什么是RS485?

RS485是半雙工通信，半雙工通信指的是通道在一個(gè)時(shí)刻只能處于接收或者是發(fā)送。RS485的特點(diǎn)是支持多節(jié)點(diǎn)傳輸、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)，RS485可以連接多個(gè)485設(shè)備，信號(hào)的速率可達(dá)到10Mbps。通過(guò)AB兩線(xiàn)之間的壓差來(lái)判斷是邏輯電平1或者邏輯電平0，當(dāng)AB間的電壓差大于200mV時(shí)為高電平1，小于200mV時(shí)為邏輯電平0。一般會(huì)在首末兩端接120R電阻，其作用是進(jìn)行阻抗匹配，消除信號(hào)反射。

RS485硬件電路設(shè)計(jì)

RS485電路設(shè)計(jì)可以分為隔離型和非隔離型，下圖是非隔離型電路，B端接到GND下拉，A端通過(guò)上拉電阻為高電平，是為了保證A和B之間的壓差大于200mV。DE和RE引腳是發(fā)送和接收使能，RE為低時(shí)，為接收使能;DE為高時(shí)，是發(fā)送使能，應(yīng)用中一般是兩者連接在一起，通過(guò)IO口(RS485_EN)控制，因?yàn)樾酒词翘幱诮邮眨刺幱诎l(fā)送，因此在發(fā)送數(shù)據(jù)的前，給RS485_EN信號(hào)為高電平，接收數(shù)據(jù)就給低電平。

RS485自動(dòng)收發(fā)電路硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)收發(fā)電路相比較普通的485電路，區(qū)別在于多一個(gè)晶體管控制485的使能引腳。R9限流電阻一般是4.7K，R8上拉電阻一般也是4.7K，使能引腳在晶體管沒(méi)有導(dǎo)通時(shí)被上拉。

接收數(shù)據(jù)時(shí)：接收數(shù)據(jù)引腳是芯片的第一引腳也就是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽RS485_RX，在接收數(shù)據(jù)過(guò)程中，RS485_TX引腳保持高電平，VGS為高電平，NPN三極管Q1就導(dǎo)通，RE和DE相連的引腳通過(guò)晶體管下拉到GND，此時(shí)接收使能，處于接收狀態(tài)。

發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)：發(fā)送數(shù)據(jù)引腳是RS485_TX，應(yīng)該RS485_TX發(fā)送1，晶體管導(dǎo)通，RE和DE的電平為低，RS485收發(fā)芯片沒(méi)有打開(kāi)，由于常態(tài)下485為高電平，此時(shí)數(shù)據(jù)就是高;當(dāng) RS485_TX發(fā)送0時(shí)，晶體管不導(dǎo)通，此時(shí)485收發(fā)芯片的發(fā)送使能為高，DI由于一直被下拉到GND，所以發(fā)出去的數(shù)據(jù)為0。這樣就實(shí)現(xiàn)了485的自動(dòng)收發(fā)。

發(fā)送具體解析：

RS485_TX 發(fā)送1，VGS高電平，NPN三極管導(dǎo)通，使能引腳是低電平，發(fā)送失效，接收使能，處于接收狀態(tài)。由于SP3485芯片的AB引腳是高阻狀態(tài)，R4把A拉高，R5把B拉低，所以AB傳輸?shù)氖?。即RS485_TX發(fā)送1時(shí)，AB引腳發(fā)送1。

做過(guò)EMC檢測(cè)的朋友都應(yīng)該知道，EMC主要是對(duì)電路有要求(當(dāng)然，軟件也要考慮一些地方)。我之前一家公司是做醫(yī)療器械的，產(chǎn)品各項(xiàng)功能基本沒(méi)啥問(wèn)題，但拿到檢測(cè)中心去做EMC檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)不合格，只能回家慢慢整改了。

今天給大家分享485接口的EMC檢測(cè)，希望對(duì)電路設(shè)計(jì)，及相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)的人員有幫助。

原理圖

1. RS485接口6KV防雷電路設(shè)計(jì)方案

(RS485接口防雷電路)

接口電路設(shè)計(jì)概述：RS485用于設(shè)備與計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備之間通訊，在產(chǎn)品應(yīng)用中其走線(xiàn)多與電源、功率信號(hào)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(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)層次解決EMC問(wèn)題。

2.電路EMC設(shè)計(jì)說(shuō)明A.電路濾波設(shè)計(jì)要點(diǎn)L1為共模電感，共模電感能夠?qū)λp共模干擾，對(duì)單板內(nèi)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(hào)線(xiàn)對(duì)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(duì)外的共模電流以同時(shí)對(duì)外界干擾能夠?yàn)V波;電容容值選取范圍為22PF~1000pF，典型值選取100pF;若信號(hào)線(xiàn)對(duì)金屬外殼有絕緣耐壓要求，那么差分線(xiàn)對(duì)地的兩個(gè)濾波電容需要考慮耐壓;

當(dāng)電路上有多個(gè)節(jié)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(shù)字地之間的跨接電容，典型取值為1000pF， C3容值可根據(jù)測(cè)試情況進(jìn)行調(diào)整;

B.電路防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)為了達(dá)到IEC61000-4-5或GB17626.5標(biāo)準(zhǔn)，共模6KV，差模2KV的防雷測(cè)試要求，D4為三端氣體放電管組成第一級(jí)防護(hù)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(hào)線(xiàn)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1859W;

PTC1、PTC2為熱敏電阻組成第二級(jí)防護(hù)電路，典型取值為10Ω/2W;

為保證氣體放電管能順利的導(dǎo)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(dǎo)體放電管)組成第三級(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1144W;

3.接口電路設(shè)計(jì)備注如果設(shè)備為金屬外殼，同時(shí)單板可以獨(dú)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(shè)備為非金屬外殼，那么接口地PGND與單板數(shù)字地GND直接電氣連接。

PCB設(shè)計(jì)

1. RS485接口電路布局

(RS485接口濾波及防護(hù)電路布局)

方案特點(diǎn)：(1)防護(hù)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(hù)后濾波的規(guī)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(hù)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(shè)計(jì)

方案特點(diǎn)：(1)為了抑制內(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(hào)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(hù);且所有防護(hù)器件都靠近接口放置，共模電感CM置于隔離帶內(nèi)，具體布局如圖示。

方案分析：(1)當(dāng)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(jù)不同的端口電壓、電平信號(hào)和傳輸速率來(lái)分別設(shè)置地線(xiàn)?！胺值亍?，可以防止不相容電路的回流信號(hào)的疊加，防止公共地線(xiàn)阻抗耦合;

(2)“分地”現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致回流信號(hào)跨越隔離帶時(shí)阻抗變大，從而引起極大的EMC風(fēng)險(xiǎn)，因此在隔離帶間通過(guò)電容來(lái)給信號(hào)提供回流路徑。