RS-485 und RS-422

Was unterscheidet RS-485 von RS-422 — und warum brauchen beide eine Terminierung?

Sobald eine Steuerleitung das Rack verlässt und quer durchs Gebäude geht, wird die Frage interessant, wie viel Störung sie unterwegs einsammelt. RS-422 und RS-485 sind die beiden Antworten der Telekommunikationsnormung darauf: zwei symmetrische serielle Schnittstellen, bei denen die Information nicht in einer Spannung gegen Masse steckt, sondern in der Differenz zweier Adern. Sie unterscheiden sich weniger im Signal als in der Busarchitektur — RS-422 hat einen Sender, RS-485 lässt viele zu.

Eine Steuerleitung durchs Haus fängt sich unterwegs alles ein, was ringsum an Elektrik arbeitet. Der Trick dieser beiden Schnittstellen ist, dass die Nachricht nicht auf einer Ader liegt, sondern im Unterschied zwischen zwei Adern. Eine Störung erwischt beide gleich — und der Unterschied bleibt derselbe. Deshalb funktionieren solche Leitungen über hunderte Meter, wo eine einfache Steuerleitung längst aufgibt. Für Dich heißt das vor allem eins: Diese Leitung will als durchgehende Kette von Gerät zu Gerät verlegt werden, nicht sternförmig vom Verteiler aus.

Ausführliche Erklärung

Beide Schnittstellen bauen auf derselben Idee auf. Der Sender legt die beiden Adern gegenläufig an, der Empfänger wertet nur die Differenz aus. Alles, was von außen einstreut, trifft ein verdrilltes Paar praktisch gleich stark und verschwindet damit aus der Differenz. Der Abstand zwischen Nutzsignal und Entscheidungsschwelle ist dabei großzügig bemessen: Ein RS-485-Sender liefert mindestens 1,5 Volt Differenz, ein RS-422-Sender mindestens 2 Volt, und der Empfänger entscheidet bereits bei 200 Millivolt. Die serielle Grundlage selbst — Bits, Baudrate, Start- und Stoppbit — ist dieselbe wie bei RS-232 und dort erklärt.

Der Unterschied zwischen beiden liegt in der Zahl der Sprecher. RS-422 ist als Multidrop-Schnittstelle festgelegt: ein Sender, dazu bis zu zehn Empfänger an derselben Leitung. RS-485 ist ein Multipoint-Bus, an dem bis zu 32 Lasteinheiten hängen dürfen — Sender, Empfänger und kombinierte Bausteine gemischt —, von denen immer nur eine zur selben Zeit sendet. Die Lasteinheit ist dabei die eigentliche Grenze, nicht die Gerätezahl: Bausteine mit halber oder achtel Last lassen entsprechend mehr Teilnehmer zu.

Praktisch wichtiger als die Teilnehmerzahl ist der Gleichtaktbereich. Zwei Geräte in verschiedenen Gebäudeteilen haben selten dasselbe Massepotenzial. RS-485 verkraftet zwischen den beiden Enden eine Verschiebung von −7 bis +12 Volt, RS-422 nur ±7 Volt. Das ist der Grund, warum RS-485-Bausteine in RS-422-Anwendungen eingesetzt werden dürfen, umgekehrt aber nicht. Und es ist der Grund, warum eine dritte Ader als Massebezug dazugehört: Der Gleichtaktbereich hilft nur, solange es überhaupt einen definierten Bezug gibt.

Zu Reichweite und Tempo kursiert ein hartnäckiges Zahlenpaar. Als maximale Leitungslänge werden für beide Normen 1200 Meter genannt, als maximale Datenrate 10 Megabit pro Sekunde — nur eben nicht zugleich. Die beiden Größen arbeiten gegeneinander; als Faustregel gilt, dass das Produkt aus Datenrate in Bit pro Sekunde und Leitungslänge in Metern 10⁸ nicht überschreiten soll. Für eine 500 Meter lange Strecke bleiben danach rund 200 Kilobit pro Sekunde. In der Haustechnik ist das reichlich, weil die üblichen Protokolle mit einem Bruchteil auskommen.

Terminierung und Topologie

Eine Leitung dieser Länge verhält sich wie eine Leitung im nachrichtentechnischen Sinn: Was am Ende nicht aufgenommen wird, läuft zurück und überlagert das nächste Bit. Dagegen steht der Abschlusswiderstand, und hier liegt der auffälligste Unterschied zwischen den beiden Normen. RS-422 wird einmal abgeschlossen, am weit vom Sender entfernten Ende beim letzten Empfänger. RS-485 wird an beiden Enden abgeschlossen, weil jeder Teilnehmer senden kann und die Leitung deshalb in beide Richtungen dicht sein muss. Der Wert richtet sich nach dem Wellenwiderstand des Kabels und darf etwa 20 Prozent davon abweichen; bei üblichen Steuerleitungen landet man zwischen rund 90 und 120 Ohm.

Unterhalb von etwa 200 Kilobit pro Sekunde kommen kurze Strecken auch ohne Abschluss aus — bei der TI-Messreihe liest ein Empfänger dort trotz sichtbarer Reflexionen noch sauber mit. Das ist der Grund, warum so viele Installationen ohne Widerstände laufen und trotzdem funktionieren, und zugleich der Grund, warum sie beim ersten längeren Nachrüstweg unerklärlich ausfallen.

Aus derselben Physik folgt die Topologie, und sie ist der Punkt, an dem Steuerbusse am häufigsten scheitern. Der Bus wird als durchgehende Kette verlegt: von Gerät zu Gerät, jeweils rein und wieder raus. Wo Geräte an eine gemeinsame Hauptleitung angebunden werden, bleiben die Stichleitungen so kurz wie möglich, damit der Sender weiterhin nur eine einzige Leitung sieht. Eine Sternverteilung aus dem Technikraum heraus — für Netzwerkdosen die selbstverständliche Bauform — erzeugt genau das, was hier nicht sein darf: mehrere offene Enden, an denen jedes Signal gespiegelt wird.

Häufiges Missverständnis

Der Satz „das Gerät hat RS-485" wird gelesen wie „das Gerät ist anschließbar", und genau das sagt er nicht. Beide Normen beschreiben ausschließlich die Elektrik: Spannungspegel, Lasten, Abschluss, Störfestigkeit. Was auf dieser Elektrik gesprochen wird, steht nirgends darin. Modbus RTU, DMX512 in der Lichttechnik und eine große Zahl herstellereigener Steuerbusse benutzen alle RS-485 als Übertragungsweg und verstehen einander trotzdem nicht. Zwei RS-485-Geräte an einer Leitung sind ein Verkabelungserfolg, keine Integration — die Frage nach dem Protokoll und nach den Übertragungsparametern kommt danach und wird in der Planung gern übersprungen.

Zweitens hält sich die Deutung des Kürzels. „RS" wird üblicherweise als Recommended Standard aufgelöst; die zuständige Telecommunications Industry Association führt das Präfix seit langem nicht mehr, und die offiziellen Bezeichnungen lauten TIA/EIA-422-B und TIA/EIA-485-A. Im Sprachgebrauch der Branche und auf den Geräterückseiten steht weiterhin RS-485, und das wird auch so bleiben — für die Suche nach dem richtigen Normtext ist der Unterschied aber wichtig.

Nicht zu verwechseln mit

RS-232: unsymmetrisch und auf zwei Geräte begrenzt. Für kurze Wege im Rack die einfachere Wahl, für Strecken durchs Gebäude die falsche.
Modbus RTU und DMX512: Protokolle, die RS-485 als Leitung benutzen. Sie sagen etwas darüber aus, was übertragen wird — RS-485 nur, wie.
DALI: ebenfalls ein Zweidraht-Bus, aber mit eigener Elektrik, eigener Busversorgung und ohne Abschlusswiderstände. Wer DALI wie RS-485 plant, terminiert etwas, das nicht terminiert werden will.
KNX TP: eigene Busleitung mit eigenen elektrischen Festlegungen, nicht kompatibel.

In der Planung

Ein Kinoraum bekommt Maskierung, Leinwandlift, Vorhang und Verdunkelung. Am Anfang steht nicht die Frage nach dem Bus, sondern die nach den Zuständen: Wie viele Stellungen soll jedes Gewerk kennen, und soll die Steuerung zurückgemeldet bekommen, ob sie erreicht wurden?

Für reines Ein und Aus reicht eine Schaltspannung, und ein 12-Volt-Trigger ist die billigere, robustere Lösung. Sobald mehrere Stellungen, Positionen oder Rückmeldungen im Spiel sind, führt der Weg auf einen Bus — und dann wird die Leitung zum Bauteil: Sie wird als Kette durch alle Antriebe geführt, nicht sternförmig aus dem Technikraum, und die beiden Enden bekommen ihre Abschlusswiderstände. Erst danach steht die Gerätewahl an.

Ein Punkt, der später Zeit kostet, gehört schon in diese Phase: Wo die Abschlusswiderstände sitzen, sieht man ihnen nicht an. Sie stecken oft als Schalter oder Steckbrücke im Gerät. Wer sie nicht in die Anlagendokumentation schreibt, hinterlässt einen Bus, den beim nächsten Umbau niemand mehr richtig schließen kann.

Verknüpfte Inhalte

Warum die Differenzbildung Störungen unterdrückt, steht bei der symmetrischen Übertragung; warum der Wellenwiderstand des Kabels den Abschlusswert bestimmt, beim Wellenwiderstand. Die einfachere serielle Schnittstelle für kurze Wege behandelt RS-232, die Schaltspannung ohne Protokoll der Eintrag zum 12-Volt-Trigger. Für den Lichtbus mit umgekehrter Abschlussregel siehe DALI.

Quellen

Die elektrischen Kenngrößen, die Abschlussregeln und die Aussagen zur Ketten- und Stichleitungstopologie folgen dem TI-Bericht SLLA070C, der seinerseits die beiden ANSI-Normtexte zusammenfasst.