CN0313:EMC COMPLIANT RS-485收发器保护电路图
图1所示电路使用ADM3485E 收发器,是经过验证并测试的电磁兼容性(EMC)解决方案,可为使用广泛的RS-485通信端口提供三重保护。每个解决方案都经过测试和特性表征,确保收发器和保护电路元件之间的动态交互能够协同工作,保护它们免遭静电放电(ESD)、电快速瞬变脉冲群 (EFT)和电涌的破坏——分别由IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4 和IEC 61000-4-5标准定义。本电路使用ADM3485E提供经过验证的RS-485接口ESD、EFT和电涌(常见于恶劣工作环境) 保护。
优势和特点
稳定的EMC兼容RS-485收发器接口
针对特定ESD、EFT和浪涌电平进行测试
应用:
楼宇控制和自动化
现场仪器仪表和智能发送器
暖通空调
仪器仪表
电机控制
可编程逻辑控制和分布式控制系统
传感器和传感器接口
电路描述
在工业和仪器仪表应用中,RS-485总线标准是使用最广泛的物理层总线设计标准之一。RS-485提供多个系统之间的差分数据传输,这些系统通常相距很远。RS-485的应用包括:过程控制网络、工业自动化、远程终端、楼宇自动化(例如,暖通空调(HVAC)、保安系统)、电机控制和运动控制。
在这些实际的系统中,雷击、电源波动、感应开关和静电放电会通过产生较大瞬变电压对通信端口造成损害。设计人员必须确保设备不仅能在理想条件下工作,而且能够在实际可能遇到的恶劣环境下正常工作。为了确保这些设计能够在电气条件恶劣的环境下工作,必须符合EMC规范。
许多EMC的问题并不简单,且不易呈现,因此必须在产品开发周期的初级阶段即将其考虑在内。正确的解决方案和保护电路必须作为整体设计的一部分,而非留到最后一刻。保护电路必须集成特定收发器生产商的输入和输出结构,作为设计的组成部分。
IEC 61000规范定义了一组EMC耐受性要求。在这组规范中,设计人员必须考虑数据通信线路的下列三类高压瞬变:
IEC 61000-4-2静电放电(ESD)
IEC 61000-4-4电快速瞬变脉冲群(EFT)
IEC 61000-4-5电涌耐受
ESD和EFT具有类似的上升时间、脉冲宽度和能耗水平。电涌瞬变具有更长的上升时间和脉冲宽度;其幅度最终可能比ESD或EFT瞬变电能的幅度高3至4个数量级。由于ESD和 EFT瞬变的相似性,它们的电路保护设计也相近。但是因为电涌瞬变的电能水平较高,因此必须将它们区别对待。
每款解决方案都向数据端口提供ESD电压(8 kV接触放电和 15 kV空气放电)以及2 kV的EFT电压保护。不同的解决方案提供高达6 kV的更高电涌保护等级。电路保护等级列于表1中。
图2显示EVAL-CN0313-SDPZ板的实物照片。电路板上有三个ADM3485E器件,每个器件用于一种保护方案。每种保护方案都提供本文描述的ESD和EFT保护,并提升电涌保护等级。
有关EVAL-CN0313-SDPZ板的完整设计支持包,包括原理图、布局文件和物料清单,请参阅 www.analog.com/CN0313-DesignSupport.
图2. EVAL-CN0313-SDPZ板
ADM3485E是一款3.3 V低功耗数据收发器,适合用于多点传输线路的半双工通信。它的数据速率高达12 Mbps,总线引脚(A和B)上的共模电压范围为−7 V至+12 V。数据通过DI 引脚发送出去,通过RO引脚接收。驱动器和接收器的输出都可使能或禁用,即通过改变DE和 RE 引脚上的相应逻辑电平,进入高阻抗状态。
电源和接地通过螺旋电缆连接器互相连接 (VCC。 和 GND)该连接器供全部三个ADM3485E器件使用。
DE和RE逻辑输入通过LK1至LK6设置。对每个ADM3485E 而言,LK2、LK4和LK6与DE有关;LK1、LK3和LK5与 RE。有关。对每条链路而言,位置A连接逻辑引脚至VCC位置 B连接逻辑引脚至GND;位置C连接逻辑引脚至四引脚侧面螺旋电缆连接器。输入DI和输出RO引脚直接连接四引脚螺旋连接器。
EVAL-CN0313-SDPZ还兼容ADI公司的ezLINX™板 (EZLINX-IIIDE-EBZ)以及系统开发平台(EVAL-SDP-CB1Z)。连接器J8将SDP或ezLINX板上的UART和GPIO接口与ADM3485E器件的逻辑I/O相连。I/O连接和跳线配置如表2所示。
ADM3485E发送器和接收器共用同样的差分总线引脚(A和B)。保护电路用于保护这些总线引脚。
在第一个保护电路中(TVS,如图1所示),使用了一个元件,即Bourns公司的CDSOT23-SM712。它是EVALCN0313-SDPZ上的瞬变电压抑制器(TVS)阵列。它由两个双向TVS二极管组成,经过优化后保护RS-485系统,使其受到尽可能少的过应力,同时支持全范围RS-485 信号和共模电压偏移。在正常工作条件下,TVS具有很高的对地阻抗。发生
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