Đặc tính điện học
Về các đặc tính điện học, RS-485 và RS-422 giống nhau về cơ bản. RS-485 cũng sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây dẫn A và B. Ngưỡng giới hạn qui định cho VCM đối với RS-485 được nới rộng ra khoảng -7V đến 12V, cũng như trở kháng đầu vào cho phép lớn gấp ba lần so với RS-422. Các thông số quan trọng được tóm tắt trong bảng 2.3.
Đặc tính khác nhau cơ bản của RS-485 so với RS-422 là khả năng ghép nối nhiều
điểm, vì thế được dùng phổ biến trong các hệ thống bus trường. Cụ thể, 32 trạm có thể
tham gia ghép nối, được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS-485 mà
không cần bộ lặp.
Để đạt được điều này, trong một thời điểm chỉ một trạm được phép kiểm soát đường
dẫn và phát tín hiệu, vì thế một bộ kích thích đều phải đưa về chế độ trở kháng cao mỗi
khi rỗi, tạo điều kiện cho các bộ kích thích ở các trạm khác tham gia. Chế độ này được
gọi là tri-state. Một số vi mạch RS-485 tự động xử lý tình huống này, trong nhiều
trường hợp khác việc đó thuộc về trách nhiệm của phần mềm điều khiển truyền thông.
Trong mạch của bộ kích thích RS-485 có một tín hiệu vào “Enable” được dùng cho mục
đích chuyển bộ kích thích về trạng thái phát tín hiệu hoặc tri-state. Sơ đồ mạch cho bộ
kích thích và bộ thu RS-485 được biểu diễn trên Hình 2.30.
Mặc dù phạm vi làm việc tối đa là từ -6V đến 6V (trong trường hợp hở mạch), trạng
thái logic của tín hiệu chỉ được định nghĩa trong khoảng từ ±1,5V đến ±5V đối với đầu
ra (bên phát) và từ ±0,2V đến ±5V đối với đầu vào (bên thu), như được minh họa trên
Hình 2.31.
Số trạm tham gia
RS-485 cho phép nối mạng 32 tải đơn vị (unit load, UL), ứng với 32 bộ thu phát
hoặc nhiều hơn, tùy theo cách chọn tải cho mỗi thiết bị thành viên. Định nghĩa một tải
đơn vị được minh họa trên Hình 2.32. Thông thường, mỗi bộ thu phát được thiết kế
tương đương với một tải đơn vị. Gần đây cũng có những cố gắng giảm tải xuống còn 1/2UL hoặc 1/4UL, tức là tăng trở kháng đầu vào lên hai hoặc bốn lần, với mục đích
tăng số trạm lên 64 hoặc 128. Tuy nhiên, tăng số trạm theo cách này sẽ gắn với việc
phải giảm tốc độ truyền thông, vì các trạm có trở kháng lớn sẽ hoạt động chậm hơn.
Giới hạn 32 tải đơn vị xuất phát từ đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền thông nhiều
điểm. Các tải được mắc song song và vì thế việc tăng tải sẽ làm suy giảm tín hiệu vượt
quá mức cho phép. Theo qui định chuẩn, một bộ kích thích tín hiệu phải đảm bảo dòng
tổng cộng 60mA vừa đủ để cung cấp cho:
• Hai trở đầu cuối mắc song song tương ứng tải 60Ω (120Ω tại mỗi đầu) với điện
áp tối thiểu 1,5V, tạo dòng tương đương với 25mA
• 32 tải đơn vị mắc song song với dòng 1mA qua mỗi tải (trường hợp xấu nhất),
tạo dòng tương đương với 32mA.
Tốc độ truyền tải và chiều dài dây dẫn
Cũng như RS-422, RS-485 cho phép khoảng cách tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối
trong một đoạn mạng là 1200m, không phụ thuộc vào số trạm tham gia. Tốc độ truyền
dẫn tối đa có thể lên tới 10Mbit/s, một số hệ thống gần đây có khả năng làm việc với tốc
độ 12Mbit/s. Tuy nhiên có sự ràng buộc giữa tốc độ truyền dẫn tối đa và độ dài dây dẫncho phép, tức là một mạng dài 1200m không thể làm việc với tốc độ 10MBd. Quan hệ giữa chúng phụ thuộc nhiều vào chất lượng cáp dẫn được dùng cũng như phụ thuộc vào việc đánh giá chất lượng tín hiệu. Một ví dụ đặc trưng được biểu diễn qua đồ thị trên Hình 2.33.
Tốc độ truyền tối đa cũng phụ thuộc vào chất lượng cáp mạng, cụ thể là đôi dây xoắn kiểu STP có khả năng chống nhiễu tốt hơn loại UTP và vì thế có thể truyền với tốc độ cao hơn. Có thể sử dụng các bộ lặp để tăng số trạm trong một mạng, cũng như chiều dài dây dẫn lên nhiều lần, đồng thời đảm bảo được chất lượng tín hiệu.
Cấu hình mạng
RS-485 là chuẩn duy nhất do EIA đưa ra mà có khả năng truyền thông đa điểm thực
sự chỉ dùng một đường dẫn chung duy nhất, được gọi là bus. Chính vì vậy mà nó được
dùng làm chuẩn cho lớp vật lý ở đa số các hệ thống bus hiện thời.
Cấu hình phổ biến nhất là sử dụng hai dây dẫn cho việc truyền tín hiệu, như được
minh họa trên Hình 2.34. Trong trường hợp này, hệ thống chỉ có thể làm việc với chế độ
hai chiều gián đoạn (half-duplex) và các trạm có thể nhận quyền bình đẳng trong việc
truy nhập đường dẫn. Chú ý rằng đường dẫn được kết thúc bằng hai trở tại hai đầu chứ
không được phép ở giữa đường dây. Vì mục đích đơn giản, dây đất không được vẽ ở
đây, tuy nhiên trong thực tế việc nối dây đất là rất cần thiết.
Một mạng RS-485 cũng có thể được nối theo kiểu 4 dây, như Hình 2.35 mô tả. Một
trạm chủ (master) đóng vai trò điều khiển toàn bộ giao tiếp giữa các trạm kể cả việc truy nhập đường dẫn. Các trạm tớ (slave) không thể liên hệ trực tiếp mà đều phải qua trạm
chủ. Trạm chủ phát tín hiệu yêu cầu và các trạm tớ có trách nhiệm đáp ứng. Vấn đề
kiểm soát thâm nhập đường dẫn ở đây chính là việc khống chế các trạm tớ không trả lời
cùng một lúc. Với cấu hình này, việc truyền thông có thể thực hiện chế độ hai chiều
toàn phần (full-duplex), phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ truyền tải thông tin
cao, tuy nhiên ở đây phải trả giá cho hai đường dây bổ sung.
RS-485 không phải là một chuẩn trọn vẹn mà chỉ là một chuẩn về đặc tính điện học, vì vậy không đưa ra các qui định cho cáp nối cũng như các bộ nối. Có thể dùng đôi dây xoắn, cáp trơn hoặc các loại cáp khác, tuy nhiên đôi dây xoắn là vẫn là loại cáp được sử dụng phổ biến nhất nhờ đặc tính chống tạp nhiễu và xuyên âm.
Trở đầu cuối
Do tốc độ truyền thông và chiều dài dây dẫn có thể khác nhau rất nhiều trong các ứng dụng, hầu như tất cả các bus RS-485 đều yêu cầu sử dụng trở đầu cuối tại hai đầu dây. Sử dụng trở đầu cuối có tác dụng chống các hiệu ứng phụ trong truyền dẫn tín hiệu, ví dụ sự phản xạ tín hiệu. Trở đầu cuối dùng cho RS-485 có thể từ 100Ω đến 120Ω. Một sai lầm thường gây tác hại nghiêm trọng trong thực tế là dùng trở đầu cuối tại mỗi trạm. Đối với một mạng bus có 10 trạm thì trở kháng tạo ra do các trở đầu cuối mắc song song sẽ là 10Ω thay chứ không phải 50Ω như thông thường. Chú ý rằng tải của các trở đầu cuối chiếm phần lớn trong toàn mạch, nên trong trường hợp này hậu quả gây ra là dòng qua các trở đầu cuối sẽ lấn át, các tín hiệu mang thông tin tới các bộ thu sẽ suy yếu mạnh dẫn tới sai lệch hoàn toàn. Một số bộ nối có tích hợp sẵn trở đầu cuối, có thể dùng jumper để chọn chế độ thích hợp tùy theo vị trí của trạm trong mạng.
Trong trường hợp cáp truyền ngắn và tốc độ truyền thấp, ta có thể không cần dùng trở đầu cuối. Tín hiệu phản xạ sẽ suy giảm và triệt tiêu sau vài lần qua lại. Tốc độ truyền dẫn thấp có nghĩa là chu kỳ nhịp bus dài. Nếu tín hiệu phản xạ triệt tiêu hoàn toàn trước thời điểm trích mẫu ở nhịp tiếp thep (thường vào giữa chu kỳ) thì tín hiệu mang thông
tin sẽ không bị ảnh hưởng. Có nhiều phương pháp để chặn đầu cuối một đường dẫn RS- 485, như được minh họa trên Hình 2.36.
Phương pháp được dùng phổ biến nhất là chỉ dùng một điện trở thuần nối giữa hai dây A và B tại mỗi đầu. Phương pháp này còn được gọi là chặn song song. Điện trở được chọn có giá trị tương đương với trở kháng đặc trưng (trở kháng sóng) của cáp nối. Như vậy sẽ không có tín hiệu phản xạ và chất lượng tín hiệu mang thông tin sẽ được đảm bảo. Nhược điểm của phương pháp này là sự hao tổn nguồn tại hai điện trở.
Một biến thể của phương pháp chặn song song cũng được sử dụng rộng rãi có tên là chặn tin cậy, bởi nó có tác dụng khác nữa là tạo thiên áp tin cậy (fail-safe biasing) đảm bảo một dòng tối thiểu cho trường hợp bus rỗi hoặc có sự cố.
Nối đất
Mặc dù mức tín hiệu được xác định bằng điện áp chênh lệch giữa hai dây dẫn A và B không có liên quan tới đất, hệ thống RS-485 vẫn cần một đường dây nối đất để tạo một đường thoát cho nhiễu chế độ chung và các dòng khác, ví dụ dòng đầu vào bộ thu. Một sai lầm thường gặp trong thực tế là chỉ dùng hai dây để nối hai trạm. Trong trường hợp như vậy, dòng chế độ chung sẽ tìm cách quay ngược trở lại nguồn phát, bức xạ nhiễu ra môi trường xung quanh, ảnh hưởng tới tính tương thích điện từ của hệ thống. Nối đất sẽ có tác dụng tạo một đường thoát trở kháng nhỏ tại một vị trị xác định, nhờ vậy giảm thiểu tác hại gây nhiễu. Hơn thế nữa, với cấu hình trở đầu cuối tin cậy, việc nối đất tạo thiên áp sẽ giữ một mức điện áp tối thiểu giữa hai dây A và B trong trường hợp kể cả khi bus rỗi hoặc có sự cố.