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Rechner für RS-485-Abschluss und Biaswiderstand

RS-485-Busabschlusswiderstände, Bias-Widerstände, maximale Baudrate für Kabellänge, Laufzeitverzögerung und Bias-Stromverbrauch berechnen

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Formel

R_term = 120\,\Omega;\quad R_{bias} \leq \frac{V_{cc} \cdot R_{load} / V_{diff} - R_{load}}{2}

R_term— Abschlusswiderstand (entspricht Z) (Ω)

R_bias— Bias/Failsafe-Widerstand (Ω)

BR_max— Max. Baudrate ≈ 10/L kbps (kbps)

t_pd— Verzögerung der Kabelausbreitung (ns)

Wie es funktioniert

Dieser Rechner bestimmt die Werte des RS-485-Abschlusswiderstands für eine zuverlässige Differenzsignalisierung über große Entfernungen. Industrielle Automatisierungstechniker und Entwickler von Gebäudemanagementsystemen verwenden ihn, um Signalreflexionen zu eliminieren, die Daten beschädigen könnten. Gemäß TIA/EIA-485-A verwendet RS-485 eine differentielle Signalübertragung mit einer charakteristischen Impedanz von 100-120 Ohm (Twisted-Pair-Kabel). Abschlusswiderstände an beiden Netzwerkenden absorbieren die übertragene Energie und verhindern so Reflexionen, die andernfalls mit zweifacher Ausbreitungsverzögerung zurückkehren würden. Ohne Abschluss weist ein 100 Meter langes Kabel mit 1 Mbit/s Reflexionen auf, die 1 Mikrosekunde nach der Übertragung auftreten und Bitfehler verursachen, wenn die Reflexionsamplitude 200 mV (den RS-485-Rauschabstand) überschreitet. Die Spezifikation schreibt einen Anschluss vor, wenn die Kabellänge 1/10 der Signalwellenlänge überschreitet. Bei 1 Mbit/s (1 µs Bitzeit, ~200 m Wellenlänge) müssen Kabel, die länger als 20 Meter sind, einen Anschluss erfordern. Ein 120-Ohm-Abschlusswiderstand reduziert den Reflexionskoeffizienten von 1,0 (offen) auf unter 0,1, wodurch 90% der reflektierten Energie eliminiert werden.

Bearbeitetes Beispiel

Ein SCADA-System in der Fabrikhalle verbindet 8 RS-485-Geräte über 300 Meter Belden 9841-Kabel (120 Ohm charakteristische Impedanz) mit 115200 Baud. Gemäß TIA-485-A Abschnitt 7: Elektrische Kabellänge = 300 m/(0,66 x 3e8 m/s) = 1,52 Mikrosekunden hin und zurück. Bitperiode = 1/115200 = 8,68 Mikrosekunden. Da die Rundlaufverzögerung (1,52 µs) < die Bitperiode (8,68 µs) ist, pendeln sich Reflexionen innerhalb einer Bitzeit ab, aber aus Gründen der Störfestigkeit ist immer noch eine Terminierung erforderlich. Installieren Sie 120-Ohm-Widerstände mit 0,25 W an beiden physikalischen Enden (Master-SPS und am weitesten entfernter Slave). Verlustleistung pro Abschlusswiderstand = V^2/R = (5 V) ^2/120 = maximal 208 mW (wenn ein Treiber aktiv ist). Gesamtnetz-DC-Last = 2 x 120 Ohm parallel = 60 Ohm, erfordert eine Treiberleistung von 83 mA — innerhalb der 250-mA-Grenze pro TIA-485-A.

Praktische Tipps

✓Verwenden Sie gemäß TIA-485-A Abschlusswiderstände nur an den beiden physischen Enden des Busses — niemals an Zwischenknoten, da der Abschluss in der Mitte des Busses zu Impedanzunterbrechungen führt
✓Verwenden Sie für Netzwerke mit häufigen Leerlaufzeiten einen AC-Abschluss (120 Ohm in Reihe mit einem 10-nF-Kondensator), um den Gleichstromverbrauch von 42 mW auf unter 1 mW zu reduzieren
✓Messen Sie die Kabelimpedanz mit TDR, falls unbekannt; CAT5/6 ist 100 Ohm, das dedizierte RS-485-Kabel (Belden 9841, Alpha 6453) 120 Ohm

Häufige Fehler

✗Verwendung eines 100-Ohm-Abschlusses an einem 120-Ohm-Kabel, was einen Reflexionskoeffizienten von 9% gegenüber 0% bei angepasstem Abschluss verursacht — ausreichend, um bei 1 Mbit/s eine Fehlerrate von 1—5% zu verursachen
✗Abschluss nur an einem Ende, wodurch die Reflexionsamplitude nur um 50% reduziert wird und der Reflexionspunkt auf das nicht abgeschlossene Ende verschoben wird
✗Verwendung von 1/8-W-Widerständen, die überhitzen, wenn sie kontinuierlich betrieben werden. Geben Sie mindestens 1/4 W an, um einen zuverlässigen Betrieb bei einer 5-V-Versorgung zu gewährleisten

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Standard-Abschlusswiderstand für RS-485?

120 Ohm für Standard-Twisted-Pair-RS-485-Kabel pro TIA-485-A. Das Cat5/5e/6-Ethernet-Kabel hat eine Impedanz von 100 Ohm und erfordert einen 100-Ohm-Abschluss. Passen Sie den Anschluss immer innerhalb von +/ -10% an die charakteristische Impedanz des Kabels an, um einen Reflexionskoeffizienten unter 0,05 zu erzielen.

Wie viele Abschlusspunkte werden in einem RS-485-Netzwerk benötigt?

Genau zwei - an beiden physischen Enden des Busses. Eine Daisy-Chain-Topologie mit 8 Knoten in Abständen von 50 Metern muss nur an Knoten 1 und Knoten 8 abgeschlossen werden. Sterntopologien müssen mit Repeatern neu entworfen werden, da mehrere unterbrochene Stichproben zu kumulativen Reflexionen führen.

Kann ich unterschiedliche Widerstandswerte für die Terminierung verwenden?

Ja, wenn es an die Kabelimpedanz angepasst ist. RS-485-Kabel: 120 Ohm. CAT5/6:100 Ohm. Telefon Twisted Pair: 100-150 Ohm. Bei einem um 20% falschen Anschluss (z. B. 100 Ohm an einem 120-Ohm-Kabel) entsteht ein Reflexionskoeffizient von 0,09, was bei Raten über 500 kbit/s zu einem erkennbaren Schließen des Augendiagramms führt.

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