Большинство дифференциальных промышленных шин, таких как CAN и RS-485, характеризуется параметром, называемым синфазным напряжением. Синфазное напряжение определяет диапазон входных напряжений шины относительно земли приемопередатчика, в пределах которого приемопередатчик может поддерживать постоянные входные пороги приемника. Другими словами, когда напряжение на шине находится в этом диапазоне, приемник обеспечивает нормальную работу.
Существуют две частые причины возникновения синфазного напряжения в промышленных сетях.
Одним из источников синфазного напряжения является потенциальная связь электромагнитных помех, присутствующих вблизи сети, с проводами шины. Эти помехи могут создаваться двигателями, лампами дневного света, реле, трансформаторами, параллельными кабелями и другими источниками радиочастот. Эти источники помех одинаково воздействуют на оба провода шины как синфазное напряжение только в том случае, когда подключение выполнено витой парой. Если же в соединениях шины витые пары не используются, помехи будут наводиться несимметрично, и в систему будут вноситься дифференциальные помехи, снижающие запасы приемника по входным напряжениям.
Еще одной частой причиной появления синфазного напряжения является разность потенциалов земли, которая может возникать между различными узлами сети. Значительные разности потенциалов земли являются обычным явлением в промышленных сетях, поскольку длина электрических установок нередко может достигать десятков, а то и сотен метров. На Рисунке 1 показана простая сеть, состоящая из двух узлов, соединенных 50-метровым кабелем, через каждый из которых протекает ток 5 ампер. Даже при сопротивлении стандартного кабеля 12 AWG всего 5 мОм на метр разность потенциалов земли между двумя узлами составляет 1.25 В.
 |
|
| Рисунок 1. | Влияние сопротивления проводов на протяженные электрические установки. |
Это различие в потенциалах земли приводит к тому, что принимающие узлы сети «видят» на своих входных клеммах шины напряжения с другим потенциалом. Если взять пример с Рисунка 1 и предположить, что в сети RS-485 Узел 2 передал битовый поток, то Узел 1 получит этот битовый поток с постоянным смещением 1.25 В (Рисунок 2).
 |
|
| Рисунок 2. | Разность потенциалов земли передатчика и приемника. |
Легко представить, как эта разность потенциалов земли может стать еще больше, когда в сеть добавляются дополнительные нагрузки и увеличивается общая длина кабелей. Ток от каждой дополнительной нагрузки накладывается на существующий ток в кабеле, и влияние сопротивления кабеля пропорционально усиливается. Представьте себе лифт в 50-этажном здании с узлом на каждом этаже и пятью метрами кабеля на этаж. Разность потенциалов земли легко может достигать десятков вольт, выходя за пределы допустимого диапазона синфазных напряжений большинства приемопередатчиков (например, от –7 до +12 В).
Однако благодаря использованию резисторного делителя и цепи смещения на входе приемника (Рисунок 3) дифференциальные приемопередатчики способны работать при наличии синфазных напряжений. Резисторы одновременно ослабляют входной сигнал, видимый на выводах шины, и смещают его в сторону VCC/2, чтобы входы компаратора не насыщались. Увеличивая коэффициент ослабления этих резисторов, можно увеличить напряжения на выводах шины, при которых входные напряжения компаратора будут оставаться в допустимых пределах.
 |
|
| Рисунок 3. | Общая топология дифференциального приемника. |
Компромисс заключается в том, что более высокие коэффициенты ослабления приводят к сужению диапазона дифференциальных напряжений, воспринимаемым компаратором. Это создает большую нагрузку на входную цепь компаратора с точки зрения разрешения, отношения сигнал/шум, усиления по постоянному току и полосы пропускания. Поэтому, пока напряжения на шине остаются в диапазоне, допустимом для данной конструкции приемника, синфазные напряжения могут быть ослаблены и скорректированы таким образом, чтобы на выходное состояние компаратора влияло только оставшееся дифференциальное напряжение.
Таким образом, синфазные напряжения часто встречаются в промышленных приложениях. Проведя внимательный анализ и определив, какие возможные синфазные напряжения могут существовать в системе, можно выбрать подходящий приемопередатчик, способный работать в определенном диапазоне. Это позволит предотвратить возможные сбои связи, вызванные синфазными напряжениями, еще до того, как они возникнут.
