1 代表的な RS-485 ネットワークと終端の必要性

図 1-1 と図 1-2 は、それぞれ半二重と全二重の構成の標準的な RS-485 ネットワークを示したものです。これらのトポロジでは、関係するドライバ、レシーバ、トランシーバが、ネットワーク・スタブを介してメイン・ケーブル・トランクに接続されます。スタブは、トランシーバとケーブル・トランク間の電気的な距離で、実質的には終端されていないバス・ラインを表します。

全二重の実装には、2 組の信号ペア (4 線式) と全二重トランシーバが必要で、トランスミッタとレシーバ用に別々のバス・アクセス・ラインも必要です。全二重ネットワークを使用すると、ノードは一方のペアでデータを送信すると同時に、もう一方のペアでデータを受信でき、実効スループットが高くなります。半二重ネットワークでは、1 つの信号ペアのみを使用するので、データの駆動と受信は別のタイミングで行う必要があります。この構成は、全二重ネットワークよりもネットワークのケーブル配線コストが削減されますが、スループットは低下します。

市販されている RS-485 トランシーバのほとんどは半二重または全二重のどちらかで、それぞれのデバイスはピン配置とパッケージが異なります。システム設計者は、最初の問題として、半二重と全二重の設計のプラットフォームで、それぞれ別のデバイスを選択する必要があります。

電気信号は、銅のケーブル (物理媒体) を経由して、ドライバからネットワーク上のすべてのレシーバに流れます。ネットワークの駆動時、ドライバ (TX) の出力インピーダンスは低いのに対して、レシーバ (RX) の入力インピーダンスは一般に kΩ (キロオーム) 単位です。次の図に示すように、信号が中間ノード (ポイント A と B) のスタブや、(ノード n の) レシーバ入力端子などのインピーダンス不整合に直面するたびに、信号の一部が反射し、バス上の信号に干渉して信号品質が低下します。反射率 (r) は、式 1 で求められます。

ここで、Zt は終端インピーダンス、Zo はケーブル特性インピーダンスです。

伝送ラインの理論に従い、反射を最小限に抑えるには、インピーダンスの不整合の不連続性を制限することが重要です。このために、設計でスタブの長さを最小限に抑え、最も離れたノードを終端することをお勧めします。信号が両方向に伝送される場合、ネットワークの両端を適切に終端する必要があります。

バスを終端するのは、信号品質の向上のため効果的です。図 1-1 と図 1-2 に示すように、通常は両方の終端ノードが、値が伝送ケーブルの特性インピーダンスと一致する終端抵抗で終端されます。ビルディング・オートメーション (HVAC、サーモスタットなど) のような特定のアプリケーションでは、ノードを RS-485 ネットワークに追加または削除して再構成できます。これにより、システム設計者にとって 2 番目と 3 番目の問題が発生します。終端ノード用のアプリケーション基板は、中間ノードとは異なる方法で設計する必要があり、ネットワークの終端を再構成するには技術者が人手で介入する必要があります。これは、ケーブルの極性反転や不適切な終端など、人為的なミスが起きやすい手順です。