Van RS232 naar RS423
De komst van een nieuwe standaard
Sinds het verschijnen van de RS232-norm aan het einde van de zestiger jaren, is deze een "degelijke" standaard geweest voor de datatransmissie. De laatste tijd zijn er verschillende nieuwe normen verschenen, waarbij men gepoogd heeft de nadelen van de oude standaards te ondervangen. Een gedetailleerde beschrijving van al deze standaards is niet zo interessant. We bekijken in dit artikel maar één enkele nieuwe norm: de RS423-standaard. Deze wordt tegenwoordig al bij diverse home-computers toegepast en ziet er voor de toekomst best veelbelovend uit.
Een standaard ligt per definitie vast. Je kunt er later niet even iets aan veranderen. Dat betekent dus dat een standaard niet kan "meegroeien" met zijn omgeving. Sommige dingen weerstaan alle evoluties heel goed (denk maar aan de opstelling van de toetsen bij een typemachine; die is bij de computer-toetsenborden hetzelfde gebleven), terwijl andere al worden afgeschaft voordat ze goed en wel in gebruik zijn genomen.
De twee belangrijkste instellingen die zich bezighouden met het opstellen en vastleggen van zulke normen zijn het Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique (CCITT) van de Verenigde Naties en de Electronic Industries Association (EIA) van de Verenigde Staten. Hierbij wordt opgemerkt dat EIA Amerikaanse normen vaststelt en de CCITT niet verder gaat dan het geven van aanbevelingen ("recommandations"). Voor het koppelen van computers en randapparatuur (modem, printer, etc.) is de RS 232C-standaard wel de meest bekende en ook meest toegepaste norm voor deze toepassing. De "C" achter het nummer geeft aan dat het gaat om een standaard die al eens is aangepast.
RS232C, de referentie
Een standaard bestaat niet alleen uit een lijstje met de aansluitgegevens van een konnektor en de toegestane toleranties van de aanwezige spanningen. Natuurlijk zijn alle mechanische en elektrische karakteristieken gedefinieerd, maar verder er ook nog een gedetailleerde beschrijving van de diverse signalen en hun funktie.
Daarnaast bestaan er ook nog "subnormen". Zo heeft de V24-norm van de CCITT (het ekwivalent van de EIARS232C-norm) de subnormen V28 en V25; de RS232C-norm is aangevuld met de RS 366-norm.
De aansluitgegevens van de RS 232C-konnektor zijn al meerdere malen gepubliceerd in Elektuur, bijvoorbeeld op Info kaart 64. We hebben ons echter nooit uitgebreid beziggehouden met de 21 officieel gedefinieerde signalen van deze standaard. De fabrikanten voorzien hun apparaten meestal wel van een RS232-aansluiting, maar dat wil helemaal niet zeggen dat al die officiële signalen kunnen worden uitgezonden of ontvangen door zo'n apparaat (de aansluiting is meestal wel zodanig van opzet dat deze geen moeilijkheden geeft met de norm, bijvoorbeeld door verschillende signalen gewoon te ignoreren).
De RS 232-norm is geschikt voor transmissiesnelheden tot 20 kilobaud (20.000 bits per sekonde) over een verbinding met een lengte van minstens 15 meter. De gebruikte spanningen voor de logische nivo's wijken nogal sterk af van de bij TTL en CMOS gebruikelijke spanningen. Dat is minder prettig. Bij de RS232-standaard moet het ene logische nivo namelijk positiever zijn dan +5 V en het andere logische nivo negatiever dan -5 V. In de praktijk neemt men vaak + en -12 V. Aan de ontvangerzijde staat men lagere spanningen toe (+ en -3 V). De bitduur mag niet meer dan 4% afwijken van de totale bittijd (dat is dus 21.4s bij 20 kilobaud). Men kan zich voorstellen dat bij zulke eisen de kapaciteit van de gebruikte kabel een belangrijke rol gaat spelen, vooral bij afstanden van 15 meter en meer. Met name de steilheid van de flanken heeft daaronder te lijden. Door de asymmetrische opzet van RS232 (gemeenschappelijke massalijn voor het bidirektionele dataverkeer) is het onvermijdelijk dat er verschillen in massapotentiaal ontstaan tussen de twee uiteinden van de kabel; het gevolg is een "massastroom" door de signaalmassa, wat weer een nadelige invloed heeft op de signaalspanningen.
Dit zijn enkele punten die er de oorzaak van zijn geweest dat men nieuwe normen ging opzetten, zoals RS422A en RS423A (met de CCITT-ekwivalenten Vll/X27 en V10/X26), waarbij zoveel mogelijk werd getracht de nadelen van de oude RS232 te omzeilen.
Een symmetrisch alternatief
Figuur 2. De RS 423A-norm is kompatibel met RS 232C, maar minder "veeleisend". De toepassing van deze norm wordt vergemakkelijkt doordat hiervoor speciale IC's bestaan die zonder meer met TTL- en CMOS-IC's kunnen worden gekoppeld.
In de jaren zeventig verscheen de RS422A-norm (oftewel V11/X27), waarbij gebruik werd gemaakt van twee draden per signaal en een optionele massalijn. Hier hebben we dus een symmetrische transmissielijn, waarmee veel hogere transmissiesnelheden over grotere afstanden mogelijk zijn: 10 megabaud over een twaalftal meters of 100 kilobaud over 1200 m! Figuur 1 toont het principe van een symmetrische transmissielijn voor een enkel signaal. Hier is alles zoals we het graag wilden hebben: Er is maar een enkele voedingsspanning van +5 V, geen problemen met leiding-kapaciteiten, geen massa ... maar ... Ook hier een nadeel: per signaal zijn twee draden nodig. Dat geeft een aanzienlijke stijging van de kosten van het elektromechanische gedeelte.
Figuur 1. De seriële datastandaard RS 422A (V11/X27) is duidelijk anders dan RS232. Kenmerken: hoge transmissiesnelheid (10 MBd), een symmetrische opbouw (twee draden per signaal), maar daardoor wel vrij kostbaar (46 draden tegenover 25 bij RS232C).
Hoe goed deze norm ook is, ze vormt geen rechtstreekse bedreiging voor de oude asymmetrische RS 232-norm. De nieuwere RS423A-standaard (V10/X26) grijpt dan ook weer terug naar de oude opzet van RS232, zie figuur 2. RS423A is een asymmetrische norm, dus vrij langzaam, die zo'n beetje het midden houdt tussen RS232C en RS422A. De maximale transmissiesnelheid ligt bij 100 kilobaud voor een afstand van 12 m en 1 kilobaud tot 1200 m. Het principiële kenmerk van RS423A is de toepassing van een gemeenschappelijke massalijn die aan de kant van de ontvanger niet is doorverbonden. Voor het onderscheiden van de logische nivo's maakt men gebruik van een verschilversterker met een LS-TTL-kompatibele uitgang (deze kan zelfs hoogohmig worden gemaakt). De gemeenschappelijke massalijn dient als referentie. Ze is verbonden met de inverterende ingang van alle verschilversterkers, maar niet met de massa van de ontvanger. Problemen met massastromen kunnen hier dus niet optreden. De RS423A-norm heeft ook een grotere tolerantie voor de steilheid van de flanken. De tijd die nodig is voor het bereiken van een logisch nivo mag 1/3 van de totale bittijd bedragen (3001.4s bij 1 kilobaud), heel wat anders dan bij RS232! Het spanningsbereik is kompatibel met dat van de RS 232-norm (ongeveer + en -4 ... 7 V), maar ook hier liggen deze spanningen beduidend hoger dan de normaal gebruikte voedingsspanningen, tenminste aan de zenderzijde. En zo kunnen we bezig blijven...
Zoals figuur 2 al liet zien, bestaan er speciale IC's voor dit doel. In een acht-pens huisje bevinden zich twee buffer/inverters voor RS423, waarbij men de overdrachtskarakteristiek kan aanpassen door middel van een enkele weerstand (0,14 µs/kΩ). De typen MC 3488 met het achtervoegsel A zijn geschikt voor de koppeling met TTLIC's, de B-typen zijn bedoeld voor CMOSIC's. De uitgangsimpedantie van de buffers is 50 Ω en de kortsluitstroom bedraagt 150 mA (tegenover 10 mA bij de MC 1488).