RS-485
TIA-485-A （EIA-485の改訂版）
標準ANSI/TIA/EIA-485-A-1998承認日: 1998年3月3日再確認日: 2012年12月7日
プロトコル情報
物理メディアバランス接続ケーブル
ネットワークトポロジポイントツーポイント、マルチドロップ、マルチポイント
最大デバイス数少なくとも32ユニットの負荷
最大距離指定されていない
動作モード異なる受信機レベル:バイナリ 1 (OFF) (Voa–Vob < -200 mV)バイナリ 0 (ON) (Voa–Vob > +200 mV)
利用可能な信号A、B、C
コネクタの種類指定されていない

RS-485 は、 TIA-485(-A)またはEIA-485とも呼ばれ、1983 年に最初に導入されたシリアル通信システムで使用するドライバとレシーバの電気的特性を定義する規格です。電気信号は平衡型で、マルチポイントシステムがサポートされています。この規格は、米国電気通信工業会(TIA)と米国電子工業会(EIA) によって共同で発行されています。この規格を実装したデジタル通信ネットワークは、長距離や電気的ノイズの多い環境でも効果的に使用できます。このようなネットワークには、リニアなマルチドロップ バスで複数のレシーバを接続できます。これらの特性により、RS-485 は産業用制御システムや同様のアプリケーションで役立ちます。

概要

RS-485は、RS-422と同様にツイストペア線を用いた差動信号方式を採用し、安価なローカルネットワークやマルチドロップ通信リンクをサポートします。RS-485は、最大10Mbpsのデータレートで使用可能とされています [ a ]。また、低速時には最大1,200m（4,000フィート）までの距離に対応できることが一般的です[ 2 ] 。目安として、速度（ビット/秒）と長さ（メートル）の積は10の8乗を超えてはいけません。したがって、50メートルのケーブルでは2Mbpsを超える速度で信号を送信すべきではありません[ 3 ]。

オフにできないドライバ回路を持つ RS-422 とは対照的に、RS-485 ドライバは3 ステート ロジックを使用して、個々のトランスミッタを非アクティブ化できます。これにより、RS-485は 2 本のワイヤのみを使用してリニア バス トポロジを実装できます。RS-485 ワイヤ セットに沿って配置される機器は、ノード、ステーション、またはデバイスと同義に呼ばれます。[ 4 ]推奨されるワイヤ配置は、スター型、リング型、または多重接続ネットワークではなく、ポイントツーポイント (マルチドロップ) ノードの接続されたシリーズ、つまりラインまたはバスです。スター型およびリング型トポロジは、信号の反射や、終端インピーダンスが極端に低いか高いため、推奨されません。スター構成が避けられない場合は、各スパンで双方向にデータをリッスンし、他のすべてのスパンにデータを再送信する特別な RS-485 リピータを使用できます。

典型的なバイアスネットワークと終端抵抗。RS-485規格ではバイアス抵抗と終端抵抗の値は規定されていません。しかし、部品メーカーはバイアス抵抗を推奨しなくなっています。

理想的には、ケーブルの両端には2本のワイヤ間に接続された終端抵抗器が必要です。終端抵抗器がないと、ケーブルの終端されていない端からの信号反射によってデータが破損する可能性があります。また、終端抵抗器はインピーダンスが低いため、電気ノイズに対する感度も低下させます。各終端抵抗器の値は、ケーブルの特性インピーダンス（通常、ツイストペアの場合は120オーム）と等しくする必要があります。終端には、データ線がどのデバイスからも駆動されていない場合に各データ線にバイアスをかけるためのプルアップ抵抗器とプルダウン抵抗器も含まれます。これにより、データ線は既知の電圧にバイアスされ、ノードは駆動されていない線からのノイズを実際のデータとして解釈しません。バイアス抵抗器がない場合、データ線はフローティング状態になり、すべてのデバイスステーションがサイレントまたは無電源のときに電気ノイズに対する感度が最大になります。[ 5 ]

標準

EIAはかつてすべての規格にRS（推奨規格）という接頭辞を付けていましたが、EIA/TIAは規格の起源を明確にするため、RSをEIA/TIAに正式に置き換えました。EIAは正式に解散し、現在この規格はTIAによってTIA-485として管理されていますが、エンジニアやアプリケーションガイドではRS-485の名称が引き続き使用されています。[ 6 ] EIA RS-485の初版は1983年4月に発行されました。[ 7 ]

RS-485は、物理層である発電機と受信機の電気的特性のみを規定しています。通信プロトコルについては規定も推奨もしていません。RS-485リンクを介した通信プロトコルは、他の規格で定義されています。この規格の序文では、データ信号速度とケーブル長、スタブ長、構成などのアプリケーションガイドラインが記載されている電気通信システム速報TSB-89を参照しています。

セクション4では、ジェネレータ（送信機または駆動機）、受信機、トランシーバー、およびシステムの電気的特性を定義します。これらの特性には、単位負荷の定義、電圧範囲、開回路電圧、閾値、および過渡耐性が含まれます。また、ジェネレータの3つのインターフェースポイント（信号線）であるA、B、Cも定義します。データはAとBで送信されます。Cは接地基準です。このセクションでは、A端子とB端子間の極性によって、論理状態1（オフ）と0（オン）も定義します。AがB端子に対して負の場合、状態はバイナリ1です。逆極性（AがB端子に対して正の場合）はバイナリ0です。この規格では、これらの2つの状態に論理関数は割り当てられていません。

全二重動作

RS-485はRS-422と同様に、4本の線を使用することで全二重通信が可能です。 [ 8 ]しかし、RS-485はマルチポイント仕様であるため、多くの場合、これは必要ではなく、望ましくありません。RS-485とRS-422は、一定の制限付きで相互運用可能です。[ 9 ]

コンバータとリピーター

RS-485とRS-232間のコンバーターを使用することで、パソコンとリモートデバイス間の通信が可能になります。リピーターを使用することで、非常に大規模なRS-485ネットワークを構築できます。

ネットワークトポロジ

TSB-89A、TIA/EIA-485-Aのアプリケーションガイドラインでは、スタートポロジーの使用は推奨されていません。スタートポロジーを使用すると、長いスタブ（スターの分岐）が発生し、信号反射が発生してデータ伝送の信頼性が低下する可能性があるためです。[ 10 ]

プロトコル

RS-485は通信プロトコルを定義するものではなく、単に電気インターフェースを定義するものです。多くのアプリケーションでRS-485の信号レベルが使用されていますが、データ伝送の速度、フォーマット、プロトコルはRS-485では規定されていません。異なるメーカーの類似デバイスであっても、信号レベルの適合性だけでは相互運用性が保証されません。

アプリケーション

RS-485 信号は、幅広いコンピュータおよびオートメーション システムで使用されます。

コンピュータ システムでは、SCSI -2 および SCSI-3 は、コントローラとディスク ドライブ間のデータ転送用の 物理層を実装するために RS-485 を使用する場合があります。

RS-485は、民間航空機の客室内車両バスにおける低速データ通信に使用されます。配線が最小限で済み、複数の座席で配線を共有できるため、重量を軽減できます。

これらは、プログラマブル ロジック コントローラや工場の現場で使用されています。RS-485 は、ModbusやProfibusの最も一般的なバージョンを含む、産業用制御システムの実装に使用される多くの標準および独自のオートメーション プロトコルの基盤となる物理層として使用されます。DH 485は、アレン・ブラッドリー産業用制御ユニットのラインナップで使用している独自の通信プロトコルです。専用のインターフェースデバイスを使用することで、PCと産業用コントローラ間の通信が可能になります。 [ 11 ]差動伝送方式であるため、モーターや溶接装置からの電磁干渉の影響を受けにくいです。

劇場やパフォーマンス会場では、 DMX512プロトコルを使用して照明やその他のシステムを制御するためにRS-485ネットワークが使用されています。RS-485は、 AES3デジタルオーディオ相互接続の物理層として機能します。

RS-485は、シンプルなバス配線と長いケーブル長が遠隔地のデバイス接続に最適であることから、ビルディングオートメーションにも使用されています。ビデオ監視システムの制御や、セキュリティ制御パネルとアクセス制御カードリーダーなどのデバイスの相互接続に使用できます。

これは鉄道模型のデジタルコマンド制御（DCC）にも使用されています。DCCコマンドステーションへの外部インターフェースは、ハンドヘルドコントローラ[ 12 ]で使用されるRS-485や、ネットワーク化されたPC環境でレイアウトを制御するために使用されるRS-485であることが多いです。この場合、8P8Cモジュラーコネクタが使用されます。 [ 13 ]

信号

ラインドライバとラインレシーバで構成されるRS-485インターフェース。左側はシングルエンド信号です。右側に示すRS-485バスには、差動ペアと信号コモンで構成される3つの信号があります。
RS-485信号の状態
信号 マーク（ロジック1） スペース（論理0）
あ 低い 高い
B 高い 低い

RS-485 差動ラインは 2 つの信号で構成されます。

  • Aは論理1の場合はロー、論理0の場合はハイであり、
  • B、論理 1 の場合は高く、論理 0 の場合は低くなります。

マーク（論理1）状態は伝統的に（例えばRS-232では）負の電圧で表され、スペース（論理0）状態は正の電圧で表されるため、Aは非反転信号、Bは反転信号とみなすことができます。RS-485規格では（要約すると）次のように規定されています。[ 14 ]

  • オフ、マーク、またはロジック 1 状態の場合、ドライバの A 端子は B 端子に対して負になります。
  • オン、スペース、またはロジック0の状態では、ドライバのA端子はB端子に対して正になります。[ b ]

SN75176をはじめとする、一般的なデバイスの真理値表では、出力信号が反転して表示されます。これは、以下の製品を含む、ほとんどの差動トランシーバーメーカーが使用するA/B命名規則に準拠しています。

これらのメーカーはいずれもこの規格の意味について合意しており、その慣行は広く普及しています。この問題はプログラマブルロジックコントローラ（PLC）アプリケーションにも存在します。[ c ] A/B命名法を使用する際には注意が必要です。A/B命名法に関する混乱を避けるため、代替命名法がよく用いられます。

  • TX+/RX+ または D+（B の代替として）（マークの場合はハイ、つまりアイドル）
  • TX−/RX− または D− は A の代替（マーク、つまりアイドルの場合は低）

RS-485規格に準拠したドライバは、54Ω負荷において最低1.5Vの差動出力を提供しますが、規格に準拠したレシーバは200mVまでの差動入力を検出します。この2つの値は、ケーブルやコネクタにおける深刻な信号劣化下でも、信頼性の高いデータ伝送を行うのに十分なマージンを提供します。この堅牢性こそが、RS-485がノイズの多い環境における長距離ネットワークに適している主な理由です。[ 28 ]

AおよびB接続に加えて、オプションで3番目の接続が存在する場合があります（TIA規格では、適切な動作のために平衡線路に沿ったすべての回路グランド間に共通のリターンパスが存在する必要があります）[ 29 ]。これはSC、G、またはリファレンスと呼ばれ、受信機がAおよびB電圧を測定するために使用する共通信号基準グランドです。この接続は、受信機入力に印加される可能性のあるコモンモード信号を制限するために使用できます。許容されるコモンモード電圧は-7V〜+12Vの範囲、つまり0〜5Vの信号範囲に加えて±7Vです。この範囲から外れると、最良の場合でも信号の破損、最悪の場合は接続されたデバイスの損傷につながります。

SC接続、特に長距離ケーブル接続では、異なる接地同士を接続しないよう注意が必要です。SC接続には電流制限を設けるのが賢明です。建物間の接地は電圧がわずかに異なる可能性がありますが、インピーダンスは非常に低いため、信号ケーブル、PCBトレース、トランシーバーデバイスを溶断させるほどの壊滅的な電流が発生する可能性があります。

RS-485ではコネクタやピン配置は規定されていません。回路はネジ端子、Dサブミニチュアコネクタ、またはその他の種類のコネクタ で終端できます。

この規格ではケーブルのシールドについては説明されていませんが、信号基準共通と機器ケースの接地を相互接続するための推奨方法についていくつかの推奨事項が示されています。

波形の例

下の図は、非同期スタートストップ方式を使用して 1 バイト (0xD3、最下位ビットが先頭) のデータを伝送する前、伝送中、伝送後の RS-485 ラインの A (青) ピンと B (赤) ピンの電位を示しています。

B（U+、反転）信号は赤で表示、A（U-、非反転）信号は青で表示

参照

注記

  1. ^条件によっては最大64Mbit/sのデータ伝送速度まで使用できる。 [ 1 ]
  2. ^この記述には明らかな誤記があります。規格では両方の状態がバイナリ 1で指定されています。次の図から、オフ状態がバイナリ 1 に、オン状態がバイナリ 0 に対応していることが分かります。
  3. ^ Modbus、 BACnet、 ProfibusではD-subコネクタとM12円形コネクタの定義において、A/BラベルはAを緑のマイナス線、 Bを赤のプラス線としています。これはProfibusガイドにも記載されています。 [ 20 ] [ 21 ]規格がジェネレータまたはレシーバの論理機能を除外している限り、 [ 22 ] A（緑、マイナス）がB （赤、プラス）よりも高いのは理にかなっています。しかし、これはアイドルマーク状態が論理的なものであり、終端の分極によりBの電圧が高くなるというProfibusガイドラインの事実と矛盾しています。 [ 23 ]いわゆる「厄介な極性」問題[ 24 ]は混乱を引き起こし、著者らはTIA-485-A規格自体でAが反転していると考え[ 25 ] 、アプリケーション速報のセクション「設計上の考慮事項#3：バスノードAが実際にはバスノードAではない場合がある」に記載されているように、ドライバとラインラベルでAとBを入れ替えることを推奨しました。 [ 26 ]現在では、この反転を行うのが一般的な設計上の決定となっており、次のような極性チェーンが実行されます。UART / MCUアイドル→ TTL / CMOS = +5 V → ラインB電圧 > ラインA電圧。これは、緑色の線であるAが、ホワイトペーパーに記載されているように、実際にドライバの反転信号に接続されていることを意味します。 [ 27 ]

参考文献

  1. ^ RS-485リファレンスガイド（PDF） 、 2018年5月17日のオリジナル（PDF）からアーカイブ
  2. ^ 「RS-485 でどこまで遠くまで、どのくらい速く通信できるか? - アプリケーションノート – Maxim」www.maximintegrated.com。
  3. ^ Soltero, Manny; Zhang, Jing; Cockril, Chris; Zhang, Kevin; Kinnaird, Clark; Kugelstadt, Thomas (2010年5月) [2002]. RS-422およびRS-485規格の概要とシステム構成、アプリケーションレポート(pdf) . Texas Instruments (技術レポート). SLLA070D.
  4. ^米国電子工業会（1983年）「平衡型マルチポイントシステムで使用する発電機および受信機の電気的特性」EIA規格RS-485、OCLC 10728525。 
  5. ^ 「アプリケーションノート847 差動バスのフェイルセーフバイアス」（PDF） . Texas Instruments . 2011年.
  6. ^ 「RS-485設計の無駄を削減」 EE Times . 2000年。
  7. ^「EIA 規格 RS 485 平衡型デジタルマルチポイントシステムで使用するための発電機および受信機の電気的特性」、Telebyte Technology Inc.、ニューヨーク州グリーンローン、1985 年「データ通信規格ライブラリ」に転載。
  8. ^ RS-485 接続に関する FAQ、Advantech B+B SmartWorx 、 2023 年 9 月 15 日取得
  9. ^ RS422通信とRS485通信の違いは何ですか？、Brainboxes LLC 、 2024年10月27日閲覧
  10. ^ TSB-89A、TIA/EIA-485-Aの申請ガイドライン（PDF） 、 2019年4月6日取得
  11. ^ 「DH-485 産業用ローカルエリアネットワークの概要」Rockwell Automation . 2012年3月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年9月10日閲覧。
  12. ^ lenzusa.com、XpressNET FAQ、2015年7月26日アクセス、 2017年11月17日アーカイブ、 Wayback Machine
  13. ^ bidib.org、「BiDiBus、鉄道模型用の高速バス」、2015年7月26日アクセス。
  14. ^ 「極性規則」(PDF)テキサス・インスツルメンツ2003年。
  15. ^ 「データシート FN6074.3: ±15kV ESD保護、1/8ユニット負荷、5V、低消費電力、高速、スルーレート制限、全二重、RS-485/RS-422トランシーバー」(PDF)。Intersil Corporation 。2006年4月28日。2004年12月4日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
  16. ^ 「データシート 19-0122 – MAX481/MAX483/MAX485/MAX487–MAX491/MAX1487: 低消費電力、スルーレート制限RS-485/RS-422トランシーバ」(PDF) . Maxim Integrated . 2009年9月.オリジナル(PDF)から2009年9月27日にアーカイブ。 2009年6月17日閲覧。
  17. ^ 「LTC2850/LTC2851/LTC2852 3.3V 20Mbps RS485/RS422トランシーバー」(PDF) . Linear Technology Corporation . 2007年.オリジナル(PDF)から2011年3月2日アーカイブ。
  18. ^ 「ADM3483/ADM3485/ADM3488/ADM3490/ADM3491 (Rev. E)」(PDF) . Analog Devices, Inc. 2011年11月22日.
  19. ^ 「USB to RS485 Serial Converter Cable Datasheet」（PDF） Future Technology Devices International Ltd. 2010年5月27日。
  20. ^ 「Profibus相互接続ガイドライン（PDF）」 1.4. P International. 2007年1月. p. 7.
  21. ^ 「SIMATIC NET Profibusネットワークマニュアル（PDF）」（PDF）。シーメンス。2009年4月。157ページ。
  22. ^ "RS-485 テクニカル マニュアル、TIA-485 セクション" .ウィキブック。
  23. ^ 「Profibus相互接続ガイドライン（PDF）」 1.4. P International. 2007年1月. p. 8.
  24. ^ 「RS-485 技術マニュアル、厄介な極性」。Wikibooks。
  25. ^ 「RS485 極性の問題」。Chipkins Automation Systems。
  26. ^ 「アプリケーション速報AB-19、Profibusコンプライアンス：ハードウェア設計ガイド」（PDF）。NVEコーポレーション。2010年。
  27. ^ 「ホワイトペーパー：差動ペア信号の極性」 Advantech B+B SmartWorx。
  28. ^ 「RS-485設計ガイド」(PDF)テキサスインスツルメンツ。
  29. ^ ANSI/TIA/EIA-485-A、15 ページ、A.4.1
Wikibooksには、「シリアルプログラミング：RS-485テクニカルマニュアル」というトピックに関する書籍があります。
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