RS-485 배선 설계: 종단 저항과 바이어스를 어디에 넣어야 할까

제어반에서 장비 한 대와 통신할 때는 정상이었는데, 센서를 추가하거나 케이블을 연장하자 간헐적으로 응답이 사라질 수 있습니다. 이때 재시도 횟수부터 늘리기보다 배선 경로, 종단 설정, 유휴 상태와 송수신 전환을 나누어 확인하는 편이 원인 파악에 유리합니다.

이 글은 2선식 반이중 RS-485 버스를 대상으로 합니다. 아래 사례와 계산은 설계 설명용 가정이며, 나로시스템의 납품 실적이나 시험 결과가 아닙니다. 대표 이미지는 산업용 통신 장비를 표현한 개념 일러스트로 실제 결선도가 아닙니다.

1. 장비 개수보다 케이블의 양 끝을 먼저 찾습니다

TI의 RS-485 Design Guide는 하나의 주 배선에 장비를 짧은 분기선으로 연결하는 버스 구조를 설명합니다. 기본적인 병렬 종단은 케이블 특성 임피던스에 맞추며, 120Ω 케이블에서는 주 배선의 양 끝에 각각 120Ω을 적용하는 구성이 일반적입니다. 모든 장비에 종단을 켜는 방식은 아닙니다.[1]

예를 들어 제어기와 센서 6대를 연결한다면, 먼저 실제 케이블 경로를 도면에 표시합니다. 제어기가 중간에 있을 수도 있으므로 '제어기니까 종단 ON'이라고 결정하지 않습니다. 양 끝 장비, 중간 장비, 연장 예정 위치를 구분하고 각 장비의 내장 종단 스위치 상태를 기록합니다.

이상적인 저항만 고려하면 120Ω 두 개의 병렬값은 60Ω이고, 여섯 개이면 20Ω입니다. 이는 병렬 저항 공식으로 계산한 예시로, 종단을 추가할수록 드라이버 부하가 커짐을 보여줍니다. 실제 버스의 저항 측정값은 바이어스, 보호 소자, 연결된 장비와 케이블의 영향도 받으므로 60Ω이라는 숫자만으로 정상 판정하지 않습니다.

2. 낮은 통신 속도만으로 긴 분기선을 허용하지 않습니다

분기선은 주 케이블에서 트랜시버까지 갈라지는 구간입니다. TI는 분기선 길이를 출력 신호의 상승 시간과 케이블 전파 속도에 연관지어 제한합니다. 따라서 보레이트만 낮췄다는 이유로 긴 분기나 별 모양 배선을 승인하지 않습니다.[1]

제품 개발 단계에서는 커넥터를 나란히 배치해 주 배선이 이어지도록 할지, 단자함에서 갈라질지부터 결정하는 것이 좋습니다. 현장 배선도에 주 배선 길이와 각 분기 길이를 따로 적고, 채택 트랜시버의 상승 시간 조건을 함께 검토합니다. 종단 생략이 필요한 저전력 제품은 짧은 케이블이라는 설명만으로 결정하지 말고 실제 파형과 오류율로 검증합니다.

3. 종단과 바이어스는 서로 다른 문제를 다룹니다

종단은 반사를 줄이기 위한 것이고, 페일세이프 바이어스는 아무도 송신하지 않을 때 수신 상태를 정하는 데 사용됩니다. TI는 수신기에 내장된 페일세이프 기능과 외부 저항을 이용하는 방법을 구분합니다.[2]

외부 바이어스를 검토할 때는 다음 항목을 먼저 확인합니다.

• 연결할 모든 장비의 수신기가 유휴·단선·단락 조건에서 어떤 출력을 보장하는가?

• 상위 제어기나 다른 장비에 이미 바이어스 저항이 있는가?

• 양 끝 종단, 수신기 부하, 공급 전압과 저항 오차를 포함해 필요한 차동 전압 여유를 확보하는가?

• 바이어스가 켜진 상태에서도 모든 송신기가 반대 극성 신호를 정상적으로 구동하는가?

설계 검토 출발점은 버스 전체의 바이어스 책임 위치를 한 곳으로 정하는 것입니다. 여러 모듈에 같은 저항을 반복 장착하면 전체 부하가 바뀝니다. A/B 표기만으로 풀업 방향을 복사하지 말고, 각 제조사의 핀 정의와 수신 논리표를 확인해 유휴 상태를 검증합니다. 내장 페일세이프의 존재만으로 현장의 잡음 여유가 충분하다고 단정하지 않습니다.

4. 차동 통신에도 기준 전위와 송신 순서가 필요합니다

차동 수신이라고 해서 두 장비의 접지 전위차를 무제한 허용하는 것은 아닙니다. TI 자료는 수신기의 공통 모드 허용 범위와 접지 전위차를 검토하고, 필요한 경우 신호와 전원을 함께 절연하는 구성을 설명합니다.[2] 신호 기준선, 케이블 실드, 보호 접지는 역할을 구분해 설계하며 무조건 한데 연결하거나 모두 생략하지 않습니다.

반이중 버스에서는 한 번에 하나의 드라이버만 송신하도록 제어해야 합니다.[1] 펌웨어 검토에서는 DMA 전송 완료와 UART의 실제 마지막 비트 송신 완료를 구분하는 것이 좋습니다. 구체적인 완료 플래그와 DE 제어 시점은 채택 MCU의 참조 매뉴얼 및 트랜시버 지연 사양으로 정합니다. 상대 장비가 응답을 시작하기 전에 버스를 놓는지도 함께 확인합니다.

5. 현장 검증은 배선 기록과 오류 기록을 연결합니다

다음 순서는 신규 장비의 시제품 평가를 위한 제안입니다. 제품별 합격 기준은 케이블·노드 수·사용 환경에 맞춰 별도로 정합니다.

1. 설치 조건 고정: 케이블 모델, 전체 길이, 분기 길이, 종단 및 바이어스 위치, 전원 조건을 기록합니다.

2. 최소 구성 확인: 장비 두 대부터 시작해 주소·통신 형식·요청과 응답이 맞는지 확인한 뒤 노드를 늘립니다.

3. 파형 확인: 실제 양 끝과 문제 노드에서 차동 신호, 유휴 상태, 송신 전환을 확인합니다. 전위가 다른 회로에 계측기 접지를 연결할 때는 계측기 정격과 절연 조건을 먼저 검토합니다.

4. 운전 조건 확장: 최종 케이블과 전체 노드를 연결하고, 주변 부하의 켜짐·꺼짐 및 장비 재시작 조건에서 통신을 관찰합니다.

5. 원인별 기록: 응답 시간 초과, 프레이밍 오류, 프로토콜의 오류 검출 결과를 구분합니다. 재시도로 회복됐는지와 최초 오류 발생 여부를 따로 남깁니다.

6. 개발 의뢰 전에 준비할 정보

연결할 장비 목록과 매뉴얼, 통신 규격, 배선 거리와 분기 구조, 장비별 전원 방식, 설치 장소, 허용 응답 시간을 준비하면 회로와 펌웨어 담당자가 같은 기준으로 검토할 수 있습니다. 납품 문서에는 종단 스위치 설정표와 배선 예시, 바이어스 담당 장비, 통신 장애 시 확인 순서를 포함하는 것이 좋습니다.

참고 자료

• [1] Texas Instruments — The RS-485 Design Guide, SLLA272D (2021년 5월 개정): 버스 구조, 종단, 분기선과 반이중 구동 제어.

• [2] Texas Instruments — RS-485 설계 FAQ, SSZT500 (2023년 4월): 페일세이프 바이어스, 버스 부하와 접지 전위차.

자료 확인일: 2026년 11월 3일. 실제 설계에는 채택 부품의 최신 데이터시트와 현장 요구사항을 우선 적용합니다.