Доброго всего всем, всегда и много!

Интересует правильность использования "земли" в RS-485. Необходим ли дополнительный третий "земляной" провод при создании сети на 485, для объединения всех устройств на линии по общей "земле" или достаточно двух проводов витой пары?

Имеется несколько устройств с гальванической развязкой 485 интерфейса от главных цепей устройства. Питание драйверов 485 каждого из устройств делает DC-DC конвертор из питания основной схемы. Надо ли объединять все драйверы по "земле"? Так как они все имеют независимое друг от друга питание возможен достаточно большой перекос потенциалов одного относительно других. Как я понимаю введение общего провода для всех драйверов должно избавить от данной проблемы.

Всем кто сталктвался с подобными вопросами и имеет опыт в их реализации, буду благодарен за советы и помощь!

Стандартом на интерфейс рекомендуется объединять устройства по общему проводу.
В прилагаемом файле на английском языке изложены рекомендации по применению интерфейса RS-485/422

Поскольку гальванически изолированные слаботочные входные цепи по определению никак не связаны с локальными землями ваших устойств, никаких проблем с перекосом потенциалов как-будто бы и не должно появиться, потенциалы в линии уравняются без проблем. Что бы не творилось с землями устройств, драйверы этого не увидят.
Мы используем изолированные повторители RS485 серии I-7000, там третьего провода вообще нет, а линия именуется "two-wire RS485 net". Ставили на железнодорожных платформах.

Я, например, землю (как третий провод) не использую. Но A и B через супрессоры соединяю с GND драйвера (6.8 вольта, катодами к A и B, анодами к GND), для защиты и для выравнивания потенциалов. Для дальнейшей защиты можно GND соединить через 50-100вольтовый супрессор с заземлением. Или через разрядник, тут вариантов масса. Правда, супрессоры напрямую хороши только для низких скоростей (я пользую 9600), а для высоких - надо хитрость проявлять...

А правильно ли это?
По классике в трехпроводном (c землей) RS485 защитные диоды ("супрессоры") ставят между каждой парой входных проводов, итого 3 диода (симметричных, ессно). Какой смысл вешать диод между никуда не подключенным нулем изолированного питания и входным проводом? В этом случае разумно оставить один двунаправленный диод между двумя входными проводами, которые могут словить помеху. IMHO.

Если вы, конечно, сами ваяете девайс, а не покупаете готовый, где все уже есть.

Я ж говорю, смысл в том, чтобы втащить уровень синфазного сигнала на в середину напряжения питания драйвера. Супрессоры выпрямляют сигнальное напряжение, а их паразитная емкость является фильтром. Т.е. имеем следующие варианты:

1. Синфазная помеха, напряжение увеличивается. Супрессоры на напряжении 6-7 вольт открываются и тащат землю драйвера за собой (не забываем, обычный диапазон входного синфазного напряжения у драйвера -7...+12), все продолжает работать.
2. Синфазная помеха, напряжение уменьшается. Супрессоры в диодном включении при напряжении -0.6 вольта открываются и тащат землю драйвера за собой, все продолжает работать.
3. Дифференциальная помеха между проводами. 2 супрессора работают как двуханодный с напряжением 0.6+6...7 вольт. В результате размах помехи не превышает допустимых пределов, по синфазной состовляющей в том числе. Конечно, сигнал поломан, по причине того, что диффпомеха и сигнал - суть один хрен....

Рекомендую помоделировать это дело в каком-либо пакете (ну хоть микрокап).

А разрядник или супрессор 50-100 вольт с GND на заземление - это уже чтобы придавить уж очень большую синфазную помеху, чтобы она не лезла через емкости оптронов и DCDC дальше в схему.

Супрессоры это хорошо, однако на платах девайсов приемников нету лишнего места для них, увеличивать размер ПП уже поздно.
Кроме того необходима работа на достаточно высоких скоростях не мене 57600.
В любом случае надо сделать контакт для подключения земли, а там посмотрим.

Кстати, если кто использовал "землю", то соединяли "общий" провод с GND передатчика напрямую или через резистор? В одних доках написано что можно напрямую, в других чререз резюк в 100 Ом.

В качестве 485 драйверов будем использовать ADM2483, с внутренней гальванической развязкой сигналов интерфейса. Пока тестировали на двухпроводной линии, без "земли" и на небольшие расстояния - работает

Понял вашу мысль - использовать супрессор как стабилитрон для нейтрализации больших синфазных помех.

На эту тему есть app note, где развивается идея о преимуществе двунаправленного TVS для этой цели.

http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AND8230-D.PDF

Возможно, мы говорим о разных вещах. Я подразумевал Transient Voltage Suppressor (TVS) или по-русски защитный диод. Это такие лавинные диоды, которые мгновенно коротят импульсные помехи. Помимо напряжения пробоя, они еще характеризуются пиковой мощностью и пиковым током, популярная серия 1.5КЕ как раз на 1.5кВТ и до 140А (!). Это, скорее, молниезащита. Если оборудование на улице, или входные линии идут с улицы, лучше не пренебрегать.

Что касается основного вопроса философии - подключать третий провод или не подключать, то, пока у вас все под личным контролем, вы сами разберетесь в конкретной инсталляции - есть от него прок, или нет. Но представьте, что вы передали девайс заказчику, а он очень умный, и увидев земельную клемму давай подключать ее везде на корпуса или просто заземлять где попало. И по тонкому третьему проводку потекут выравнивающие токи. Нужна вам такая мина? Я полагаю, ровно по этой причине в промышленной серии I-7000 как раз и не вывели третью клемму - как защита от слишком умных.

... Тут вот случай, что и деваться-то некуда - вместе с RS-485 по тому же кабелю на устройство подаётся питание ... и, похоже, можно обойтись без супрессоров.

Скоро начнем более плотно гонять девайс, тогда и посмотрим в необходимости "земли". Место под клемму оставим, а там уж ясно будет.

Однако второй вопрос еще остается, как правильно соединять "земляную" клемму с GND 485 драйвера, через резюк или нет?

Когда приемопередатчик RS485 находится в состоянии приема, к линии подключены только входы. Снаружи каждый вход приемопередатчика RS485 в первом приближении выглядит как резистор, подключенный к "земляному" пину приемопередатчика. Сопротивление этого резистора оговорено в спецификации. Для "стандартного" приемопередатчика оно должно быть не менее R=12 кОм. Если сказано, например, что приемник дает всего 1/4 стандартной нагрузки, то сопротивление будет не менее 12к*4 = 48к, и т.д.

Теперь рассмотрим, что происходит с гальванически изолированными узлами RS485, если они подключены только сигнальными проводами, и не имеют третьего ("нулевого") провода, выравнивающего потенциалы локальных земель всех узлов.

В исходном состоянии все передатчики выключены, разность потенциалов между сигнальными линиями А и В равна нулю. Локальные земли узлов через входные резисторы приемников привязаны к А и В, поэтому потенциалы всех земель тоже выравнены. За счет утечек все потенциалы локальных земель будут равны потенциалу "истинной" земли.

Каждый гальванически развязанный узел имеет некоторую паразитную емкость между землями. Например, для ADM2482E эта емкость равна 3 пФ, что само по себе немало, но к этому надо добавить проходную емкость транформатора питания и емкость монтажа. Грубо-оценочно можно принять, что емкость развязки каждого узла равна, скажем, 10 пФ. Витая пара RS485 тоже имеет какую-то емкость связи с землей, которая, очевидно, пропорциональна суммарной длине кабеля. Какие-то оценки давать трудно, но в первом приближении эта емкость как-то сопоставима с суммой емкостей развязок узлов.

Когда один из узлов включается на передачу, его драйвер устанавливает, скажем, на линии А напряжение +2.5 В относительно локальной земли, а на линии В оставляет 0 В. Потенциалы приемных узлов в этот момент изменятся, и в конце концов установятся в новое стабильное состояние. Локальные земли всех приемников установятся на уровне, равном среднему арифметическому А и В, т.е. будут равны +1.25 В относительно локальной земли передатчика. Через все емкости развязок пробегут выравнивающие (перезаряжающие) токи.

Длительность переходного процесса будет зависеть от емкостей и от входных сопротивлений приемников. В принципе все должно бы уравновеситься быстро, за доли микросекунды, но тут бабушка надвое сказала. Оценочно, если по минимуму, то 2.2*12к*10пФ=264нс, но если принять емкость каждого узла в 100 пФ и входное 1/8=96к, то переходный процесс займет порядка 20 мкс.

Приемников много, а передатчик один. Поэтому потенциалы земель приемников относительно истинной земли изменятся несильно. А вот земля передатчика "скакнет" более существенно. Передатчику в общем-то все равно, как у него скачет земля. А вот для приемников этот переходный процесс перераспределения потенциалов создает некоторое смещение, к счастью синфазное, а не дифференциальное.

Значит, на время действия процесса перераспределения потенциалов, помехоустойчивость сети чуть-чуть уменьшится за счет того, что к узлам будет приложено небольшое синфазное напряжение. Кроме того, поскольку синфазное подавляется не полностью, какая-то часть его пролезет на входы приемников в виде небольшой дифференциальной помехи.

Если земли узлов соединить третьим проводом, то процессы перераспределения потенциалов займут намного меньшее время. Соединение при помощи резисторов по 100 Ом выглядит наиболее предпочтительным, поскольку резисторы ограничат величины паразитных токов в землях, но при этом времена перезаряда останутся малыми.

Прошу прощения, но Вы видимо что-то путаете. Популярная серия 1.5KExx представляет из себя мощный импульсный стабилитрон.

Посмотрите хотя-бы на вольт-амперную характеристику, приведенную в любом даташите (например, у On Semiconductor, правда как раз 1.5KE там называется 1N6267 и так далее, но не пугайтесь, можете взглянуть на P6KE ). Как видите - обычный стабилитрон, никаких веток с отрицательным сопротивлением.

Нужно еще рассмотреть вариант, когда монтаж делаете не вы. А монтажники могут прокладывать экранированную витую пару. В этом случае, экран (корд кабеля) подключается к GND формирователя через сопротивление 50...100 Ом и заземляется в одной точке сети.

Без общей земли можно обойтись, создав "виртуальную землю". Для этого нужно сигналы данных R+ и R- посадить через резисторы (примерно по килоому) на питание и на землю на плате (плюс на питание, минус на землю).