如何保护RS-485通信网络不受有害EMC影响

元件，如电阻或非线性过流保护器件等，用以确保二者协同应对瞬变。

　　图5. 保护方案框图

　　RS-485瞬变抑制网络

　　就特性而言，EMC瞬态事件在时间上会有变化，因此保护元件必须具有动态性能，而且其动态特性需要与受保护器件的输入/输出极相匹配，这样才能实现成功的EMC设计。器件数据手册一般只包含直流数据，由于动态击穿和I/V特性可能与直流值存在很大差异，因此这些数据没有太多价值。必须进行精心设计并确定特性，了解受保护器件的输入/输出级的动态性能，并且使用保护元件，才能确保电路达到EMC标准。

图6所示电路显示了三种不同的完整的EMC兼容解决方案。每个解决方案都经过独立外部EMC兼容性测试公司的认证，各方案使用精选的Bourns外部电路保护元件，针对ADI公司具有增强ESD保护性能的ADM3485E 3.3 V RS-485收发器提供不同的成本/保护级别。所用的Bourns外部电路保护元件包括瞬态电压抑制器（CDSOT23-SM712）、瞬态闭锁单元（TBU-CA065-200-WH）、晶闸管电涌保护器（TISP4240M3BJR-S）和气体放电管（2038-15-SM-RPLF）。

　　每种解决方案都经过特性测试，确保保护元件的动态I/V性能可以保护ADM3485E RS-485总线引脚的动态I/V特性，使得ADM3485E输入/输出级与外部保护元件协同防范瞬变事件。

　　图6. 三个EMC兼容ADM3485E电路

　　保护方案1

　　前面说过，EFT和ESD瞬变具有相似的能量水平，而电涌波形的能量水平则高出三到四个数量级。针对ESD和EFT的保护可通过相似方式实现，但针对高电涌级别的保护解决方案则更为复杂。第一个解决方案提供四级ESD和EFT保护及二级电涌保护。本文描述的所有电涌测试都使用1.2/50 μs波形。

　　此解决方案使用Bourns公司的CDSOT23-SM712瞬变电压抑制器 http://www.eet-china.com/ART_8800678021_628868_NP_6cfb1c9e.HTM>（TVS）阵列，它包括两个双向TVS二极管，非常适合保护RS-485系统，过应力极小，同时支持RS-485收发器上的全范围RS-485信号和共模偏移（-7 V至+12 V）。表1显示针对ESD、EFT和电涌瞬变的电压保护级别。

　　表1. 解决方案1保护级别

　　TVS是基于硅的器件。在正常工作条件下，TVS具有很高的对地阻抗；理想情况下它是开路。保护方法是将瞬态导致的过压箝位到电压限值。这是通过PN结的低阻抗雪崩击穿实现的。当产生大于TVS的击穿电压的瞬态电压时，TVS会将瞬态箝位到小于保护器件的击穿电压的预定水平。瞬变立即受到箝位（ 1 ns），瞬态电流从受保护器件转移至地。

　　重要的是要确保TVS的击穿电压在受保护引脚的正常工作范围之外。CDSOT23-SM712的独有特性是具有+13.3 V和-7.5 V的非对称击穿电压，与+12 V至-7 V的收发器共模范围相匹配，从而提供最佳保护，同时最大程度减小对ADM3485E RS-485收发器的过压应力。

　　图7. CDSOT23-SM712 I/V特性（8 kV）

　　保护方案2

　　上一解决方案可提供最高四级ESD和EFT保护，但只能提供二级电涌保护。为了提高电涌保护级别，保护电路变得更加复杂。以下保护方案可以提供最高四级电涌保护。

　　CDSOT23-SM712专门针对RS-485数据端口设计。以下两个电路基于CDSOT23-SM712构建，提供更高级别的电路保护。CDSOT23-SM712提供次级保护，而TISP4240M3BJR-S提供主保护。主从保护器件与过流保护之间的协调通过TBU-CA065-200-WH完成。表2显示使用此保护电路的ESD、EFT和电涌瞬变保护电压级别。

　　表2. 解决方案2保护级别（8 kV）

　　当瞬变能量施加于保护电路时，TVS将会击穿，通过提供低阻抗的接地路径来保护器件。由于电压和电流较高，还必须通过限制通过的电流来保护TVS.这可采用瞬态闭锁单元（TBU）实现，它是一个主动高速过流保护元件。此解决方案中的TBU是Bourns TBU-CA065-200-WH.

　　TBU可阻挡电流，而不是将其分流至地。作为串联元件，它会对通过器件的电流做出反应，而不是对接口两端的电压做出反应。TBU是一个高速过流保护元件，具有预设电流限值和耐高压能力。当发生过流，TVS由于瞬态事件击穿时，TBU中的电流将升至器件设置的限流水平。此时，TBU会在不足1 μs时间内将受保护电路与电涌断开。在瞬变的剩余时间内，TBU保持在受保护阻隔状态，只有极小的电流（1 mA）通过受保护电路。在正常工作条件下，TBU具有低阻抗，因此它对正常电路工作的影响很小。在阻隔模式下，它具有很高的阻抗以阻隔瞬变能量。在瞬态事件后，TBU自动复位至低阻抗状态，允许系统恢复正常工作。

与所有过流保护技术相同，TBU具有最大击穿电压，因此主保护器件必须箝位电压，并将瞬变能量重新引导至地。这通常使用气体放电管或固态晶闸管等技术实现，例如完全集成电涌保护器（T