RS-485
RS-485は、産業オートメーションや計測制御で広く用いられる差動型のシリアル物理層規格である。1対のツイストペア線を用いて長距離・多点接続を実現し、ノイズ耐性とコスト効率に優れる。半二重マルチドロップを基本とし、従来のRS-232では困難な長配線と多数ノードの接続を可能にする。物理層のみを定めるため、上位のデータリンク／アプリケーション層（例：Modbus RTUやProfibus DP）は別途定義される。正式名称はTIA/EIA-485（旧称EIA-485）で、受信しきい値やドライバ出力、共通モード許容範囲などの電気的条件を規定する。
物理層の特徴
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差動伝送：A/B線間の電圧差でビットを表現するため、外来ノイズに強い。共通モード耐性はおおむね−7〜+12V程度が想定され、産業現場のグラウンド電位差に耐える。
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半二重・マルチドロップ：1バス上に最大32「ユニットロード」を接続可能（近年の低負荷トランシーバでは拡張可能）。全二重を求める場合は2ペアで構成する。
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速度と距離：代表値として100kbpsで約1200m、10Mbps級は配線長が短い場合（十数m）に限られる。実設計では速度・距離・配線品質のトレードオフを評価する。
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三態制御：送信時のみドライバを有効化し、待機時はハイインピーダンスにすることでバスを共有する。
配線と終端・バイアス
推奨はツイストペア（必要に応じシールド）でのデイジーチェーン配線である。バスの両端に特性インピーダンスに合わせた終端抵抗（多くは120Ω）を配置し、反射を抑制する。バスがアイドル時に不定となるのを防ぐため、プルアップ／プルダウンで微小なオフセットを与えるバイアス抵抗（failsafe biasing）を設けると安定する。スター配線や長い枝線（スタブ）は反射・アイ開口の悪化を招くため避け、やむを得ない場合はスタブ長を数cm〜数十cm程度に抑える。
接地・アイソレーション
RS-485は差動であるが、受信器の共通モード入力範囲内に信号を収めるため、機器間で基準電位を共有する考慮が必要である。薄いリファレンス（信号リターン）線を併設し、フレーム接地は片側で終端するなどのEMC慣行を取る。大地電位差が大きい系や雷サージ環境では、絶縁型トランシーバ（デジタルアイソレータ＋アイソレーション電源）を用いてグラウンドループを分断する設計が効果的である。
EMCとケーブル選定
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ケーブル：特性インピーダンス120Ω、低容量、均一な撚りを持つ産業用ツイストペアが望ましい。シールドは放射耐性を高めるが、両端接地はループ電流を招くことがあるため系統設計に合わせて選ぶ。
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端子・コネクタ：ねじ端子や産業用コネクタを用い、圧着・被覆剥き長さ・締付トルクを管理する。ケーブルシースのクランプで機械的ストレスを抜く。
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サージ・ESD：TVSダイオード、シリーズ抵抗、コモンモードチョークの適用で耐サージ性を高める。
ライン制御とタイミング
半二重のRS-485では送信有効（DE）と受信有効（RE）の制御タイミングが通信品質を左右する。送信開始前にドライバ安定時間を確保し、フレーム送出後はバス解放までの遅延を最小化する。マイクロコントローラのUARTを使う場合、TX完了割り込み（シフトレジスタ空）を待ってDEを落とすのが一般的である。バス占有を避けるため、アプリケーション層ではCSMA/CA的な待ち時間やトークン、マスタ・スレーブ方式などの媒体制御を設計する。
プロトコル例
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Modbus RTU：産業機器間で普及。マスタ・スレーブ型、アドレスとCRCを持つ。タイムスロット（サイレント区間）を含むためDE制御の整合が重要。
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Profibus DP：工場自動化向けの高速フィールドバスで、物理層にRS-485を採用した仕様がある。トポロジや終端は規格の実装ガイドに従う。
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独自フレーミング：軽量機器ではUARTフレーム＋チェックサムの簡易プロトコルが実装されることも多い。
設計指針（チェックリスト）
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速度×距離の見積もり：配線長、結線点数、ケーブル特性で上限が決まる。立上り時間とアイパターンの余裕度を評価する。
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終端・バイアス：両端120Ω、failsafeバイアスの定数は消費電力とマージンの両面で最適化。
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トポロジ：デイジーチェーンを厳守し、スタブは短く。分岐が不可避ならリピータ／ハブ的機能で分割。
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保護：TVS、シリーズ抵抗、コモンモードチョーク、絶縁トランシーバを目的別に配置。
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接地：機能接地と保護接地の役割を分け、片端接地／両端接地の方針をシステム全体で統一。
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ソフト：DE/RE制御、フレーミング、再送、タイムアウト、バス占有防止ロジックを設計。
トラブルシューティング
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誤り増加：終端不足・スタブ過長・速度過大を疑い、オシロで差動波形とリンギングを確認。
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片方向しか通らない：DE/RE制御の不整合、半二重の衝突、送信完了待ちの不足。
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不安定なアイドル：バイアス抵抗がない、または値が弱すぎる。
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現場だけで失敗：グラウンド電位差やサージ。アイソレーション不足や接地ポリシー不統一を是正。
RS-232／RS-422との比較
RS-485はRS-232より長距離・多点接続に適し、差動ゆえのノイズ耐性が高い。RS-422は差動だが基本的にポイントツーポイント（または限定的マルチドロップ）で、常時ドライバが有効な全二重用途に向く。半二重共有バスで多数機器を結ぶ要件ではRS-485が定番である。
安全・規格・適合
規格はTIA/EIA-485-A等に準拠し、端末機器のEMC・安全規格（IEC/EN）や産業ネットワークの実装ガイドに従う。可燃性雰囲気や医用環境では絶縁、クリアランス／沿面距離、漏洩電流の上限に注意する。実装部品は動作温度範囲、ESD保護耐量、フォルト時のフェイルセーフ特性を確認する。
実装のベストプラクティス
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ライン終端はボード端に近接配置し、リターン経路を短く保つ。
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DE/RE制御線は割り込み駆動で遅延を一定化、アプリ層タイムアウトは配線長とリトライに見合う設定にする。
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現場試験では温度・ノイズ・電位差を再現。長尺ドラム試験やESD/サージ印加でマージンを検証する。
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