RS-485 종단·바이어스 저항 계산기
바이어스(페일세이프) 풀업·풀다운과 120·150 Ω 종단이 만드는 유휴 차동 전압이 수신기 문턱 200 mV 를 넘는지, 저항 전력과 보율별 길이 한계를 계산합니다.
바이어스가 왜 필요한가
RS-485 는 반이중이라 마스터가 요청을 보내고 응답을 기다리는 사이 아무도 선로를 구동하지 않는 시간이 있습니다. 이때 A·B 사이 전압이 0 근처면 수신기 출력이 정해지지 않아, 잡음이 시작 비트로 읽혀 00·FF 같은 쓰레기 바이트가 들어옵니다.
바이어스는 B(D1)를 풀업으로 전원에, A(D0)를 풀다운으로 공통에 당겨 쉬는 동안 B − A 가 양수가 되게 합니다. 이 상태는 «1»(마크) — UART 가 쉴 때와 같은 값이라 시작 비트로 오인하지 않습니다.
종단 저항은 두 선 사이에 걸려 있어 바이어스 전류가 흐르는 길이 됩니다. 그래서 종단이 낮을수록(120 Ω 둘 = 60 Ω) 같은 바이어스 저항으로 만들 수 있는 유휴 전압이 작아집니다.
계산식
- 두 선 사이 저항 Rline = 직류로 이어진 종단 저항들의 병렬 (120 Ω 둘이면 60 Ω)
- 바이어스 전류 I = Vcc ÷ (R풀업 + Rline + R풀다운)
- 유휴 차동 전압 = I × Rline
- 같은 값 R 로 200 mV 를 만드는 최대 R = (Vcc × Rline ÷ 0.2 − Rline) ÷ 2
- 대략 길이 한계 = min(1200 m, 10⁸ ÷ 보율)
Modbus 규격이 정한 것 (Modbus over serial line V1.02 §3.4)
- 종단: 선로 양 끝 두 곳에만, A·B 사이에. 150 Ω(0.5 W) 저항, 또는 바이어스를 쓸 때는 1 nF(10 V 이상) 커패시터와 120 Ω(0.25 W) 직렬이 더 낫다. 가지선에는 종단을 달지 않는다.
- 바이어스: 필요하면 버스 전체에 한 곳(보통 마스터)만. D1 에 5 V 풀업, D0 에 공통 풀다운, 450~650 Ω. 650 Ω 이 더 많은 장비를 달 수 있고, 바이어스를 넣으면 최대 장비 수가 4 줄어든다.
- 장비 수: 중계기 없이 32 대는 언제나 허용.
- 길이: 9600 bps·AWG26 이상 굵기에서 최대 1000 m. 가지선은 20 m 이하, n 갈래 탭이면 각 40 m ÷ n.
흔한 조합의 유휴 전압 (양 끝 종단, 수신기 부하 제외)
| 전원 | 풀업·풀다운 | 종단(양 끝) | 유휴 전압 | 판정 |
|---|---|---|---|---|
| 5 V | 560 Ω | 150 Ω | 314 mV | ≥ 200 mV |
| 5 V | 650 Ω | 150 Ω | 273 mV | ≥ 200 mV |
| 5 V | 560 Ω | 120 Ω | 254 mV | ≥ 200 mV |
| 5 V | 680 Ω | 120 Ω | 211 mV | ≥ 200 mV |
| 5 V | 1000 Ω | 120 Ω | 146 mV | < 200 mV |
| 3.3 V | 560 Ω | 120 Ω | 168 mV | < 200 mV |
| 3.3 V | 390 Ω | 120 Ω | 236 mV | ≥ 200 mV |
보율별 대략 길이 한계
| 보율 | 10⁸ ÷ 보율 | 적용(최대 1200 m) |
|---|---|---|
| 1200 | 83333 m | 1200 m |
| 2400 | 41667 m | 1200 m |
| 4800 | 20833 m | 1200 m |
| 9600 | 10417 m | 1200 m |
| 19200 | 5208 m | 1200 m |
| 38400 | 2604 m | 1200 m |
| 57600 | 1736 m | 1200 m |
| 115200 | 868 m | 868 m |
TI 의 경험칙 «bps × m ≤ 10⁸» 과 권장 최대 약 1200 m 를 함께 쓴 대략값입니다. 실제 한계는 케이블(굵기·정전 용량), 장비 수, 잡음에 따라 다르며, Modbus 규격은 9600 bps 에서 1000 m 를 적습니다.
자주 묻는 것
종단 저항 120 Ω 과 150 Ω 중 무엇을 쓰나요?
케이블 특성 임피던스에 맞추는 것이 원칙이고, 흔한 RS-485 용 꼬임쌍선은 약 120 Ω 입니다. Modbus 규격은 150 Ω 저항 또는 바이어스를 쓸 때 1 nF + 120 Ω 직렬을 제시합니다. 어느 쪽이든 선로 양 끝 두 곳에만 답니다.
변환기에 바이어스 스위치가 있는데 켜야 하나요?
버스 전체에서 한 곳만 켭니다(보통 마스터 쪽). 여러 장비가 각자 바이어스를 켜면 병렬로 합쳐져 저항이 낮아지고, 드라이버가 감당할 부하가 커집니다. 장비 매뉴얼에서 바이어스가 기본으로 켜져 있는지도 확인합니다.
3.3 V 송수신기에서도 560 Ω 이면 되나요?
120 Ω 종단 둘(60 Ω)이면 3.3 × 60 ÷ (560 + 60 + 560) ≈ 168 mV 로 200 mV 에 못 미칩니다. 바이어스 저항을 줄이거나(예: 390 Ω), 1 nF + 120 Ω 종단으로 직류 경로를 끊거나, 수신 문턱이 한쪽으로 치우친 «페일세이프 내장» 송수신기를 씁니다.
배선 전체 점검 순서는 RS485 통신이 안 될 때 — 배선 점검 다섯 가지.