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RS-485 終端およびバイアス抵抗カリキュレータ

RS-485バス終端抵抗、バイアス抵抗、ケーブル長の最大ボーレート、伝搬遅延、およびバイアス電流消費量の計算

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公式

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

R_term— 終端抵抗 (Zに一致) (Ω)

R_bias— バイアス/フェイルセーフ抵抗 (Ω)

BR_max— 最大ボー・レート：約 10/L キロビット/秒 (kbps)

t_pd— ケーブル伝搬遅延 (ns)

仕組み

この計算ツールはRS-485終端抵抗の値を算出して、長距離にわたって信頼性の高い差動信号伝送を実現します。産業オートメーションのエンジニアやビル管理システムの設計者は、データを破壊する信号の反射を除去するためにこのユーティリティを利用しています。TIA/EIA-485-Aによると、RS-485は特性インピーダンスが100〜120オームの差動信号（ツイストペアケーブル）を使用します。ネットワークの両端にある終端抵抗は送信エネルギーを吸収するので、伝搬遅延が 2 倍で戻ってくるような反射を防ぎます。終端処理を行わない場合、100 m の 1 Mbps ケーブルでは、送信後 1 マイクロ秒で反射が発生し、反射振幅が 200 mV (RS-485 ノイズマージン) を超えるとビットエラーが生じます。仕様では、ケーブル長が信号波長の 1/10 を超えると終端処理が義務付けられています。1 Mbps (1 us ビット時間、波長約 200 m) では、20 m を超えるケーブルは終端処理が必要です。120 オームの終端抵抗を使うと、反射係数が 1.0 (開いた状態) から 0.1 未満に減少し、反射エネルギーの 90% が除去されます。

計算例

工場フロアの SCADA システムは、300 メートル以上の Belden 9841 ケーブル (120 オームの特性インピーダンス) にわたって 8 台の RS-485 デバイスを 115200 ボーで接続します。TIA-485-A セクション 7 によると、ケーブルの電気的長さ = 300 m/(0.66 x 3e8 m/秒) = 1.52 マイクロ秒の往復です。ビットピリオド = 1/115200 = 8.68 マイクロ秒。往復遅延 (1.52 us) はビット周期 (8.68 us) 未満なので、反射は 1 ビット時間以内に安定しますが、ノイズ耐性のためにはやはり終端処理が必要です。物理端の両端 (マスター PLC と一番遠いスレーブ) に 120 Ω 0.25 W の抵抗を取り付けます。ターミネータあたりの電力損失 = V^2/R = (5V) ^2/120 = 最大 208 mW (1 つのドライバがアクティブな場合)。ネットワークの DC 負荷の合計 = 2 x 120 オームパラレル = 60 オーム、83 mA のドライバ機能が必要です。これは TIA-485-A の 250 mA 制限内です。

実践的なヒント

✓TIA-485-Aによると、終端抵抗はバスの2つの物理端でのみ使用し、中間ノードでは絶対に使用しないでください。バスの途中で終端するとインピーダンスの不連続が生じます
✓アイドル状態が頻繁に発生するネットワークでは、AC 終端 (直列接続で 120 Ω、10 nF のコンデンサ) を使用して DC 消費電力を 42 mW から 1 mW 未満に削減します。
✓不明な場合はTDRでケーブルインピーダンスを測定してください。CAT5/6は100オーム、専用RS-485ケーブル（Belden 9841、Alpha 6453）は120オーム

よくある間違い

✗120Ωのケーブルで100Ωの終端を使用した場合、反射係数は9％になるのに対し、終端が一致した場合は反射係数が 0% になり、1 Mbpsで誤差率が1～ 5% になるのに十分
✗一端だけ終端処理を行うと、反射振幅はわずか 50% 減少し、反射点は終端されていない端にシフトします
✗連続駆動時に過熱する1/8Wの抵抗を使用。5V電源での信頼性の高い動作を実現するには、最小1/4Wを指定してください

よくある質問

RS-485の標準終端抵抗はどのくらいですか？

TIA-485-Aに準拠した標準ツイストペアRS-485ケーブルの場合は120オームです。Cat5/5e/6 イーサネットケーブルのインピーダンスは 100 オームで、100 オームの終端が必要です。反射係数が 0.05 未満の場合は、必ず終端をケーブルの特性インピーダンスの +/ -10% 以内に合わせてください。

RS-485 ネットワークにはいくつのターミネーションポイントが必要ですか?

正確に2つ-バスの両端にあります。50 メートル間隔で 8 つのノードで構成されるデイジーチェーントポロジでは、ノード 1 とノード 8 でのみ終端処理が必要です。スター型トポロジーでは、終端処理されていない複数のスタブが累積反射の原因となるため、リピーターによる再設計が必要です。

終端に異なる抵抗値を使用できますか?

はい、ケーブルのインピーダンスと一致していれば可能です。RS-485 ケーブル:120 オーム。CAT5/6:100 オーム。電話ツイストペア:100-150 オーム。終端が 20% 不一致 (例えば、120 オームのケーブルで 100 Ω) になるため、反射係数は 0.09 になり、500 kbps を超えるレートではアイダイアグラムが閉じることが検出可能になります。

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