通訊端口RS485接口電磁兼容設(shè)計(jì)方案
RS485接口組成半雙工網(wǎng)絡(luò),采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合方式,使用屏蔽雙絞線傳輸,抗共模干擾能力強(qiáng)。RS485的電氣特性:兩線之間的電壓差為+(2V---6V) 表示邏輯“1”,兩線之間的電壓差為-(2V---6V)表示邏輯“0”,接口通信電平與TTL電平兼容,最常用的RS485總線允許連接多大32個(gè)收發(fā)器,具體連接說(shuō)了和芯片輸入阻抗有關(guān)系,例如:普通芯片輸入阻抗為≥12kΩ時(shí)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)數(shù)為32個(gè),輸入阻抗設(shè)計(jì)為1/2負(fù)載(≥24kΩ)時(shí)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)數(shù)為64個(gè)。
EMC問(wèn)題
RS485總線標(biāo)準(zhǔn)是工業(yè)設(shè)備應(yīng)用最廣泛的物理協(xié)議之一,通常應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)控制、安防系統(tǒng)等場(chǎng)景中,因此RS485接口的防護(hù)措施變得尤為重要。一般如果RS485總線建在室內(nèi),電磁環(huán)境比較溫和,只需要增加防靜電保護(hù)即可,若RS485總線用于室外,可能會(huì)遭遇雷擊的危險(xiǎn),一般要加防雷保護(hù)電路。

RS485用于設(shè)備和計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備通信,當(dāng)應(yīng)用設(shè)備逐漸增多時(shí),通信信號(hào)和走線信號(hào)變得混合在一起,普通RS485接口設(shè)計(jì)可能會(huì)造成EMC等問(wèn)題。干擾問(wèn)題:RS485會(huì)遭遇外界干擾如脈沖干擾、電磁干擾等造成的通信異常,同時(shí)如果應(yīng)用于外界,還會(huì)造成雷擊造成RS485永久損壞。輻射問(wèn)題:RS485接口會(huì)將PCB板內(nèi)部干擾,通過(guò)電源線形式對(duì)外進(jìn)行輻射,導(dǎo)致輻射測(cè)試指標(biāo)超標(biāo)。
RS485防護(hù)設(shè)計(jì)

1、使用GDT氣體放電管,主要用來(lái)泄放工模浪涌,同時(shí)旁路大部分雷擊電流,可以防護(hù)高達(dá)4KV甚至更高的浪涌電流保護(hù)能力。器件選型時(shí),需要考慮直流擊穿電壓需要大于線路所允許的最大工作電壓,放電管允許通過(guò)的電流需要超過(guò)設(shè)計(jì)通過(guò)的最大電流。2、R使用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲,阻值只有幾歐姆,當(dāng)回路流過(guò)的電流超過(guò)正常工作電流過(guò)多時(shí),其內(nèi)部阻值會(huì)迅速增大,從而將回路電流限制在很小的范圍值內(nèi),有效的防護(hù)應(yīng)為靜電電流過(guò)大造成RS485接口損壞。選型需要考慮最大額定工作電壓應(yīng)該大于電路正常工作電壓,動(dòng)作電路需要小于線路最大可承受電流。
3、TSS采用瞬態(tài)抑制二極管TVS,TVS管與GDT實(shí)際作用類似,用于二級(jí)電路保護(hù),將電壓鉗位在工作電壓范圍內(nèi),將浪涌電壓的殘壓將至最低范圍。器件選型TVS的擊穿電壓應(yīng)該高于信號(hào)線上傳輸?shù)男盘?hào)電壓,但是擊穿電壓不應(yīng)選的過(guò)高,一般表示的6V鉗位電壓,實(shí)際擊穿電壓都會(huì)在10V左右,同時(shí)TVS需要選擇結(jié)電容小的,一般幾十pF即可,過(guò)高的結(jié)電容會(huì)造成RS485在高數(shù)據(jù)速率是傳輸異常。電纜設(shè)計(jì):(1) RS 485信號(hào)電纜采用網(wǎng)狀編織屏蔽層的屏蔽方式,且網(wǎng)狀編織層編織密度要求不小于90%;(2) 內(nèi)部組線時(shí),差分電纜采用雙絞傳輸,雙絞絞距一般為信號(hào)電纜線徑的3倍;組線方式如上圖所示:
(3) 電纜兩端需要增加磁環(huán)處理,磁環(huán)內(nèi)徑與電纜的外徑要緊密結(jié)合,盡量選擇厚長(zhǎng)型的磁環(huán)。
走線設(shè)計(jì):
(1) RS 485電纜走線時(shí)要求遠(yuǎn)離其他強(qiáng)干擾源,如電源模塊;
(2) 電纜走線最好單獨(dú)走線或與其他模擬以及功率線纜保持10cm以上距離,切不可與其他線纜一起混合捆扎。
PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn):1、元器件布局要緊湊,元器件位置要按照信號(hào)流向進(jìn)行布局;2、遵循先防護(hù)后濾波的原則;3、地設(shè)計(jì)時(shí)候要保證防護(hù)地與數(shù)字地隔離;4、信號(hào)走線要平行等長(zhǎng)走線;5、在進(jìn)行PCB鋪銅時(shí),注意防護(hù)器件以及共模電感正下方掏空處理。