RS485ネットワークのグランドピン-接続するタイミング

多くの人が知っているように、AとBの2本のワイヤのみを使用して、ノード間rs485通信を実装できます。

ウィキペディアから：

AおよびB接続に加えて、EIA規格は、共通の信号基準グランドであるCと呼ばれる3番目の相互接続ポイントも指定しています。

私はこの3番目の接続について述べているが、概念を理解できなかった何十もの記事を見つけました。

1. 受信機が単純な電圧計として機能しないのはなぜですか？AとB間の電圧を測定しますか？
2. 両方のノードがバッテリーで動作している場合（ノードごとに異なるバッテリー）、接地接続に違いはありますか？
3. ケーブルが長いときに（屋外）ノードを接地する方が良いのはなぜですか？
4. この接地接続は、過渡からの保護にどのように役立ちますか？

注：私は最も科学的な答えを持っていると主張していませんが、私はそれらを理解する方法で物事を説明しようとします。

1. 電圧計の引数が100％有効かどうかはわかりません。これは低速デバイスであるため、より適切な例は、バッテリー駆動オシロスコープまたは差動オシロスコーププローブです。

2. 2点間の電位差である電圧の定義を思い出してください。信号AとBは、アンプ内部の電気コンポーネント（主にトランジスタ）によって区別されます。これらはすべて、ベースとコレクタ/エミッタ間に絶対最大定格があります。これは、それ自体に対する差動アンプ最大コモンモード入力電圧と呼ばれます。接地。したがって、A電圧とB電圧は、参照先を指定しなければ意味がありません。たとえば、AとBの差が2.5vであるが、この電圧がレシーバーのアンプ電源より20vシフトしている場合、アンプは（2.5または22.5）を参照しますか？

3. 4：長距離屋外ケーブルは、ノイズやESD、またはバスに入る可能性のある充電または電流のソース（特定のインピーダンスとDC抵抗を持っている）になりやすいので、充電/電流の量が高い抵抗を掛けた十分な大きさの場合（長いケーブルの）は、レシーバーでより大きな電圧スパイクを引き起こし、損傷を引き起こす可能性があります。この状況での接地は、シールドに当たるスパイクの経路を提供するために使用でき、安定した接地基準として使用できます。

RS485レシーバー回路をフローティングに変更し、電圧計/オシロスコープのように完全に機能するように変更できるかどうかは、追加のコンポーネント、絶縁回路などを追加することで完全に可能になりますが、コスト、複雑さ、サイズがすべて能力を超えていますMAX485などの小型ICの。

バス上のさまざまなデバイス間に接続されているコモン（C）アース線なしでRS485インターフェイスを動作させることができるというのは神話です。レシーバは、AおよびB入力のコモンモード電圧がレシーバのGND基準の-7V〜+ 12V以内に保たれている場合にのみ、AおよびB信号間の相対電位を測定できます。

バッテリーで動作するインターフェースの両側が何らかの形で違いを生むという考えも神話です。すべては、トランスミッターGNDとレシーバーGND間のコモンモード電圧になります。3番目のワイヤ接続は、コモンモード電圧を制御下に保ちます。それがないと、いずれかのユニットまたは2つの間のバスに過度の影響があり、コモンモード電圧が-7V〜+ 12Vの範囲外になる可能性があります。この影響は、EMIを介した他のシステムへの結合による可能性があります。これは、主電源周波数に続くAC変動として現れることもよくあります。

あなたは、純粋な受信機が2本の信号線の差を測定することができるという点で正しいです。ただし、そのための手段には、個々の信号が維持される必要がある共通モード範囲があります。仕様は、ノードが許容できる必要があるコモンモード範囲を提供します。

3つ目の基準線がなければ、このコモンモード電圧を定義する方法はなく、準拠することが保証されているレシーバーを作成する方法はありません。

たとえば、データラインが光アイソレータを駆動するようにレシーバが設定されていたとしても、コモンモード電圧の制限があります。数ボルトではなく数千ボルトかもしれませんが、それを超えるとレシーバーが動作しなくなるコモンモード電圧が常に存在します。

これまでは、RS-485信号を受信するだけでした。RS-485信号の駆動はさらに制限されます。データ信号は、接地線に対して公称0〜5 Vとして指定されています。アース線がなければ、それを保証する方法はありません。2つの信号を駆動する回路は、何かを参照します。その何かをバス上の他の送信機と受信機に接続する必要があります。

他の回答に基づいて、これを例として提供します。この答えは、「少しの不正確さで多くの説明が省ける場合がある」という古い格言に従っていることに留意してください。

電気的に絶縁された2つのRS485デバイスがあるとします。通常どおり、AとBの回線を接続します。ただし、浮遊容量やその他の電気工学的なブードゥーのため、デバイスの1つは他のデバイスよりも3000ボルト高く浮いています。

大丈夫？受信機はラインAとBが3000Vと3012Vで入ってくるのを見るだけで、仕様の範囲内にある12Vの差動を取り出して出ますか？

浮遊容量のため、デバイスは実際には100％分離されていないため、受信デバイスは実際に、AおよびBラインで自身の電源に対して3000ボルトを認識します。使用しているRS485チップは、2500ボルトの絶縁を提供するだけの定格であるため、入力電圧はそのチップをジャンプして回路の他の部分を焼くことができます。その電圧で利用可能な電流は小さいので火花さえ見られませんが、回路内の他のICにESDのような損傷を引き起こし、それらが適切に動作しなくなるのに十分です。

両方のデバイス間にGNDワイヤを接続すると、デバイス内の他のICの代わりにGNDワイヤを流れる同じ微小電流によって3000ボルトの差が除去され、AおよびB信号線の3000ボルトオフセットが消えます。

いくつかの点で、GNDラインはプルダウン抵抗として同様の目的を果たしており、すべての信号ラインがランダムにフローティングされるのではなく、既知のレベルにあることを保証しています。

はい、RS485仕様はAとBの信号ラインの違いのみを調べますが、各デバイスは独自の電源GNDと信号ライン間に最大許容電圧も持っています。特定の電圧が範囲外になるのを止めるには、すべてのデバイスのGNDが同じであることを確認することによって行われるため、すべてのRS485デバイス間のGNDワイヤがそれを行います。はい、理論的には、電気的に絶縁されたデバイスは、それらの間に大きな電圧を持ちません。実際には、絶縁は必ずしも完全ではないようで、頼りにしないでください。

ポイントCは、AおよびBの電流のリターンパスです。これにより、電流がソースに戻り、回路が完成します。