RS422とRS485
シリアル データ通信インターフェイス規格 RS232、RS422、RS485 は、もともと米国電子工業会 (EIA) によって開発され、公開されました。RS422はRS232から発展した規格です。RS232の通信距離の短さ（最大伝送距離15m）や低速性（最大ビットレート20Kb/s）といった欠点を改善するために開発されました。RS422は平衡通信インターフェースを定義し、伝送速度を10Mbpsまで向上させ、伝送距離を1200mまで延長します。また、100Kbps未満の伝送速度では、平衡バス上に最大10台の受信機を接続できます。RS422は、単方向平衡伝送規格であり、単一機器送信および複数機器受信に対応しています。TIA/EIA-422-A規格と呼ばれています。適用範囲を拡大するため、EIAは1983年にRS422をベースにRS485規格を策定し、マルチポイントおよび双方向通信機能、つまり複数の送信機を同一バスに接続できる機能を追加し、送信機の駆動能力と衝突保護特性を向上させ、バスの共通モード範囲を拡大しました。この規格は後にTIA/EIA-485-A規格と命名されました。RS485は半二重通信であるため、複数局間の相互接続に使用すると信号線を節約でき、高速・長距離伝送に便利です。多くのインテリジェント機器や設備はRS485バスインターフェースを備えており、それらをネットワーク化することも非常に便利です。EIAが提案する推奨規格はすべて「RS」（推奨規格）という接頭辞が付いているため、通信業界では今でも上記の規格に「RS」を接頭辞として付けるの慣例となっています。 RS422/RS485 では通常、シールド ツイスト ペア ケーブルが使用され、コモン モード干渉を効果的に低減できます。RS232、RS422、RS485規格は、インターフェースの電気的特性（電圧、インピーダンス）のみを規定しており、コネクタ、ケーブル、プロトコルについては規定していません。この規格に基づいて、ユーザーは独自の高水準通信プロトコルを構築できます。
産業オートメーションで広く採用されるRS422（EIA-422）とRS485（EIA-485）は、ノイズ環境下での安定通信を実現する差動式シリアル規格です。これらは、データの転送に2本のデータ線（D+およびD-）を使用し、D+線は正の論理信号を、D-線は負の論理信号を伝送します。この差動伝送方式により、電磁干渉やノイズに対して効果的に耐性を持ち、データ転送の信頼性を向上させることができます。
一般的に、ロジック “1”は2本のライン間の電圧差+2V~ +6Vで表され、ロジック “0”は2本のライン間の電圧差-2V~ -6Vで表されます。
詳細情報
RS422
RS422規格の正式名称は「平衡電圧デジタルインターフェース回路の電気的特性」で、インターフェース回路の特性を定義しています。典型的なRS422は、4線式インターフェース、全二重、差動伝送、マルチポイント通信を備えたデータ伝送プロトコルです。実際には、信号グランド線も含まれており、合計5本の線で構成されています。平衡伝送を採用し、イネーブル端の有無にかかわらず、単方向/非可逆伝送路を採用しています。ハードウェア構造の観点から見ると、RS422は2組のRS485に相当し、つまり2つの半二重RS485が全二重RS422を構成します。
受信機は高い入力インピーダンスを使用し、送信ドライバはRS232よりも強力な駆動能力を備えているため、同じ伝送路に複数の受信ノード（最大10ノード）を接続できます。つまり、1つのマスターデバイス（Master）と残りがスレーブデバイス（Slave）です。スレーブデバイスは相互通信できないため、RS422はポイントツーマルチの双方向通信をサポートしています。受信機の入力インピーダンスは4kΩなので、送信機の最大負荷容量は10×4kΩ+100Ω（終端抵抗）です。RS422の4線式インターフェースは送信チャネルと受信チャネルを別々に使用しているため、データの方向を制御する必要はありません。デバイス間の必要な信号交換は、ソフトウェア（XON/XOFFハンドシェイク）またはハードウェア（別々のツイストペア）で実装できます。
RS422の最大伝送距離は1219メートル、最大伝送速度は10Mb/sです。平衡ツイストペアの長さは伝送速度に反比例します。最大伝送距離は100kb/s未満の速度でのみ達成できます。最高の伝送速度は、非常に短い距離でのみ得られます。一般的に、100メートルの長さのツイストペアで得られる最大伝送速度はわずか1Mb/sです。
RS485とRS422の回路原理は基本的に同じです。どちらも差動モードで送受信を行い、デジタルグランドラインは不要です。差動動作は、同一速度条件下で長距離伝送を可能にする根本的な理由です。これがRS485とRS422の根本的な違いです。RS232はシングルエンド入出力であるためです。デュプレックスモードで動作させる場合、少なくともデジタルグランドライン、送信ライン、受信ライン（非同期伝送）の3つのラインが必要です。同期やその他の機能を実現するために、他の制御ラインを追加することもできます。RS422は2対のツイストペア線を介して全二重モードで動作し、送信と受信は互いに影響を与えません。一方、RS485は半二重モードでのみ動作し、送信と受信を同時に行うことはできませんが、必要なツイストペア線は1対だけです。
電気的特性
RS422の電気的特性は、RS485と基本的に同じです。
多くの人が、RS422 シリアルインターフェースは RS485 シリアルインターフェースの全二重バージョンであると誤解しています。実際には、電気的特性には多くの違いがあります。コモンモード電圧範囲とレシーバ入力抵抗が異なるため、2 つの規格は異なるアプリケーション分野に適しています。
RS485 シリアルインターフェースは RS422 シリアルインターフェースのすべてのパフォーマンスパラメータを満たしているため、RS485 シリアルインターフェースのドライバは RS422 シリアルインターフェースのアプリケーションに使用できます。逆もまた同様です。RS485 シリアルインターフェースのドライバの場合、コモンモード電圧の出力範囲は -7V ～ +12V です。RS422 シリアルインターフェースのドライバの場合、このパフォーマンスインジケータは ±7V のみです。RS422 シリアルインターフェースレシーバの最小入力抵抗は 4KΩ ですが、RS485 シリアルインターフェースレシーバの最小入力抵抗は 12KΩ です。
RS422のピン配列
| 信号名 | ピンの説明 |
| TXA(TX+) | 送信+ |
| TXB(TX-) | 送信- |
| RXA(RX+) | 受信+ |
| RXB(RX-) | 受信- |
RS485
RS485は、平衡型デジタルマルチポイントシステムのドライバとレシーバの電気的特性を定義する規格です。この規格は、米国電気通信工業会（TIA）と米国電子工業連盟（IEA）によって定義されています。この規格を使用したデジタル通信ネットワークは、長距離や電子ノイズの多い環境でも信号を効果的に伝送できます。RS485を使用すると、ローカルネットワークを接続し、多分岐通信リンクを構成することができます。
RS485はRS422に基づいて開発されているため、RS485の多くの電気規制はRS422と類似しています。たとえば、どちらも平衡伝送方式を使用し、伝送線路に終端抵抗が必要です。RS485は、2線式と4線式を使用できます。4線接続を使用する場合、RS422と同様にポイントツーマルチポイント通信のみを実現できます。つまり、マスターデバイスは1つだけで、残りはスレーブデバイスになります。ただし、RS422よりも改善されています。4線式または2線式接続方法に関係なく、バスは最大32個のノードに接続できます。 2線式システムを使用する場合、RS485は半二重動作モードを使用し、真のマルチポイント双方向通信を実現します。この場合、送信状態にあるのは常時1ポイントのみです。そのため、送信回路はイネーブル信号によって制御される必要があります。
RS485は平衡伝送と差動受信を採用しているため、コモンモード干渉を抑制する能力があります。さらに、バストランシーバーは高感度で、200mVという低電圧も検出できるため、数千メートル離れた場所でも伝送信号を復元できます。数十メートルから数千メートルの通信距離が必要な場合、RS485シリアルバス規格が広く使用されています。
RS485とRS422の違いは、コモンモード出力電圧が異なることです。RS485は-7V～+12Vの範囲で動作しますが、RS422は-7V～+7Vの範囲で動作します。 RS485 レシーバーの最小入力インピーダンスは 12kΩ、RS422 は 4kΩ です。RS485 はすべての RS422 仕様を満たしているため、RS485 ドライバーは RS422 ネットワークで使用できます。RS422 と同様に、RS485 の最大伝送距離は約 1219 メートル、最大伝送速度は 10Mb/s です。平衡ツイストペアの長さは伝送速度に反比例します。速度が 100kb/s 未満の場合にのみ、指定された最大ケーブル長を使用できます。最高の伝送速度は、非常に短い距離でのみ得られます。通常、100 メートルのツイストペアの最大伝送速度はわずか 1Mb/s です。
RS485 通信ネットワークでは、通常、マスター スレーブ通信方式、つまり 1 つのホストに複数のスレーブが採用されています。多くの場合、RS485通信リンクを接続する際、各インターフェースの「A」端と「B」端をツイストペア線で接続するだけで、信号グランドへの接続は無視されます。この接続方法は多くの場合正常に機能しますが、大きな潜在的危険性を秘めています。第一の原因はコモンモード干渉です。RS485インターフェースは差動信号伝送方式を採用していますが、基準点を基準とした信号検出は不要です。システムは2本の線間の電位差を検出するだけでよく、これはコモンモード干渉に対する一定の耐性を備えています。しかし、トランシーバーが一定のコモンモード電圧範囲を持っていることを見落としがちです。通信制御分野では、複雑な現場環境のために各ノード間に高いコモンモード電圧が発生し、RS485トランシーバーのコモンモード電圧範囲は-7～+12Vです。コモンモード電圧がRS485レシーバーの受信限界電圧を超えると、つまり+12Vを超えるか-7Vを下回ると、レシーバーは正常に動作しません。深刻な場合には、チップや機器に損傷を与える可能性もあります。2つ目の理由はEMIの問題です。送信ドライバの出力信号のコモンモード部にはリターンパスが必要です。低抵抗のリターンパスがない場合、（信号グランド）は放射の形でソース側に戻り、バス全体が巨大なアンテナのように電磁波を放射します。
電気的特性
RS485の電気的特性は、基本的にRS422と同じです。RS485バス規格は、バスインターフェースの電気的特性を規定しています。送信側の場合、正レベルは+2V～+6Vで論理状態「1」を示し、負レベルは-2V～-6Vで論理状態「0」を示します。受信側の場合、(V+) – (V-) ≥ 0.2Vは信号「0」を示し、(V+) – (V-) ≤ 0.2Vは信号「1」を示します。
デジタル信号は差動伝送を採用しており、ノイズ信号の干渉を効果的に低減できます。しかし、RS485バス規格では、通信ネットワークに関連するアプリケーション層通信プロトコルについては明確な規定がありません。ユーザーや関連開発者は、自社の通信ネットワーク機器に関連する適切な高水準通信プロトコル規格を確立することができます。同時に、産業用制御分野では、RS485バス通信ネットワークは、多数の分散型産業用ネットワーク制御ユニットでよく使用され、各種産業機器の配置が比較的遠距離にあるため、フィールドバス通信ネットワークにさまざまな干渉が生じ、通信ネットワーク全体の通信効率と信頼性が低下します。ネットワーク全体のデータ伝送の信頼性は、フィールドバス通信システム全体の信頼性に直接影響します。したがって、RS485バス通信システムの通信信頼性を検討することは実用上重要です。インターフェース信号レベルはRS232Cよりも低いため、インターフェース回路のチップを損傷しにくく、TTLレベルと互換性があるため、TTL回路との接続が容易です。
RS485のピン配列
| 信号名 | ピンの説明 |
| Data+(A) | 信号+ |
| Data-(B) | 信号- |
終端抵抗
終端抵抗は、送信ノード、受信ノードの両側のインピーダンス・マッチングのために使用します。終端抵抗が適切に設定されていると、反射が最小限に抑えられます。インピーダンス・マッチングのためのターミネータ(抵抗値)は、ケーブルのインピーダンス特性により決定されますが､通常は120Ωが使われます。
バイアス抵抗
RS485およびRS422では、バスの信号線にバイアス電圧が必要です。終端抵抗はこのバイアスを提供し、信号線のリセット状態を確保します。これにより、信号の整合性が向上し、データの正確な転送が可能になります。
RS422とRS485信号変換の種類
RS422/RS485とEthernet変換:RS422/RS485とイーサネットを双方向通信です。
RS422と光ファイバーの変換:RS2422機器間を最大10Km延長可能です。
RS232CとRS422変換:RS232C機器間を最大1200mまで延長することが出来ます｡
RS232CとRS485変換:RS485長距離ネットワークを実現可能。
RS422/RS485とUSB(COM):RS422/RS485とUSB(COM)変換。
RS232C、RS422、RS485の比較
| 名称 | RS232C | RS422 | RS485 |
| 信号方式 | シングルエンド信号 | 差分信号 | 差分信号 |
| 最大ノード数 | 1対1の送信と受信 | 1送信で10受信 | 1送信で32受信 |
| 最大伝送ケーブル長 | 15m | 1219m | 1219m |
| 最大転送速度 | 20Kbps | 10Mbps | 10Mbps |
| 受信機のコモンモード電圧 | – | -7V~+7V | -7V~+12V |
| ドライバのコモンモード電圧 | – | ±3V | -1V~+3V |
| ドライブレベル（最小） | ±5V~±15V | ±2V | ±1.5V |
| ドライブレベル（最大） | ±25V | ±6V | ±6V |
| 負荷インピーダンス | 3KΩ~7KΩ | 100Ω | 54Ω |
| 受信機入力電圧 | ±15V | ±10V | -7V~+12V |
| 受信機入力閾値電圧 | ±3V | ±200mV | ±200mV |
| 受信機入力抵抗 | 3KΩ~7KΩ | ≥4KΩ | ≥12KΩ |