Целью настоящей статьи является ознакомление читателей с современными микросхемами драйверов сети RS485 фирмы MAXIM, их основными параметрами и особенностями.
Интерфейс RS485 наиболее часто используется при создании современных локальных сетей различного назначения, как в промышленных изделиях, так и в любительской практике. Основными преимуществами интерфейса являются:

• Относительно низкая себестоимость микросхем драйверов, что снижает стоимость аппаратной реализации сетевых диспетчеров, т.е. узлов связи между сетевой средой (линиями связи) и ядром станции (узла) сети, т.е. микроконтроллерной или микропроцессорной системой;
• Использование в сетях на базе интерфейса RS485 всего трех проводов (третий, общий, не всегда является обязательным), что значительно снижает себестоимость всей системы, поскольку известно, что себестоимость сетевой среды современных локальных сетей практически всегда составляет более 60% от стоимости всей системы;
• Микросхемы драйверов имеют малые габаритные размеры. Наиболее часто используются микросхемы, выполненные в корпусе DIP8 со стандартным расположением выводов, ставшим , промышленным стандартом. Микросхемы драйверов используют всего несколько дискретных элементов для цепей защиты, использование которых не является обязательным. Малые габаритные размеры микросхем драйверов и минимальное количество обвязки экономит площадь печатной платы, что также положительно сказывается на стоимости системы;
• Современные микросхемы имеют достаточно низкое энергопотребление, многие из них при отсутствии активности в сети автоматически переходят в режим экономии, что снижает энергопотребление системы;
• Современные микросхемы драйверов имеют повышенную нагрузочную способность. Если раннее большинство микросхем было насчитано на работу с 32 станциями, то современные модели обеспечивают нормальное функционирование до 256 станций;
• В настоящее время выпускаются микросхемы в высокой предельной скоростью передачи. Это позволяет создавать высокоскоростные сети, и снижает количество ошибок в сети за счет улучшения формы передаваемого сигнала;
• Драйверы интерфейса RS485 имеют достаточно простое управление. Особенности организации сетей, их схемотехника, способы управления доступом к каналу и примеры программирования достаточно описаны [1-11].
• Микросхемы интерфейса RS485 выпускают многие фирмы мира [12]. Однако несомненным лидером в разработке и выпуске новых микросхем драйверов является известная фирма MAXIM [13]. В настоящее время фирма выпускает более 80 типов микросхем драйверов интерфейса RS485/422.

Все микросхемы драйверов можно условно разделить на 4 группы: микросхемы с питанием +5 В, микросхемы с расширенным диапазоном питания от 3 до 5.5 В, низковольтные микросхемы с питанием 3.3 В и микросхемы со встроенной оптической изоляцией. Основные технические характеристики этих групп микросхем приведены в таблицах 1 — 4 соответственно.
В приведенных таблицах приняты следующие обозначения:
В колонке «Разрешение RxD»: P — обозначает, что управляющий вход приемника переключает его либо в открытое состояние, либо переводит его в режим энергосбережения, O — означает, что управляющий вход тоько включает/выключает приемник.
В колонке «Режим»: H — означает полудуплексный режим, т.е. интерфейс RS485, F — обозначает полный дуплексный режим, т.е. интерфейс RS422.
Прежде чем приступить к анализу таблиц, определим критерии отбора микросхем для последующего рассмотрения. Мы ставим своей целью ознакомление читателя с широко используемыми микросхемами интерфейса RS485 (но не RS422), т.е. с микросхемами, работающими в полудуплексном режиме, которые в колонке «Режим» имеют символ «H». У этих микросхем входы приемника объединены с выходами передатчика и образуют две линии приема/передачи, «A» и «B». Мы не будем рассматривать ряд микросхем, содержащих только приемники или только передатчики, поскольку их применение также весьма ограничено. И наконец, мы будем рассматривать только микросхемы, выпускаемые в корпусе с восемью выводами (кроме микросхем со встроенной оптической изоляцией и микросхем в корпусе 6/5/SO), как наиболее распространенные и используемые.
Таблица 1. Микросхемы драйверов интерфейса RS485/422 с питанием +5 В
Первая группа микросхем самая многочисленная, она насчитывает 60 типов. Микросхемы этой группы предназначены для систем со стандартным питанием. С учетом критериев, приведенных выше, остается для рассмотрения только 20 типов микросхем. Прежде, чем перейти к анализу оставшихся в таблицы 1 микросхем, напомним читателю, что одними из первых начали производиться микросхемы MAX481/483/485/487. Затем к этому семейству добавилась микросхема MAX1487, а намного позже эти микросхемы были оснащены цепями защиты от электростатики до ±15 kV и к обозначению этих микросхем была добавлена буква «E». Аналогично и у других микросхем наличие буквы «E» после обозначения означает встроенную защиту от электростатики. В общем, эти микросхемы имели не очень хорошие показатели, конечно по сравнению с современными микросхемами. Они позволяли объединять в сеть только 32 интерфейса (за исключением MAX487, который мог объединять до 128 станций) и обеспечивали не очень высокую скорость передачи данных. Однако именно они и их аналоги легли в основу стандартного расположения выводов микросхем интерфейса. Расположение выводов этого семейства показано на рис. 1.

> Напомним обозначения выводов:
RO — Receiver Output — Выход приемника. Если А >B на 200mV RO=1, если А RE/ — Receiver Output Enable — Разрешение выхода приемника при RE/=0. При RE/=1 выход RO находится в высокоимпедансном состоянии.
DE — Driver Output Enable — Разрешение выходов передатчика. Если DE=1 выходы активны, в противном случае они находятся в высокоимпедансном состоянии.
DI — Driver Input — Вход передатчика.
GND — Ground — Общий провод питания.
A — Noninverting Receiver Input and Driver Output — Неинвертирующий вход/выход.
B — Inverting Receiver Input and Driver Output — Инвертирующий вход/выход.
VCC — Positive Supply — Напряжение питания.
Семейство микросхем MAX3082/3085/3088 по выводам полностью совместимо со стандартным семейством MAX481/483/485/487/1487. Основными отличиями этой группы являются:

• Повышенная нагрузочная способность выходов, что позволяет объединять в сеть до 256 станций.
• Наличие защиты от электростатики для микросхем с буквой «E».
• Наличие режима экономии, в который микросхемы переходят при закрытии приемника, т.е. при RE/=1.
• Повышенное быстродействие: 500 kbps (Kilo Bit per Second — килобит в секунду) для MAX3085(E) и 10 Mbps (Mega Bit per Second — мегабит в секунду) для MAX3088(E).

Семейство микросхем MAX3463/3464 по выводам также полностью совместимо со стандартным семейством MAX481/483/485/487/1487. Основными отличиями этой группы являются:

• Высокое быстродействие, для 20 Mbps.
• В микросхеме MAX3463 имеется схема автоматического определения неправильного подключения линий «A» и «B».
• Средняя нагрузочная способность выходов, что позволяет объединять в сеть до 128 станций.
• Отсутствие защиты от электростатики.
• Наличие режима экономии, в который микросхемы переходят при выключении приемника и передатчика через 50 nS, а также в случае включенного приемника при статичкском состоянии входов более чем 800 nS. Ток потребления в режиме экономии не превышает 1 mkA.
• Для микросхем этого семейства гарантируется высокий уровень на выходе приемника, если линии сети «A» и «B» замкнуты или свободны или все подключенные к линиям передатчики выключены.
• Микросхемы оснащены цепями защиты входов от «горячего» включения в шину сети.
• Микросхемы имеют защиту выходов передатчиков от короткого замыкания или температуры выходных каскадов передатчика более +140 ºС.
• Микросхемы имеют типовое время переключения приемника не более 2nS.
• Микросхемы совместимы с промышленным стандартом PROFIBUS, в котором используются два терминатора по220Om на концах сети и подтягивающие реpисторы по 390Om. При этом гарантируется размах уровней линий «A» и «B» не менее 2.1 V.

Еще одна интересная микросхема этой группы MAX1483 разработана специально для систем со сверхмалым энергопотреблением. Разводка ее выводов также совпадает со стандартной. Микросхема обладает средним быстродействием 250 kbps, током потребления в рабочем режиме не более 20 mkA и обеспечивает связь с 256 станциями.
Представляет также интерес микросхема MAX3443E, предназначенная для работы в сетях с повышенным уровнем помех. Перечислим основные достоинства этой микросхемы:

• Высокое быстродействие, для 10 Mbps.
• Наличие режима экономии, в который микросхемы переходят при выключении приемника и передатчика через 50 nS, а также в случае включенного приемника при статическом состоянии входов более чем 800 nS. Ток потребления в режиме экономии не превышает 10 mkA.
• Наличие защиты от электростатики до ±15 kV.
• Микросхема имеет встроенную защиту от импульсных помех в линии до +60 V. Защита гарантируется независимо от состояния микросхемы и наличия или отсутствия ее питания.
• В микросхеме имеется схема автоматического определения неправильного подключения линий «A» и «B».
• Средняя нагрузочная способность выходов, что позволяет объединять в сеть до 128 станций.
• Отсутствие защиты от электростатики.
• Гарантируется высокий уровень на выходе приемника, если линии сети «A» и «B» замкнуты или свободны или все подключенные к линиям передатчики выключены.
• Микросхема оснащена цепями защиты входов от «горячего» включения в шину сети.
• Микросхема имеет защиту выходов передатчиков от короткого замыкания или температуры выходных каскадов передатчика более +140 ºС.
• Микросхема имеет типовое время переключения приемника не более 2 nS.
• Микросхема совместима со стандартом J1708. Напомним читателю, что стандартная конфигурация сети RS485 выглядит, как показано на рис. 2. Управление драйверами осуществляется входами RE/ и DE, а передача информации осуществляется через DI и RO. Стандарт J1708 предполагает, что приемник всегда открыт, т.е. RE/ соединен с общим проводом GND. Вход данных DI передатчика также соединен с общим проводом GND, а передача данных осуществляется по входу управления DE через инвертор. Таким образом, вес обмен осуществляется только двумя сигналами. Типовая схема включения стандарта J1708 приведена на рис. 3. Еще одной особенностью стандарта является использование изолированной земли в шине, как показано на рис. 3.

> > Таблица 2. Микросхемы драйверов интерфейса RS485/422 с расширенным диапазоном питанием от +3 В до +5 В
Группа драйверов с расширенным диапазоном питания представляет повышенный интерес, поскольку одно из ее семейства MAX3280(E)/3281(E)/3283(E)/3284(E) обладает сверх высоким быстродействием — до 52Mbps. Микросхемы выпускаются только в корпусах для поверхностного монтажа. Разводка выводов семейства показана на рис. 4.

> Приемник в этой группе микросхем всегда открыт. Микросхема MAX3280 содержит только приемник, и представляет ограниченный интерес. В остальных микросхемах управление передатчиком осуществляется разными уровнями для различных микросхем на выводе 5 (см.рис.4). Микросхемы имеют встроенную защиту от электростатики и режим энергосбережения.
Таблица 3. Микросхемы драйверов интерфейса RS485/422 с низковольтным питанием +3.3В
В группе микросхем с низковольтным питанием имеется только два семейства микросхем удовлетворяющих выработанным критериям отбора. Семейство микросхем MAX3483(E)/3485(E)/3486(E) аналогично семейству MAX483/485/487/1487 с той лишь разницей, что это семейство использует питание 3.3 V и у микросхем MAX3485(E) и MAX3486(E) увеличено быстродействие до 10 Mbps и 2.5 Mbps соответственно. Микросхема MAX3362 имеет еще большее быстродействие — 20 Mbps и увеличенную нагрузочную способность до 256 узлов в сети.
Таблица 4. Микросхемы драйверов интерфейса RS485/422 с оптической развязкой
Последняя группа микросхем со встроенной оптической изоляцией содержит четыре семейства имкросхем и имеет свои особенности. Все микросхемы этой группы выпускаются в достаточно больших корпусах, имеют достаточно большое потребление, нуждаются в значительном количестве внешних элементов обвязки, имеют не очень большое быстродействие и высокую стоимость.
Микросхемы семейства MAX1490 предназначены для организации сети на базе интерфейса RS422, т.е. для работы в дуплексном режиме, и не будут рассматриваться в этой статье. Микросхема MAX3157 предназначена для сверхмалых сетей с количеством станций до 4, в связи с этим она также не представляет интереса для широкого круга читателей. Оставшиеся два семейства MAX1480 и MAX3480 имеют аналогичную внутреннюю структуру и отличаются только напряжением питания и потребляемым током. На рис. 5 приведена типовая схема включения микросхем семейства MAX1480. Для семейства MAX3480 схема включения аналогична и отличается только номиналами некоторых резисторов.

> В заключение отметим, что с точки зрения идентичности схемотехники для систем с различным питанием и с точки зрения экономии площади печатной платы наиболее предпочтительно использовать микросхемы серии MAX3280(E)/3281(E)/3283(E)/3284(E) с расширенным диапазоном питания. Однако существует ряд причин, способных привести к другому выбору элементной базы. Например, необходимо использовать наиболее дешевые микросхемы, или микросхемы с более высокой нагрузочной способностью. В каждом конкретном случае в процессе разработки необходимо учитывать все требования, и исходя из них, выбирать требуемую элементную базу.

1. Литература:
2. Локальные вычислительные сети / Под ред. С.В.Назарова Кн. 1: Принципы построения, архитектура, коммуникационные средства. 1994, —206 с.:ил.
3. Мячев А.А. Интерфейсы систем обработки данных: Справочник / Под ред. А.А. Мячева. —М.: Радио и связь, 1989. —416 с.: ил.
4. Николайчук О. Интерфейс персонального компьютера и локальной сети микроконтроллеров // Приборы и техника эксперимента, 2000, №3, — с.38-40.
5. Nicolaiciuc O., Guţuleac E., Cheibaş V. A Small Local Computer Network for Automation of Manufacture and Scientific Researches // Computer Sciences Journal of Moldova, 1999, vol.7, №2(20), p.228-236.
6. Nicolaiciuc O. A PC and Local Microcontroller Network Interface // Instruments And Experimental Technique, Consultants Bureau, New York, Vol.43, №3, 2000, —p.318-320.
7. Nicolaiciuc O. The Station of Command Information LAN "MISNET" // Proceeding of the 5^th International Conference on "Development and Application Systems", DAS2000, 18-20 May, 2000, Suceava, ROMANIA, p.298-300.
8. Nicolaiciuc O., Guţuleac E. The Working Algorithms of Command Information LAN "MISNET" // Proceeding of the 5^th International Conference on "Development and Application Systems", DAS-2000, 18-20 May, 2000, Suceava, ROMANIA, p.301-306.
9. Nicolaiciuc O., Guţuleac E., Cheibaş V. The LAN "MISNET" // The International Symposium On System Theory , X^th-Edition, 25-26 May, 2000, Craiova, ROMANIA, p.17-20.
10. Николайчук О. Командно-информационные сети — что это такое? Термины и схемотехника. // Схемотехника, 2001, №6, —c.26-30
11. Николайчук О. Командно-информационные сети — что это такое? Алгоритмы и программы. // Схемотехника, 2001,№7, —c.37-41
12. Николайчук О. Способы управления доступом к каналу сети RS485 // Схемотехника, 2002, №7, —c.43-45.

Источник: rtcs.ru