Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik RS-485: Masse bei galvanischer Isolation


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von Sören (Gast)


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Hallo,

in diesem Dokument hier ist ein galvanisch isolierter Knoten dargetellt,
Bild 10 auf Seite 7:
http://www.ti.com/lit/an/slla272b/slla272b.pdf

Was auch zu sehen ist, dass die Masse des linken Knotens mit dem 
galvanisch isolierten Teil des rechten Knotens verbunden ist.

Frage:
Warum wird das so gemacht?
Kann auf diese Masse nicht verzichtet werden? Bei RS-485 genügen doch 
die differenziellen Signale A-B um zu senden oder empfangen.

Danke schon mal.
Sören

von Walter S. (avatar)


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google doch Mal nach "Masse RS485",
da steht die Antwort

von Unterscheider (Gast)


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Sören schrieb:
> dass die Masse des linken Knotens mit dem
> galvanisch isolierten Teil des rechten Knotens verbunden ist.

1. Dieser Satz ist in sich falsch.
2. Stimmt Deine Aussage nicht: Links ist die Masse mit PE_1, recht mit 
PE_2 verbunden.

von Sören (Gast)


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Die Masse beider Transceiver ist mit PE1 verbunden.

Google lieferte zu dieser Frage verschiedene Aussagen. Kam auch hier im 
Forum schon mal vor: Beitrag "RS485 galvanische Trennung?"

Leider scheint es verschiedene Meinungen dazu zu geben, die mehr oder 
weniger begründet werden.

Unterm Strich bin ich nicht schlauer.

von Unterscheider (Gast)


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Ich sehe etwas anderes.

von Wolfgang (Gast)


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Sören schrieb:
> Leider scheint es verschiedene Meinungen dazu zu geben, die mehr oder
> weniger begründet werden.
>
> Unterm Strich bin ich nicht schlauer.

Das hat nichts mit Meinungen zu tun, sondern mit den Gegebenheiten beim 
Empfänger. Wenn dort einfach die LED eines Optokopplers über A/B zum 
Leuchten gebracht wird, ist die Masse ausgesprochen egal. Wenn dort 
irgendeine Schaltung werkelt, die nur Eingangsspannungen innerhalb eines 
bestimmten Bereichs verträgt (Common-Mode Bereich), kommt es auf den 
Bezug der Eingangssignale zur (Empfänger)-Masse drauf an, der z.B. durch 
eine Masseverbindung zwischen Sender und Empfänger hergestellt werden 
kann.

von Falk B. (falk)


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@Sören (Gast)

>Warum wird das so gemacht?

Weiles elektrisch notwendeing ist. Auch wenn die Empfänger differentiell 
arbeiten, so brauchen sie doch eine Masse.

>Kann auf diese Masse nicht verzichtet werden?

Nein.

> Bei RS-485 genügen doch
>die differenziellen Signale A-B um zu senden oder empfangen.

Reicht nicht. RS485 braucht A, B und GND. Nur Sachen wie Ethernet kommen 
mit zwei Drähten aus, denn die sind gleichstromfrei und per Trafo 
potentialgetrennt.

von Wolfgang (Gast)


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Unterscheider schrieb:
> Ich sehe etwas anderes.

Die gelb markierte Masse ist die dritte Leitung zwischen Sender und 
Empfänger. PE2 ist da völlig raus ;-)

von Sören (Gast)


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Vielleicht noch etwas zum Hintergrund:

Ich habe hier einige Knoten, die über RS-485 verbunden werden sollen. Es 
ist unbekannt, ob diese oder zukünftige Knoten eine galvanisch isolierte 
Schnittstelle mitbringen.

Die Schaltung, an der ich arbeite, ist so etwas wie ein Master für alle 
diese Knoten.

Das bedeutet also, dass für jeden angeschlossenen Knoten 3 Leitungen 
A-B-GND benötigt werden. Und - als Konsequenz - der Master für jeden 
dieser Knoten eine eigene galvanische Trennung benötigt.

Falls der Master nur eine galv. Trennung besitzt (nur 1 DC-DC Wandler 
für alle Kanäle) würden evtl. die Massen der angeschlossenen Knoten 
kurzgeschlossen. Das sollte man entspr. dem oben zitierten Dokument 
vermeiden.

Stimmt diese Überlegung?

von npn (Gast)


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Sören schrieb:
> Stimmt diese Überlegung?

Wenn die Slaves keine Trennung haben, stimmt sie. Wenn die Slaves 
getrennt sind, kann man am Master die Massen auch parallelschalten.

von Sören (Gast)


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Aber nachdem diese Eigenschaft der Slaves, vor allem von zukünftig 
angeschlossenen, unbekannt ist, muss ich wohl auf Nummer sicher gehen.

von npn (Gast)


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Ja

von Falk B. (falk)


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@Sören (Gast)

>Das bedeutet also, dass für jeden angeschlossenen Knoten 3 Leitungen
>A-B-GND benötigt werden.

Ja.

> Und - als Konsequenz - der Master für jeden
>dieser Knoten eine eigene galvanische Trennung benötigt.

Komischer Satz. Der Master hat doch nur eine RS485 Schnittstelle, egal 
wieviele Slave dort dranhängen. Also brauch er nur diese einmal 
galvanisch trennen.

>Falls der Master nur eine galv. Trennung besitzt (nur 1 DC-DC Wandler
>für alle Kanäle) würden evtl. die Massen der angeschlossenen Knoten
>kurzgeschlossen.

Nennen wir es lieber verbunden. Kurzschluß klingt nach Fehler, der hier 
aber nicht zwingend vorliegt.

>Stimmt diese Überlegung?

Wie es scheint hast du KEINEN RS485 Bus mit mehreren Slaves sondern 
getrennte RS485 Schnittstellen mit je nur einem Slave. Kann man machen, 
ist aber mehr Aufwand.

von Sören (Gast)


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Ja, für jeden Slave gibt es einen eignen Kanal mit einem eigenen RS-485 
Transceiver.

Danke für die hilfreichen Antworten, damit kann ich jetzt weiter 
arbeiten.

Schöne Grüße
Sören

von Sören (Gast)


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Eine Frage muss ich noch nachschieben:

Was, wenn alle Knoten galvanisch getrennt sind? Die verbundene Masse 
stellt zwar ein gemeinsames Potential her, ist aber mit keiner echten 
Masse einer der Versorgungen verbunden.

Wäre das ein Problem?

von Falk B. (falk)


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Naja, das Potential ist dan halt etwas undefiniert. Man könnte dann 
mittels hochohmigem Widerstand + Kondensator dazu parallel definiert 
anbinden.

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Sören schrieb:
> Was, wenn alle Knoten galvanisch getrennt sind? Die verbundene Masse
> stellt zwar ein gemeinsames Potential her, ist aber mit keiner echten
> Masse einer der Versorgungen verbunden.
> Wäre das ein Problem?
wenn du beidseitig galvanisch getRennte RS485-Treiber hsst, dann wird 
faktisch keine "verbundene Masseleitung" mehr benötigt.
Da reichen im einfachsten Fall 2 Leitungen als Verbindung (Schirm ist 
natürlich immer besser, zumindest bei langen Leitungen und hohem 
Störpotential ).
Allerdings schwimmmen dann die galv. getrennten Treiber quasi auf einem 
undefinierten Potential. Das kann zu Problemen führen. Deshalb ist es 
zweckmäßig, die galv. getrennten Massepotentiale mit einem R-C-Glied auf 
PE festzulegen (z.B. 470kOhm...1MOhm/ 10...22nF).
Der Widerstand verhindert, dass sich statische Ladungen ansammeln und 
das Massepotential auf unverträgliche Werte ansteigt. Das C dient dazu 
HF-Störungen gegen PE kurzzuschließen.

Ein evtl. vorhandener Schirm wird aber natürlich mindestens auf einer 
Seite auf Erde/PE bzw. sogenannte "Schirmmasse" gelegt.

Ob man auf beiden Seiten den Schirm auf PE legt, hängt von den 
Gegebenheiten ab. Bei Potentialdifferenzen können erhebliche 
Ausgleichsströme über den Schirm fließen. In dem Fall klemmt man nur auf 
einer Seite des Kabels den Schirm hart auf PE, die andere wird nur mit 
einem Koppelkondesator auf PE gelegt. Das ist aber eher ein Problem in 
industrieellen Anlagen mit sehr großen Leistungen im MW-Bereich

Im Heimbereich hat man das Problem eher nicht, das kann man beide Seiten 
auf PE legen.

Wenn man schon galv. Trennung macht, dann sollte man auch gleich noch 
eine wirksame Schutzbeschaltung vorsehen, z.B. gegen Überspannung und 
Blitzschlag.
Für moderate Baudraten bis ca. 115kBaud kann man direkt Transzorbdioden 
zwischen die differenziellen Leitungen setzen (z.B. SMAJ5 oder ähnlich).
Um bei Fehlschaltungen ein Abbrennen der Schutzdiode oder des 
Abschlusswiderstandes zu vermeiden, sezte ich auch noch Polyswitche 
(0,1A, z.B. RXEF010)in Reihe zu den Signalleitungen A und B.

Als Schutz gegen hohe Gleichtaktstörungen (Blitzschlag) nutze ich 
90V-Gasableiter gegen PE (Z.B. SG90 oder Bourns 2051-09.
Bei hohen Datenraten (z.B. ProfiBUS 1/12 MBaud) sind die Kapazitäten von 
Transzorbdioden schon zu groß, so dass die Leitungen damit 
fehlterminiert werden. Dann müssen kapazitätsarme Dioden verwendet 
werden.

Sofern man nicht die hohen Baudraten benötigt, empfehle ich immer, die 
Treibertypen mit Bandbreitenbegrenzung zu nutzen (Z.B. ADM2483 oder 
ISO3082). Diese verhalten sich deutlich gutmütiger bezüglich 
Terminierung  Kabelqualität und Störsicherheit als die Typen mit voller 
Bandbreite.

Oben die Schaltung zeigt eine Möglichkeit, die für moderate Bauraten 
z.B. 57600Baud ausgelegt ist und tausendfach in Industriemessgeräten 
unter rauhen Bedingungen funktioniert.
Die Induktivitäten (L51,L52) und auch C56 kannst du gerne weglassen.
Die Terminierungswiderstände R53/R54 (Impedanzabschluss)sollten nicht zu 
schwach ausgelegt sein. Ich nehme da z.B. mind. 2x 1206 parallel.
Die Widerstände R51/R52 dienen dazu, den Leitungen A/B auch im passiven 
BUS-Zustand einen def. Ruhepegel zu geben.
Gruß Öletronika

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