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摘要：在板卡設(shè)計(jì)中，共模電感也是起濾波的作用，用于抑制高速信號(hào)線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。
RS-485是針對(duì)UART串口的一種接口標(biāo)準(zhǔn)，它定義了串行通信系統(tǒng)中發(fā)送器和接收器的一系列電氣特性。相比于RS-232，RS-485標(biāo)準(zhǔn)的通信系統(tǒng)抗干擾能力較強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)支持多個(gè)收發(fā)器連接到同一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)中。因此，RS-485在工業(yè)控制領(lǐng)域以及有類(lèi)似需求的系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
由于RS-485為半雙工通信方式，需要通過(guò)使能信號(hào)來(lái)控制發(fā)送和接收過(guò)程。在下圖中，電平轉(zhuǎn)換芯片SP3485的2號(hào)引腳為低電平接收使能，3號(hào)引腳為高電平發(fā)送使能。在這里我們將兩個(gè)引腳連接在一起，只需要通過(guò)一個(gè)信號(hào)RS485_DE即可控制收發(fā)過(guò)程：當(dāng)RS485_DE為高電平時(shí)，SP3485 處于發(fā)送過(guò)程；當(dāng)RS485_DE為低電平時(shí)，SP3485處于接收過(guò)程。
注：485 總線通常使用特性阻抗為120Ω的雙絞線，因此在485總線的首尾兩端增加120Ω終端電阻來(lái)避免信號(hào)反射問(wèn)題。
為什么需要加上下拉電阻？
根據(jù) RS-485 標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)485總線差分電壓大于+200mV時(shí)，485收發(fā)器輸出高電平；當(dāng) 485 總線差分電壓小于-200mV 時(shí)，485 收發(fā)器輸出低電平；當(dāng) 485總線上的電壓在-200mV～+200mV 時(shí)，485 收發(fā)器可能輸出高電平也可能輸出低電平，但一般總處于一種電平狀態(tài)，若 485 收發(fā)器的輸出低電平，這對(duì)于 UART通信來(lái)說(shuō)是一個(gè)起始位，此時(shí)通信會(huì)不正常。
當(dāng) 485 總線處于開(kāi)路（485 收發(fā)器與總線斷開(kāi)）或者空閑狀態(tài)（485 收發(fā)器全部處于接收狀態(tài)，總線沒(méi)有收發(fā)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)）時(shí)，485 總線的差分電壓基本為0，此時(shí)總線就處于一個(gè)不確定的狀態(tài)。同時(shí)由于目前 485 芯片為了提高總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)，輸入阻抗設(shè)計(jì)的比較高，例如輸入阻抗為 1/4 單位阻抗或者 1/8 單位阻抗(單位阻抗為 12kΩ，1/4 單位阻抗為 48kΩ)，在管腳懸空時(shí)容易受到電磁干擾。因此為了防止485總線出現(xiàn)上述情況，通常在485總線上增加上下拉電阻（通常A接上拉電阻，B總線下拉電阻）。若使用隔離 RS-485 收發(fā)模塊（例如RSM485PCHT），由于模塊內(nèi)部具有上下拉電阻（對(duì)于 RSM485PCHT，內(nèi)部
上下拉電阻為 24kΩ）,因此在模塊外部一般不需要增加上下拉電阻。
參考原理圖：RSM3485ECHT
參考原理圖：RS485接口6KV防雷電路設(shè)計(jì)方案
參考EMC設(shè)計(jì)：
接口電路設(shè)計(jì)概述：
RS485用于設(shè)備與計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備之間通訊，在產(chǎn)品應(yīng)用中其走線多與電源、功率信號(hào)等混合在一起，存在ＥＭＣ隱患。本方案從EMC原理上，進(jìn)行了相關(guān)的抑制干擾和抗敏感度的設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)層次解決EMC問(wèn)題。
（1） 電路濾波設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
L1為共模電感，共模電感能夠?qū)λp共模干擾，對(duì)單板內(nèi)部的干擾以及外部的干擾都能抑制，能提高產(chǎn)品的抗干擾能力，同時(shí)也能減小通過(guò)429信號(hào)線對(duì)外的輻射，共模電感阻抗選擇范圍為120Ω/100MHz ~2200Ω/100MHz，典型值選取1000Ω/100MHz；
共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于電腦的開(kāi)關(guān)電源中過(guò)濾共模的電磁干擾信號(hào)。在板卡設(shè)計(jì)中，共模電感也是起EMI濾波的作用，用于抑制高速信號(hào)線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。
C1、C2為濾波電容，給干擾提供低阻抗的回流路徑，能有效減小對(duì)外的共模電流以同時(shí)對(duì)外界干擾能夠?yàn)V波；電容容值選取范圍為22PF~1000pF，典型值選取100pF；若信號(hào)線對(duì)金屬外殼有絕緣耐壓要求，那么差分線對(duì)地的兩個(gè)濾波電容需要考慮耐壓；
當(dāng)電路上有多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)要考慮降低或去掉濾波電容的值。C3為接口地和數(shù)字地之間的跨接電容，典型取值為1000pF， C3容值可根據(jù)測(cè)試情況進(jìn)行調(diào)整；
（2） 電路防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
為了達(dá)到IEC61000-4-5或GB17626.5標(biāo)準(zhǔn)，共模6KV，差模2KV的防雷測(cè)試要求，D4為三端氣體放電管組成第一級(jí)防護(hù)電路，用于抑制線路上的共模以及差模浪涌干擾，防止干擾通過(guò)信號(hào)線影響下一級(jí)電路；
氣體放電管標(biāo)稱(chēng)電壓VBRW要求大于13V，峰值電流IPP要求大于等于143A；
峰值功率WPP要求大于等于1859W；
PTC1、PTC2為熱敏電阻組成第二級(jí)防護(hù)電路，典型取值為10Ω/2W；
為保證氣體放電管能順利的導(dǎo)通，泄放大能量必須增加此電阻進(jìn)行分壓，確保大部分能量通過(guò)氣體放電管走掉；
熱敏電阻器的電阻值是隨外界溫度而變化的。它的文字符號(hào)是“RT”。
熱敏電阻簡(jiǎn)介：熱敏電阻是敏感元件的一類(lèi)，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）。熱敏電阻的典型特點(diǎn)是對(duì)溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。
D1~D3為T(mén)SS管（半導(dǎo)體放電管）組成第三級(jí)防護(hù)電路，TSS管標(biāo)稱(chēng)電壓VBRW要求大于8V，峰值電流IPP要求大于等于143A；峰值功率WPP要求大于等于1144W；
TSS半導(dǎo)體放電管是屬于固體放電管，是一種開(kāi)關(guān)型的浪涌過(guò)壓保護(hù)器件！它的工作原理類(lèi)似于晶閘管，依靠PN結(jié)的擊穿電流觸發(fā)器件導(dǎo)通放電，導(dǎo)通一定的時(shí)間后呈低阻狀態(tài)，從而可以流過(guò)很大的浪涌電流或脈沖電流；當(dāng)浪涌脈沖過(guò)后，電壓要低于它的斷流電壓才能恢復(fù)到開(kāi)路狀態(tài)。
3.接口電路設(shè)計(jì)備注：
如果設(shè)備為金屬外殼，同時(shí)單板可以獨(dú)立的劃分出接口地，那么金屬外殼與接口地直接電氣連接，且單板地與接口地通過(guò)1000pF電容相連；
如果設(shè)備為非金屬外殼，那么接口地PGND與單板數(shù)字地GND直接電氣連接。
1. RS485接口電路布局
方案特點(diǎn)：
（1）防護(hù)器件及濾波器件要靠近接口位置處擺放且要求擺放緊湊整齊，按照先防護(hù)后濾波的規(guī)則，走線時(shí)要盡量避免走線曲折的情況；
（2） 共模電感與跨接電容要置于隔離帶中。
方案分析：
（1）接口及接口濾波防護(hù)電路周邊不能走線且不能放置高速或敏感的器件；
（2） 隔離帶下面投影層要做掏空處理，禁止走線。
2. RS485接口電路分地設(shè)計(jì)
方案特點(diǎn)：
（1）為了抑制內(nèi)部單板噪聲通過(guò)RS485接口向外傳導(dǎo)輻射，也為了增強(qiáng)單板對(duì)外部干擾的抗擾能力，在RS485接口處增加濾波器件進(jìn)行抑制，以濾波器件位置大小為界，劃分出接口地；
（2）隔離帶中可以選擇性的增加電容作為兩者地之間的連接，電容C4、C5取值建議為1000pF，信號(hào)線上串聯(lián)共模電感CM與電容濾波，并與接口地并聯(lián)GDT和TVS管進(jìn)行防護(hù)；且所有防護(hù)器件都靠近接口放置，共模電感CM置于隔離帶內(nèi)，具體布局如圖示。
方案分析：
（1）當(dāng)接口與單板存在相容性較差或不相容的電路時(shí)，需要在接口與單板之間進(jìn)行“分地”處理，即根據(jù)不同的端口電壓、電平信號(hào)和傳輸速率來(lái)分別設(shè)置地線?！胺值亍?，可以防止不相容電路的回流信號(hào)的疊加，防止公共地線阻抗耦合；
（2）“分地”現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致回流信號(hào)跨越隔離帶時(shí)阻抗變大，從而引起極大的EMC風(fēng)險(xiǎn)，因此在隔離帶間通過(guò)電容來(lái)給信號(hào)提供回流路徑。
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