EIA-422

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EIA-422, ursprünglich RS-422, ist ein Schnittstellen-Standard für serielle Datenkommunikation ähnlich wie RS-232. Im Gegensatz zu RS-232 ist jedoch RS-422 differentiell ausgelegt. Das bedeutet, dass vom Sender zum Empfänger ein Leitungspaar erforderlich ist. Da beide Leitungen gleichwertig sein sollten, spricht man auch von "balanced transmission".

Die Übertragung von einem Sender (Transmitter) zu u.U. mehreren Empfänger (Receiver) geschieht über das Leitungspaar nur in eine Richtung, unidirektional. Entsprechend benötigt man für beide Richtungen mindestens 2 Leitungspaare und bei Hardwarehandshake ggf. 2 zusätzliche Leitungspaare.

Da mehrere Empfänger angeschlossen sein können, ist RS-422 auch eingeschränkt als Bus verwendbar. Da kein Sender einen anderen stört, ist ununterbrochener Datenfluss in beide Richtungen zur gleichen Zeit möglich. Man spricht daher auch von full-duplex-Betrieb.

Ist die Leitung nicht abgeschlossen, also offen, dann liegt gewöhnlich ein Ruhespannungspegel nahe der Versorgungsspannung der Treiber (Transmitter) von 5V an. Sie sind als hochohmige Spannungsquellen oder niederohmige Stromquellen ausgelegt (vertragen durchaus Kurzschluss) um im Regelfall einen kleinen Abschlusswiderstand von typischerweise 120 Ohm treiben zu können.

Entsprechend sind die Empfänger ausgelegt, um kleine Differenzspannungen (von ±200 mV) sicher zu erkennen. Bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung spielt ähnlich der Stromschnittstelle, der Spannungsabfall über der Leitung kaum eine Rolle, lediglich der Spannungsabfall am Abschlusswiderstand nahe dem Empfänger. Ein von RS-422 abgeleitetes Protokoll ist das VDCP.

Es existiert keine einheitliche Pinbelegung, so dass bei Verwendung verschiedener RS422-Geräte immer die Dokumentation des Gerätes beachtet werden muss.

[Bearbeiten] Empfehlungen

Um eine möglichst gute Datenübertragung zu gewährleisten, sind gewisse Dinge empfohlen und ab bestimmten Datenraten zwingend notwendig.

Um möglichst wenig die Umgebung durch elektromagnetische Beeinflussungen (englisch: "electro magnetic interference", EMI, siehe auch Elektromagnetische Verträglichkeit) zu beeinträchtigen, sollten die jeweiligen Leitungspaare verdrillt (UTP: unshielded twisted pair) sein. Das entstehende Magnetfeld dreht sich so längst der Leitung und hebt sich als Fernfeld nahezu auf. Umgekehrt wird so das Kabel auch robuster gegen äußere EMI.
Die mechanische Ausführung des Kabels und die Materialeigenschaften bestimmen die elektrischen Kenngrößen des Übertragungskanals. Eine sehr wichtige Kenngröße ist der Wellenwiderstand, auch Impedanz genannt. Der Übertragungskanal sollte empfängerseitig abgeschlossen sein, damit eine optimale Leistungsanpassung bei minimaler Reflexion gewährleistet ist. Dazu schaltet man einen (ohmschen) Widerstand, auch Abschlusswiderstand oder Terminator bezeichnet, wertemäßig etwa so groß wie der Wellenwiderstand parallel, das heißt zwischen die korrespondierenden Signalleitungen.
Bei hohen Übertragungsraten spielt die Homogenität des Übertragungskanals eine große Rolle. Gibt es auf der Leitung Impedanzsprünge, z.B. durch ungeeignete Stecker oder durch Verlängerung mit einem anderen Kabel, so entstehen an den Übergangsstellen störende Reflexionen. Die Ausbreitung erfolgt ähnlich wie beim Nutzsignal wellenförmig, jedoch in beide Richtungen. Empfängerseitig führen Reflexionen zu Lesefehlern, im schlimmsten Fall zu einer Signalauslöschung.
Werden noch höhere Ansprüche an die Übertragung gestellt (wegen höherer Übertragungsraten), wird noch eine weitere kapazitive Schirmung in Form eines Mantels benötigt (STP [shielded twisted pair] z. B. CAT3 bis CAT5 Kabel für Ethernet)
Da keine galvanische Trennung existiert, ist es möglich, sowohl NRZ (gleichspannungsfrei) als auch RZ zu übertragen. Leider hat die nicht vorhandene Potentialtrennung auch einen Nachteil. Der Empfänger kann das Differenzsignal nur korrekt bestimmen, wenn es innerhalb des Versorgungsspannungsbereiches des Empfängers (von 5 V; z.Zt. eher 3,3 V) liegt. Um allzugroße Potentialverschiebungen zu vermeiden, sollten geeignete Maßnahmen getroffen werden (über Schirm die Signalmasse miteinander zu verbinden ist eine Notlösung).
Bei einem in sich verdrillten 4-Drahtkabel (z. B. Telefonleitung) lässt sich relativ einfach und effektiv eine Entkopplung der Leitungspaare bewirken, wenn das eine Paar die Kabel in Nord-Süd-Richtung und das andere Paar die Kabel in West-Ost-Richtung verwendet wird.

Bitte überarbeiten: Was ist mit dem letzten Punkt gemeint?

[Bearbeiten] EIA-422 Sender

Beispiel eines RS-422 Transmitter

Der Sender oder auch Transmitter genannt, wandelt ein Signal kommend von DI Data Input in das Signal gleicher Polarität Y und umgekehrter Polarität Z um. Wobei umgekehrte Polarität hier nicht heißt, dass eine negative Spannung erzeugt wird, sondern lediglich aus einem logischen H ein logisches L und umgekehrt. Um mehrere Transmitter parallel schalten zu können, wird noch ein Signal zum Aktivieren der Ausgangstreiber DE Data Enable benötigt. Ein Punkt am Symbol stellt die Negation des Signals dar.

Wird nun an den Ausgängen Y und Z ein Abschlusswiderstand von 50 Ohm angeschlossen, passiert folgendes (reale Werte):

DI ist beispielsweise H und somit wird der Ausgang Y Richtung positive Versorgungsspannung auf z. B. 3,5V gezogen, entsprechend der andere Ausgang Z runter nach Masse auf z. B. 1,5V gezogen. Über den Widerstand ist dann ein Spannungsabfall von 2 V entsprechend einem Strom von 40 mA festzustellen. Dabei fungiert Y als Stromquelle und Z Stromsenke.
Ist DI logisch L, dann wird der Ausgang Y runter gezogen und entsprechend Z hoch gezogen. Über den Widerstand ist dann ebenfalls ein Spannungsabfall von 2 V entsprechend einem Strom von 40 mA festzustellen. Nur fungiert Z als Stromquelle und Y Stromsenke.

Zusammengefasst:

Der aufgebrachte Versorgungsstrom für den externen Abschlusswiderstand ist bis auf die Umschaltmomente konstant 40 mA und stört somit kaum die eigene Versorgung.
Da der Hinstrom auf der einen Leitung dem Rückstrom auf der anderen Leitung entspricht, wird eine Masseleitung durch die Übertragung nicht belastet (im Gegensatz zu RS-232).
Durch den Abschlusswiderstand kann man eine Kombination aus Datenübertragungsrate und Leitungslänge wählen, welche bei RS-232 unweigerlich zu Störungen führt.

[Bearbeiten] EIA-422 Empfänger

Beispiel eines RS-422 Receiver

Die Ausgänge Y und Z entsprechen analog den Eingängen A und B des Empfängers. Die Differenz aus A - B kommt am Ausgang RO Receiver out heraus. Genau genommen sind im Receiver noch künstliche Schwellen eingebaut, um die Signalerkennung zu verbessern. Zum einen ist ein Schwellwert von ±200 mV definiert und zum anderen eine Hysterese von 70 mV. Der Schwellwert des Differenzsignals sollte idealerweise 0 mV sein, ist aber im Bereich von -200 mV bis +200 mV definiert. Das hat zur Konsequenz +235 mV sind mind. erforderlich um sicher ein H zu übertragen. Danach bleibt es bis +165 mV sicher (+200 - 1/2*70) und danach bis -235 mV unsicher wann ein logisch L kommt. Unterhalb -235 mV hat man dann bis -165 mV ein sicheres L.

Der große Schwellwert hat Fertigungsgründe. Schnelle Verstärker sind als CFA (current feed back amplifier) aufgebaut und haben im Gegensatz zu VFA (voltage feed back amplifier) aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften von NPN- und PNP-Transistoren einen größeren Offset. VFA haben eine symmetrische Eingangsstufe bestehend aus der gleichen Technologie z. B. NPN siehe Differenzverstärker und haben daher einen kleineren Offset oder hier Schwellwert genannt.

Siehe auch: serielle Datenübertragung, EIA-232, EIA-485