接口電路設(shè)計(jì)概述:
RS485用于設(shè)備與計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備之間的通信,在產(chǎn)品應(yīng)用中,其多線和電源.功率信號(hào)等混合在一起,存在EMC隱患。本方案從EMC測(cè)試原則上,設(shè)計(jì)了相關(guān)的抑制干擾和抗敏感性,從設(shè)計(jì)層面解決電磁兼容測(cè)試問(wèn)題。
2.電路EMC設(shè)計(jì)說(shuō)明:
(1)電路濾波設(shè)計(jì)要點(diǎn):
L1為共模電感,可抑制單板內(nèi)外干擾,提高產(chǎn)品的抗干擾能力,減少429信號(hào)線對(duì)外輻射,共模電感阻抗選擇范圍為120Ω/100MHz~2200Ω/100MHz,典型值選取1000Ω/100MHz;
C1.C2為濾波電容,為干擾提供低阻抗回流路徑,可有效降低外部共模電流,同時(shí)過(guò)濾外部干擾;電容值選擇范圍為22PF~1000pF,典型值選取100pF;如果信號(hào)線對(duì)金屬外殼有絕緣耐壓要求,則需要考慮差分線對(duì)地兩個(gè)濾波電容的耐壓性;
當(dāng)電路上有多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí),應(yīng)考慮降低或去除濾波電容值。C3是接口地與數(shù)字地之間的跨接電容,典型值為1萬(wàn)pF,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):
在EMC測(cè)試中,為了達(dá)到IEC61000-4-5或GB17626.5標(biāo)準(zhǔn),共模6KV,差模2KV防雷試驗(yàn)要求,D四是三端氣體放電管形成一級(jí)保護(hù)電路,抑制線路上的共模和差模浪涌干擾,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185999W;
PTC1.PTC2為熱敏電阻形成二次保護(hù)電路,典型值為10Ω/2W;
為了保證氣體放電管的順利導(dǎo)通,必須增加該電阻進(jìn)行分壓,以確保大部分能量通過(guò)氣體放電管消除;
D1~D3為T(mén)SS管(半導(dǎo)體放電管)形成第三級(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114444W;
3.接口電路設(shè)計(jì)注:
如果設(shè)備是金屬外殼,單板可以獨(dú)立劃分接口地面,則金屬外殼與接口地面直接電氣連接,單板地面與接口地面通過(guò)1萬(wàn)pF電容相連;
如果設(shè)備為非金屬外殼,則接口接地PGND與單板數(shù)字地GND直接電氣連接。
二.PCB設(shè)計(jì)
圖1 RS485接口濾波及防護(hù)電路布局
方案特點(diǎn):
(1)保護(hù)器件和濾波器件應(yīng)放置在接口附近,要求緊湊整齊。根據(jù)先保護(hù)后濾波的規(guī)則,盡量避免線路曲折;
(2)共模電感和跨接電容應(yīng)放置在隔離帶中。
方案分析:
(1)接口及接口濾波保護(hù)電路周?chē)荒芙泳€,不能放置高速或敏感器件;
(2)隔離帶下的投影層應(yīng)清空,禁止接線。
2.RS485接口電路分離設(shè)計(jì)
圖2.RS485接口電路分地設(shè)計(jì)布局
方案特點(diǎn):
(1)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RS在485接口處增加濾波器件進(jìn)行抑制,以濾波器件的位置為界,劃分出接口地;
(2)隔離帶可選擇性地增加電容作為兩地之間的連接,電容C4.C5取值建議為1000pF,在線串聯(lián)共模電感CM與電容波與接口地并聯(lián)GDT和TVS管道保護(hù);所有保護(hù)裝置放置在接口附近,共模電感CM放置在隔離帶內(nèi),具體布局如圖所示。
方案分析:
(1)當(dāng)接口與單板之間存在相容性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)不同的端口電壓進(jìn)行處理.分別設(shè)置電平信號(hào)和傳輸速率。“分地”,可防止不相容電路回流信號(hào)疊加,防止公共地線阻抗耦合;
(2)“分地”這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致回流信號(hào)跨越隔離帶時(shí)阻抗增大,從而導(dǎo)致很大EMC測(cè)試風(fēng)險(xiǎn),因此,隔離帶間通過(guò)電容器為信號(hào)提供回流路徑。