RS-485の基本：終了が必要な場合と適切に実行する方法

RS-485ネットワークのシグナルインテグリティと通信の問題の多くは、端末の欠如または不適切な端末のいずれかに起因します。今回のRS-485 Foundationシリーズでは、RS-485ネットワークを終了しない場合と、終了する必要がある場合に標準（並列）端末とAC（AC）端末のネットワークをどのように使用するかについて説明します。 シリーズの前号で説明したように、RS-485トランシーバのドライバは、32個のセル負荷と2個の120Ω端子間で1.5 Vを駆動できる必要があります。この記事では触れませんでしたが、120Ωの終端抵抗値は、いわゆるツイスト対バスラインの差動モード特性インピーダンスに由来します。簡単に言えば、ワイヤゲージ、絶縁の種類と厚さ、単位長さあたりのねじれ数は、高速データ信号が“見る”インピーダンスをもたらします。このインピーダンスはオームで表され、ツイストペアケーブルの通常の範囲は100Ω ~ 150Ωです。RS-485規格の作成者は、公称特性インピーダンスとして120Ωを選択しました。したがって、このインピーダンスに合わせて終端抵抗もデフォルト値120Ωを設定します。 エンドポイントネットワークがある理由 ケーブルの特性インピーダンスを終端ネットワークに合わせて、バスの終端にあるレシーバが最大信号電力を見ることができるようにします。伝送ラインを終端しないか、ケーブルインピーダンスに等しくない値で終端すると、ミスマッチが発生し、ネットワークの終端に反射が発生します。反射とは、実際にラインに沿って戻り、バスに沿って伝播する次のビットと建設的または破壊的に干渉する信号エネルギーの一部である。破壊的な例としては、反射された信号が入射信号と位相が合わず、受信機が入射信号を小さく見える場合があります。ミスマッチが十分に大きい場合、反射されたエネルギーが後続のビットを受信機に誤解させ、誤ってデコードする可能性がある。式1は、反射係数がゼロに近づくには、負荷インピーダンスZLがソースインピーダンスZSと一致する必要があることを示しています。負荷とソースのインピーダンスに大きな差がある場合、信号のほぼ全体が反射することができます。 ご覧のように、最適なシグナルインテグリティを得るには、ACラインインピーダンスを同等の端子と一致させるのが最善です。なぜデザイナーはそれを望まないのでしょう？エンドネットワークを追加するとシステム全体のコストが増加し、これらのエンドネットワークはドライブに並列負荷を追加し、定常負荷電流が大きくなるためです。バッテリ駆動アプリケーションなど、消費電力の削減が重要な消費電力に敏感なアプリケーションでは、省電力の選択肢の1つはバスを終端しないことです。ターミナルの削除が実行可能なオプションである場合を議論しましょう。 端末が不要なネットワーク ネットワークの双方向ループ時間が単一ビット時間（tbit 10×双方向ループ遅延）よりもはるかに小さい場合、エンドネットワークは必要ありません。この場合、反射はネットワークの端に達するたびにエネルギーを失います。 図1からわかるように、信号がケーブルの端で反射するたびに、反射の振幅は減衰し続けます。図1は、信号の3往復と合計6回の反射を示しています。図1：反射発生ごとの反射振幅の減衰 バスの終端されていない端の入力インピーダンスが96kΩ（1/8単位負荷）で、ドライバのソースインピーダンスが60Ωであると仮定すると、表1に示すように信号の反射は減衰します。 表1：信号減衰の計算例 表1に示すように、信号が6回目に反射されると、元の振幅の4%以下に減衰します。その後、反射はもはやシグナルインテグリティの問題を引き起こさないと言ってもセキュリティです。ビットのサンプルポイントは通常、ビットプロセスの50- 75%の間に発生するため、これら3つのラウンドトリップ遅延がサンプリングポイントの前に発生することを確認する必要があります。 端末が必要なネットワーク ビット時間とケーブルループ時間が著しく長くないアプリケーションでは、反射を最小限に抑えるために終端が重要です。標準終端または並列終端ネットワークと呼ばれる最も基本的な終端ネットワークは、単一の抵抗で構成されます（図2）。図2：標準端末ネットワーク標準端子の場合は、ネットワークの両端にあるケーブルの差動モード特性インピーダンスに一致する端子抵抗値を一致させます。これにより、バス上で双方向に伝送される信号の正しい終端が保証されます。前述したように、この終端方式の主な欠点は、ドライバがアクティブになるたびに抵抗がドライバにDC負荷をかけることです。 AC端子を使用することで、バス長やビット時間を必要とすることなく、この消費電力を軽減できます。 図3にACターミナル方式を示します。図3：ACターミナルネットワーク RS-485ドライバの電流は通常、一方の側から終端ネットワークを流れ、次にドライバの反対側を流れるため、直列コンデンサを設定することで定常電流はゼロになります。このタイプの端子の2つの考慮事項は、各端子ネットワークに追加部品が必要であること、および抵抗とコンデンサを直列に接続することで抵抗-容量（RC）遅延が発生することです。RC時定数は、差動信号の立上りエッジと立下りエッジを遅くし、ネットワークの最大データレートを制限します。 表2に3つのターミナルスキームをまとめます。 表2：端末技術の概要 最適なシグナルインテグリティを得るためには、ケーブルの差動モード特性インピーダンスを等インピーダンスの端子に合わせることが望ましいです。しかし、適切な手順を実行すれば、ACターミナルを正常に実装したり、ターミナルを完全に回避することも可能です。

2026実践補足：さまざまなシナリオでの端子抵抗選択の推奨事項

多くのフィールド展開経験を経て、RS-485終端抵抗の使用について以下の追加推奨事項を提供します。

1. 短距離（100 m）、低ボーレート（19200bps）：通常は終端抵抗を使用しなくてもかまいませんが、最後のデバイスで内蔵の120Ωバイアス抵抗を有効にすることをお勧めします。
2. 长500 mまたは高ボーレート115200bps120Ωの終端抵抗を使用する必要があり、両端に1つずつ追加することを推奨します。フィールドに強い電磁干渉がある場合（インバータやモータの近くなど）、ACターミナルの使用DC消費電力を低減するため（120Ω直列1nFコンデンサ）。
3. 混合ボーレートシナリオ同じバスで異なるボーレートを使用することは推奨されません。ハイブリッド通信が必要な場合は、Modbusゲートウェイを使用してバスをセグメント化します。

トラブルシューティングのヒント：通信が良くない場合、90%のケースは終端抵抗、グランド、またはバイアス電圧に関連しています。A/Bライン差動波形の品質はオシロスコープで確認することを推奨します。