一、原理圖

 

1.RS485接口6KV防雷電路設計方案圖

 

RS485接口防雷電路接口電路設計概述：RS485用于設備與計算機或其它設備之間通訊，在產(chǎn)品應用中其走線(xiàn)多與電源、功率信號等混合在一起，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計，從設計層次解決EMC問(wèn)題。

 

2.電路EMC設計說(shuō)明：

 

（1） 電路濾波設計要點(diǎn)：

 

L1為共模電感，共模電感能夠對衰減共模干擾，對單板內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信號線(xiàn)對外的輻射，共模電感阻抗選擇范圍為120Ω/100MHz ~2200Ω/100MHz，典型值選取1000Ω/100MHz；C1、C2為濾波電容，給干擾提供低阻抗的回流路徑，能有效減小對外的共模電流以同時(shí)對外界干擾能夠濾波； 電容容值選取范圍為22PF~1000pF，典型值選取100pF； 若信號線(xiàn)對金屬外殼有絕緣耐壓要求，那么差分線(xiàn)對地的兩個(gè)濾波電容需要考慮耐壓；當電路上有多個(gè)節點(diǎn)時(shí)要考慮降低或去掉濾波電容的值。 C3為接口地和數字地之間的跨接電容，典型取值為1000pF， C3容值可根據測試情況進(jìn)行調整；（2） 電路防雷設計要點(diǎn)：

 

為了達到IEC61000-4-5或GB17626.5標準，共模6KV，差模2KV的防雷測試要求，D4為三端氣體放電管組成 級防護電路，用于抑制線(xiàn)路上的共模以及差模浪涌干擾，防止干擾通過(guò)信號線(xiàn)影響下 電路；氣體放電管標稱(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防護電路，典型取值為10Ω/2W；為保證氣體放電管能順利的導通，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；D1~D3為T(mén)SS管（半導體放電管）組成第三級防護電路，TSS管標稱(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；3.接口電路設計備注：

 

如果設備為金屬外殼，同時(shí)單板可以獨立的劃分出接口地，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；如果設備為非金屬外殼，那么接口地PGND與單板數字地GND直接電氣連接。

 

二. PCB設計

 

1.RS485接口電路布局圖

 

RS485接口濾波及防護電路布局方案特點(diǎn)：（1）防護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，按照先防護后濾波的規則，走線(xiàn)時(shí)要盡量避免走線(xiàn)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電路周邊不能走線(xiàn)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(xiàn)。

 

2.RS485接口電路分地設計方案特點(diǎn)： 

 

（1）為了抑制內部單板噪聲通過(guò)RS485接口向外傳導輻射，也為了增強單板對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，信號線(xiàn)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； 且所有防護器件都靠近接口放置，共模電感CM置于隔離帶內，具體布局如圖示。

 

方案分析：（1）當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，即根據不同的端口電壓、電平信號和傳輸速率來(lái)分別設置地線(xiàn)。 “分地”，可以防止不相容電路的回流信號的疊加，防止公共地線(xiàn)阻抗耦合；（2）“分地”現象會(huì )導致回流信號跨越隔離帶時(shí)阻抗變大，從而引起極大的EMC風(fēng)險，因此在隔離帶間通過(guò)電容來(lái)給信號提供回流路徑。