在這篇文章中，我將介紹如何使用瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管和防脈沖電阻器保護(hù)我們的差分總線免受系統(tǒng)級瞬變的影響。

RS-485 等工業(yè)網(wǎng)絡(luò)有望在其終端應(yīng)用中承受嚴(yán)酷的系統(tǒng)級瞬變而不會受到損壞。處理過程中的靜電放電 (ESD)、感性負(fù)載的中斷、繼電器觸點(diǎn)彈跳和/或雷擊都會造成損壞。我們可以通過在差分總線上添加外部組件來保護(hù)我們的工業(yè)設(shè)計(jì)免受這些瞬態(tài)事件的影響。

在工業(yè)、電力、自動(dòng)化及儀器儀表實(shí)際應(yīng)用中，RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)是目前業(yè)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的物理層總線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一。為了確保數(shù)據(jù)端口能夠在極其惡劣的電磁環(huán)境中正常運(yùn)行，RS-485端口防護(hù)方案必須符合相關(guān)的電磁兼容性EMC法規(guī)在RS-485端口的EMC設(shè)計(jì)中，我們需要做的就是確保數(shù)據(jù)通信線路不受靜電放電ESD、電快速瞬變EFT和浪涌Surge威脅和損害，想方設(shè)法去滿足ESD、EFT、Surge這三種規(guī)范的要求

工業(yè)與儀器儀表(I&I)應(yīng)用常常需要在距離很遠(yuǎn)的多個(gè)系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)。RS-485電氣標(biāo)準(zhǔn)是I&I應(yīng)用中使用最廣泛的物理層規(guī)范之一，I&I應(yīng)用包括：工業(yè)自動(dòng)化、過程控制、電機(jī)控制和運(yùn)動(dòng)控制、遠(yuǎn)程終端、樓宇自動(dòng)化(暖通空調(diào)HVAC等)、安保系統(tǒng)和再生能源等。

使RS-485成為I&I通信應(yīng)用理想之選的一些關(guān)鍵特性如下：

? 長距離鏈路——最長4000英尺;

? 可在一對絞線電纜上雙向通信;

? 差分傳輸可提高共模噪聲抗擾度，減少噪聲輻射;

? 可將多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器連接至同一總線;

? 寬共模范圍(–7 V至+12 V)允許驅(qū)動(dòng)器與接收器之間存在地電位差異;

? TIA/EIA-485-A允許數(shù)據(jù)速率達(dá)到數(shù)十Mbps。

讓我們看看制造商用來測試穩(wěn)健性的國際電工委員會 (IEC) ESD 61000-4-2 系統(tǒng)級 ESD 測試。IEC ESD測試涉及兩種測試方法：接觸放電和空氣放電。接觸 ESD 測試將來自 IEC ESD 槍的 ESD 脈沖直接釋放到被測設(shè)備 (DUT) 上?？諝?ESD 放電測試包括將帶電的 ESD 槍移向 DUT，直到空氣分解到足以讓 ESD 沖擊在 ESD 槍和 DUT 之間傳導(dǎo)。IEC ESD 測試同時(shí)使用正極和負(fù)極進(jìn)行，并且只有在兩種極性都保持在一個(gè)級別上之后才能通過分?jǐn)?shù)。表 1 顯示了 IEC 61000-4-2 ESD 測試電壓和峰值電流水平。

*這是一個(gè)開放的水平。必須在專用設(shè)備規(guī)格中指定級別。如果指定的電壓高于所示電壓，我們可能需要特殊的測試設(shè)備。

表1 ：IEC 61000-4-2 ESD 測試電壓等級

圖 1 描繪了 IEC ESD 脈沖的基本形狀，并顯示了測試脈沖的時(shí)序。

圖1：IEC ESD脈沖電流波形及測試時(shí)序

按照以上提及的規(guī)范要求和設(shè)計(jì)原則，為我們提供三種不同級別的EMC防護(hù)解決方案并通過了EMC兼容測試的認(rèn)證。在RS-485防護(hù)方案中，需要用到的電路保護(hù)元器件有：

1）TVS二極管陣列SM712

2）過流保護(hù)器件

3）瞬變閉鎖單元

4）晶閘管浪涌保護(hù)器

5）陶瓷氣體放電管

為了幫助保護(hù)我們的工業(yè)設(shè)計(jì)免受 ESD 事件期間傳遞的高水平能量的影響，我們可以在總線上添加一個(gè) TVS 二極管和防脈沖串聯(lián)電阻，以幫助轉(zhuǎn)移和消耗能量。將 TVS 二極管放置在非常靠近總線線路進(jìn)入設(shè)計(jì)的電路板連接器的位置，可確保耦合到總線上的任何瞬態(tài)能量在源點(diǎn)處最小化。TVS 充當(dāng)鉗位電路，將任何高能脈沖重定向到地，遠(yuǎn)離 RS-485 收發(fā)器。

如果 TVS 二極管鉗位電壓高于收發(fā)器總線引腳的指定最大電壓，則在 A 和 B 總線線路上添加串聯(lián)防脈沖電阻器會限制收發(fā)器看到的剩余鉗位電流。這些電阻器的值通常非常低（~10-20Ω）。選擇能夠適應(yīng)適當(dāng)功率水平的電阻器。

圖 2 顯示了使用SN65HVD82 RS-485 收發(fā)器的這一概念。 

圖 2：SN65HVD82 RS-485 瞬態(tài)保護(hù)概述

表 2 顯示了SN65HVD82 RS-485 收發(fā)器在添加了外部組件后可實(shí)現(xiàn)的性能。

表 2：測試結(jié)果匯總