【技術(shù)筆記】總線隔離后如何接地？-下篇
[導(dǎo)讀]在《總線隔離后如何接地-上篇》已為大家介紹隔離后接地的ESD作用機(jī)理，那么面對(duì)總線隔離后由于接地而出現(xiàn)的通訊異常問(wèn)題該如何改善，本文將為大家介紹對(duì)應(yīng)的改善措施以及電路作用詳解。??前言為保證總線網(wǎng)絡(luò)的通訊穩(wěn)定性，通訊接口通常會(huì)做隔離，隔離的主要目的：安規(guī)考慮：保護(hù)設(shè)備及人身安全，...
在《總線隔離后如何接地-上篇》已為大家介紹隔離后接地的ESD作用機(jī)理，那么面對(duì)總線隔離后由于接地而出現(xiàn)的通訊異常問(wèn)題該如何改善，本文將為大家介紹對(duì)應(yīng)的改善措施以及電路作用詳解。
??前言為保證總線網(wǎng)絡(luò)的通訊穩(wěn)定性，通訊接口通常會(huì)做隔離，隔離的主要目的：
??總線隔離接地建議針對(duì)《總線隔離后如何接地？-上篇》上述兩種情況，隔離接口模塊需要得到有效的靜電保護(hù)，建議進(jìn)行隔離接口設(shè)計(jì)時(shí)，增加Cp、Rp以及TVS，提高隔離接口的ESD抗擾能力。
??完善的總線接口保護(hù)電路前面只是對(duì)ESD的作用機(jī)理進(jìn)行了分析，但隨著工業(yè)產(chǎn)品對(duì)通信接口的EMC等級(jí)要求越來(lái)越高。許多應(yīng)用要求滿足IEC61000-4-2靜電放電4級(jí)，IEC61000-4-5浪涌抗擾4級(jí)要求。一般的收發(fā)器ESD、浪涌的防護(hù)等級(jí)均比較低，如CTM1051M隔離CAN收么器的隔離耐壓為2500VDC，裸機(jī)情況下，ESD、浪涌等級(jí)均較低。所以有必要增加外圍電路，提高通信端口的EMC等級(jí)。以CAN總線為例，上圖為完善的外圍推薦電路。其中GDT置于最前端，提供一級(jí)防護(hù)，當(dāng)雷擊、浪涌產(chǎn)生時(shí)，GDT瞬間達(dá)到低阻狀態(tài)，為瞬時(shí)大電流提供泄放通道，將CAN_H、CAN_L間電壓鉗制在二十幾伏范圍內(nèi)。實(shí)際取值可根據(jù)防護(hù)等級(jí)及器件成本綜合考慮進(jìn)行調(diào)整，R3 與 R4 建議選用 PTC，D1~D6 建議選用快恢復(fù)二極管，參數(shù)表如下。另外，另一種方案則是采用ZLG的SP00S12浪涌保護(hù)模塊，可用于各種信號(hào)傳輸系統(tǒng)，抑制雷擊、浪涌、過(guò)壓等有害信號(hào)，對(duì)設(shè)備信號(hào)端口進(jìn)行保護(hù)。搭配ZLG的全隔離CTM或SC系列的隔離CAN收發(fā)器，如下圖。可極大程度的提升產(chǎn)品的集成度，于此同時(shí)極大程度的縮小開(kāi)發(fā)周期。
??阻容回路接地的必要性前面講述了總線隔離之后接地的原理以及推薦電路，想必大家已經(jīng)很清楚了，在現(xiàn)場(chǎng)，很多客戶會(huì)提到總線隔離之后為什么需要阻容接地呢？這里給大家簡(jiǎn)單描述一下：
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??前言為保證總線網(wǎng)絡(luò)的通訊穩(wěn)定性，通訊接口通常會(huì)做隔離，隔離的主要目的：
- 安規(guī)考慮：保護(hù)設(shè)備及人身安全，隔開(kāi)潛在的高壓危險(xiǎn)；
- 提高通信的穩(wěn)定性：消除地電勢(shì)差的影響；
- 提高器件的可靠性：消除地環(huán)路影響；
- 低耦合：提高系統(tǒng)間的兼容性；
??總線隔離接地建議針對(duì)《總線隔離后如何接地？-上篇》上述兩種情況，隔離接口模塊需要得到有效的靜電保護(hù)，建議進(jìn)行隔離接口設(shè)計(jì)時(shí)，增加Cp、Rp以及TVS，提高隔離接口的ESD抗擾能力。
- 電容Cp的作用：減輕隔離柵的壓力，為靜電能量提供一個(gè)低阻抗的路徑，靜電能量大部分通過(guò)此電容泄放，為達(dá)到良好效果，Cp容值應(yīng)遠(yuǎn)大于Ciso，建議取100pF~1000pF之間；
- TVS管的作用：對(duì)于總線側(cè)的靜電，靜電能量會(huì)通過(guò)防護(hù)器件泄放，注意：其導(dǎo)通電壓必須小于隔離接口可承受的最大電壓，同時(shí)大于信號(hào)電壓；在通信速率高、或節(jié)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，也需要注意盡量選取等效電容小的器件，以免影響總線正常通信。
??完善的總線接口保護(hù)電路前面只是對(duì)ESD的作用機(jī)理進(jìn)行了分析，但隨著工業(yè)產(chǎn)品對(duì)通信接口的EMC等級(jí)要求越來(lái)越高。許多應(yīng)用要求滿足IEC61000-4-2靜電放電4級(jí)，IEC61000-4-5浪涌抗擾4級(jí)要求。一般的收發(fā)器ESD、浪涌的防護(hù)等級(jí)均比較低，如CTM1051M隔離CAN收么器的隔離耐壓為2500VDC，裸機(jī)情況下，ESD、浪涌等級(jí)均較低。所以有必要增加外圍電路，提高通信端口的EMC等級(jí)。以CAN總線為例，上圖為完善的外圍推薦電路。其中GDT置于最前端，提供一級(jí)防護(hù)，當(dāng)雷擊、浪涌產(chǎn)生時(shí)，GDT瞬間達(dá)到低阻狀態(tài)，為瞬時(shí)大電流提供泄放通道，將CAN_H、CAN_L間電壓鉗制在二十幾伏范圍內(nèi)。實(shí)際取值可根據(jù)防護(hù)等級(jí)及器件成本綜合考慮進(jìn)行調(diào)整，R3 與 R4 建議選用 PTC，D1~D6 建議選用快恢復(fù)二極管，參數(shù)表如下。另外，另一種方案則是采用ZLG的SP00S12浪涌保護(hù)模塊，可用于各種信號(hào)傳輸系統(tǒng)，抑制雷擊、浪涌、過(guò)壓等有害信號(hào)，對(duì)設(shè)備信號(hào)端口進(jìn)行保護(hù)。搭配ZLG的全隔離CTM或SC系列的隔離CAN收發(fā)器，如下圖。可極大程度的提升產(chǎn)品的集成度，于此同時(shí)極大程度的縮小開(kāi)發(fā)周期。
??阻容回路接地的必要性前面講述了總線隔離之后接地的原理以及推薦電路，想必大家已經(jīng)很清楚了，在現(xiàn)場(chǎng)，很多客戶會(huì)提到總線隔離之后為什么需要阻容接地呢？這里給大家簡(jiǎn)單描述一下：
- 電容：從EMS（電磁抗擾度）角度說(shuō)，這個(gè)電容是在假設(shè)PE良好連接大地的前提下，降低可能存在的影響（以大地電平為參考的高頻干擾信號(hào)對(duì)電路的影響），是為了抑制電路和干擾源之間瞬態(tài)共模壓差的。其實(shí)GND直連PE是最好的，但是，直連可能不可操作或者不安全。從EMI（電磁干擾）角度說(shuō)，如果有與PE相連的金屬外殼，有這個(gè)高頻路徑，也能夠避免高頻信號(hào)輻射出來(lái)；
- 1M電阻：這是對(duì)付ESD（靜電放電）測(cè)試用的。因?yàn)檫@種用電容連接PE和GND的系統(tǒng)（浮地系統(tǒng)），在做ESD測(cè)試的時(shí)候，打入被測(cè)電路的電荷無(wú)處釋放，會(huì)逐漸累積，抬升或降低GND相對(duì)PE的電平，累積到一定程度，超過(guò)了PE和電路之間的絕緣最薄弱處所能耐受的電壓范圍，GND和PE之間就會(huì)放電，幾個(gè)納秒間，在PCB上的產(chǎn)生數(shù)十到數(shù)百安培的電流，這足以讓任何電路因EMP（電磁脈沖）宕機(jī)，或者是讓PE與電路之間絕緣最薄弱處所在信號(hào)連接的器件損壞。但是有時(shí)候又不能直接連接PE和GND，那么就用一個(gè)1~2M的電阻去慢慢釋放這個(gè)電荷，以消除二者間的壓差。當(dāng)然1~2M這個(gè)數(shù)值是根據(jù)ESD測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)選擇的，因?yàn)镮EC61000里面規(guī)定最高的重復(fù)次數(shù)只有10次/秒，如果你搞個(gè)1000次/秒的非標(biāo)ESD放電，那么1~2M的電阻我覺(jué)得是不能釋放掉累積的電荷的。
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