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          EMC COMPLIANT RS-485收發(fā)器保護電路解析

          作者: 時間:2013-06-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          功能與優(yōu)勢

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/153465.htm

          圖1所示使用ADM3485E,是經(jīng)過驗證并測試的電磁兼容性()解決方案,可為使用廣泛的通信端口提供三重。每個解決方案都經(jīng)過測試和特性表征,確保元件之間的動態(tài)交互能夠協(xié)同工作,它們免遭靜電放電(ESD)、電快速瞬變(EFT)和電涌的破壞——分別由IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4和IEC 61000-4-5標準定義。本電路使用ADM3485E提供經(jīng)過驗證的接口ESD、EFT和電涌(常見于惡劣工作環(huán)境)保護。

          圖1. 三個EMC兼容ADM3485E保護電路.jpg

          圖1. 三個兼容ADM3485E保護電路(原理示意圖,未顯示所有連接)

          電路描述

          在工業(yè)和儀器儀表應用中,總線標準是使用最廣泛的物理層總線設(shè)計標準之一。RS-485提供多個系統(tǒng)之間的差分數(shù)據(jù)傳輸,這些系統(tǒng)通常相距很遠。RS-485的應用包括:過程控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動化、遠程終端、樓宇自動化(例如,暖通空調(diào)(HVAC)、保安系統(tǒng))、電機控制和運動控制。

          在這些實際的系統(tǒng)中,雷擊、電源波動、感應開關(guān)和靜電放電會通過產(chǎn)生較大瞬變電壓對通信端口造成損害。設(shè)計人員必須確保設(shè)備不僅能在理想條件下工作,而且能夠在實際可能遇到的惡劣環(huán)境下正常工作。為了確保這些設(shè)計能夠在電氣條件惡劣的環(huán)境下工作,必須符合規(guī)范。

          許多EMC的問題并不簡單,且不易呈現(xiàn),因此必須在產(chǎn)品開發(fā)周期的初級階段即將其考慮在內(nèi)。正確的解決方案和保護電路必須作為整體設(shè)計的一部分,而非留到最后一刻。保護電路必須集成特定生產(chǎn)商的輸入和輸出結(jié)構(gòu),作為設(shè)計的組成部分。

          IEC 61000規(guī)范定義了一組EMC耐受性要求。在這組規(guī)范中,設(shè)計人員必須考慮數(shù)據(jù)通信線路的下列三類高壓瞬變:

          · IEC 61000-4-2靜電放電(ESD)

          · IEC 61000-4-4電快速瞬變(EFT)

          · IEC 61000-4-5電涌耐受

          ESD和EFT具有類似的上升時間、脈沖寬度和能耗水平。電涌瞬變具有更長的上升時間和脈沖寬度;其幅度最終可能比ESD或EFT瞬變電能的幅度高3至4個數(shù)量級。由于ESD和EFT瞬變的相似性,它們的電路保護設(shè)計也相近。但是因為電涌瞬變的電能水平較高,因此必須將它們區(qū)別對待。

          每款解決方案都向數(shù)據(jù)端口提供ESD電壓(8 kV接觸放電和15 kV氣隙放電)以及2 kV的EFT電壓保護。不同的解決方案提供高達6 kV的更高電涌保護等級。電路保護等級列于表1中。

          表1.jpg

          圖2顯示EVAL-CN0313-SDPZ板的實物照片。電路板上有三個ADM3485E器件,每個器件用于一種保護方案。每種保護方案都提供本文描述的ESD和EFT保護,并提升電涌保護等級。

          有關(guān)EVAL-CN0313-SDPZ板的完整設(shè)計支持包,包括原理圖、布局文件和物料清單,請參閱www.analog.com/CN0313-DesignSupport。

          圖2. EVAL-CN0313-SDPZ板.jpg

          圖2. EVAL-CN0313-SDPZ板

          ADM3485E是一款3.3 V低功耗數(shù)據(jù)收發(fā)器,適合用于多點傳輸線路的半雙工通信。它的數(shù)據(jù)速率高達12 Mbps,總線引腳(A和B)上的共模電壓范圍為−7 V至+12 V。數(shù)據(jù)通過DI引腳發(fā)送出去,通過RO引腳接收。驅(qū)動器和接收器的輸出都可使能或禁用,即通過改變DE和RE引腳上的相應邏輯電平,進入高阻抗狀態(tài)。

          電源和接地通過螺旋電纜連接器互相連接(VCC和GND)。該連接器供全部三個ADM3485E器件使用。

          DE和RE邏輯輸入通過LK1至LK6設(shè)置。對每個ADM3485E而言,LK2、LK4和LK6與DE有關(guān);LK1、LK3和LK5與RE有關(guān)。對每條鏈路而言,位置A連接邏輯引腳至VCC;位置B連接邏輯引腳至GND;位置C連接邏輯引腳至四引腳側(cè)面螺旋電纜連接器。輸入DI和輸出RO引腳直接連接四引腳螺旋連接器。

          EVAL-CN0313-SDPZ還兼容ADI公司的ezLINX™板(EZLINX-IIIDE-EBZ),以及系統(tǒng)開發(fā)平臺(EVAL-SDP-CB1Z)。連接器J8將SDP或ezLINX板上的UART和GPIO接口與ADM3485E器件的邏輯I/O相連。I/O連接和跳線配置如表2所示。

          表2.jpg

          ADM3485E發(fā)送器和接收器共用同樣的差分總線引腳(A和B)。保護電路用于保護這些總線引腳。

          在第一個保護電路中(TVS,如圖1所示),使用了一個元件,即Bourns公司的CDSOT23-SM712。它是EVAL-CN0313-SDPZ上的瞬變電壓抑制器(TVS)陣列。它由兩個雙向TVS二極管組成,經(jīng)過優(yōu)化后保護RS-485系統(tǒng),使其受到盡可能少的過應力,同時支持全范圍RS-485信號和共模電壓偏移。在正常工作條件下,TVS具有很高的對地阻抗。發(fā)生過壓情況時,TVS進入雪崩擊穿模式,并將引腳電壓箝位于安全的預定電平。然后,它將瞬變電流從ADM3485E轉(zhuǎn)移到地。

          此保護方案提供高達8 kV(接觸放電)和15 kV(氣隙放電)ESD保護、2 kV EFT保護和1 kV電涌保護。

          如CDSOT23-SM712數(shù)據(jù)手冊中所述,該器件專為RS-485設(shè)備而設(shè)計。以下兩個保護方案應用于CDSOT23-SM712,提供針對電涌的更高級電路保護。

          在第二個方案中(圖1中的TVS/TBU/TISP),CDSOT23-SM712 TVS提供第二級保護,而Bourns公司的TISP4240M3BJR-S提供第一級保護。TISP4240M3BJR-S是一款完全集成式電涌保護器(TISP)。TISP是一款固態(tài)晶閘管。當超過其預定保護電壓時,TISP提供低阻抗接地路徑,將大部分瞬變能量從ADM3485E轉(zhuǎn)移開。

          Bourns公司的TBU-CA065-200-WH瞬態(tài)閉鎖單元(TBU)是一款非線性過流保護器件,位于第一級和第二級保護器件之間,確保協(xié)調(diào)工作。TBU是一款過流閉鎖器件,在預定電流下開路。在阻隔模式下,它具有很高的阻抗以阻隔瞬變能量。此保護方案提供高達8 kV(接觸放電)和15 kV(氣隙放電)ESD保護、2 kV EFT保護和4 kV電涌保護。

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