit, zu der eine der Differentiallinien positiv wird, die andere negativ wird. Die beiden Leitungen werden an ihren Enden mit einem Widerstand (üblicherweise 120 Ohm) abgeschlossen. Ein Ausgang des Treibers liefert Strom, während der andere sinkt. Diese Situation wird sich in Abhängigkeit davon umkehren, ob eine Eins oder eine Null übertragen wird.

Die beiden Ströme sind gleich und entgegengesetzt und heben sich auf. Alles, was im Massekreis übrig bleibt, ist der Gleichstrom, der die Eingänge antreibt. Die Empfänger sind relativ zu den Abschlüssen hochohmig, sodass der größte Teil des Stroms durch die Differenzleitungen von einem Treiberausgang und dann zurück zum anderen fließt. Nur sehr wenig fließt durch den Boden.

Während der Übergänge wird ein gewisser Strom in die Masse in die Kapazität fließen, die jede Leitung zu Masse haben muss. Dies sollte weitgehend aufgehoben werden, je nachdem, wie gut die differentiellen Leitungen angepasst sind – bei perfekter Anpassung würde überhaupt kein Erdungs-Wechselstrom fließen.