一、RS-485芯片抑制EMC電磁干擾的基本原理

RS-485總線是一種常見的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，采用平衡發(fā)送與差分接收的方式，具有抑制共模干擾的能力，同時(shí)通信距離較長，可以多節(jié)點(diǎn)通信。這種總線廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等領(lǐng)域。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，RS-485接口芯片可能會(huì)受到來自電源、環(huán)境或其他信號(hào)線的電磁干擾，導(dǎo)致通信不穩(wěn)定或失效。因此，抑制EMC電磁干擾是確保RS-485總線穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

二、主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用

在RS-485抑制EMC電磁干擾的設(shè)計(jì)中，主控芯片的選擇至關(guān)重要。以下是一些常見的主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用：

1. MAX485E

• 作用：MAX485E是一款常用的RS-485收發(fā)器芯片，具有抗靜電沖擊的能力。它能夠在傳輸線上產(chǎn)生過多的高頻分量時(shí)，有效地扼制干擾的產(chǎn)生。

• 特點(diǎn)：支持差分輸入/輸出，具有限斜率驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)，可以減少傳輸線上的高頻分量，從而降低電磁干擾。

2. SN75LBC184

• 作用：SN75LBC184不僅具有抗雷電沖擊的能力，還能承受高達(dá)8kV的靜電放電沖擊。這使得它在戶外或易受雷電干擾的環(huán)境中表現(xiàn)出色。

• 特點(diǎn)：具有故障保護(hù)功能，能夠在檢測到異常情況時(shí)自動(dòng)關(guān)閉輸出，以保護(hù)電路不受損壞。

3. MAX487

• 作用：MAX487同樣是一款具有限斜率驅(qū)動(dòng)器的RS-485收發(fā)器芯片，能夠有效地減少傳輸線上的高頻分量。

• 特點(diǎn)：與MAX485E類似，但可能在某些性能指標(biāo)上有所不同，如功耗、速度等。

4. ADM3061EARZ

• 作用：ADM3061EARZ是一款半工RS-485收發(fā)器芯片，支持多個(gè)接收器和發(fā)射器在同一個(gè)信號(hào)回路上工作，但每次只能有一個(gè)發(fā)射器工作。

• 特點(diǎn)：具有RE（接收器使能）和DE（發(fā)射器使能）引腳，可以通過控制這些引腳來實(shí)現(xiàn)收發(fā)器的切換。此外，它還具有高輸入阻抗，可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載。

5. ZLG SM4500/SM4510/SM4500H/SM4510H

• 作用：ZLG致遠(yuǎn)電子推出的SM系列全隔離RS-485收發(fā)芯片集成了電源隔離、RS-485收發(fā)電路和信號(hào)隔離電路，適用于需要高隔離度和抗干擾能力的場合。

• 特點(diǎn)：采用DFN封裝，體積小、功耗低。具有完整的RS-485總線隔離電路，可以有效地隔離外部干擾，提高通信穩(wěn)定性。

三、具體設(shè)計(jì)方案

1. 電路布局與元件選擇

• 電路布局：

• 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)則進(jìn)行布局，走線時(shí)要盡量避免走線曲折。

• 共模電感與跨接電容要置于隔離帶中，以隔離內(nèi)部噪聲和外部干擾。

• 元件選擇：

• 共模電感：選擇阻抗范圍為120Ω/100MHz ~ 2200Ω/100MHz的共模電感，典型值選取1000Ω/100MHz。共模電感能夠衰減共模干擾，提高產(chǎn)品的抗干擾能力。

• 濾波電容：選擇容值范圍為22pF ~ 1000pF的濾波電容，典型值選取100pF。濾波電容為干擾提供低阻抗的回流路徑，減小對(duì)外的共模電流。

• 跨接電容：在接口地和數(shù)字地之間連接跨接電容，典型取值為1000pF。跨接電容可以進(jìn)一步減小共模干擾。

2. 防雷設(shè)計(jì)

• 第一級(jí)防護(hù)：使用三端氣體放電管組成第一級(jí)防護(hù)電路，用于抑制線路上的共模以及差模浪涌干擾。氣體放電管的標(biāo)稱電壓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。

• 第二級(jí)防護(hù)：使用熱敏電阻組成第二級(jí)防護(hù)電路，典型取值為10Ω/2W。熱敏電阻用于分壓，確保大部分能量通過氣體放電管泄放。

• 第三級(jí)防護(hù)：使用TSS管（半導(dǎo)體放電管）組成第三級(jí)防護(hù)電路。TSS管的標(biāo)稱電壓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. 信號(hào)隔離與濾波

• 信號(hào)隔離：使用全隔離RS-485收發(fā)芯片（如ZLG SM4500/SM4510/SM4500H/SM4510H）來實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離。這些芯片內(nèi)部集成了完整的RS-485總線隔離電路，可以有效地隔離外部干擾。

• 濾波：在信號(hào)線上串聯(lián)共模電感與濾波電容，進(jìn)一步抑制干擾信號(hào)。同時(shí)，可以在接口地與數(shù)字地之間連接跨接電容，以減小共模干擾。

4. 接地設(shè)計(jì)

• 接口地與數(shù)字地：如果設(shè)備為金屬外殼且單板可以獨(dú)立劃分出接口地，則金屬外殼與接口地直接電氣連接，單板地與接口地通過1000pF電容相連。如果設(shè)備為非金屬外殼，則接口地PGND與單板數(shù)字地GND直接電氣連接。

• 分地處理：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。分地可以防止不相容電路的回流信號(hào)的疊加和公共地線阻抗耦合。同時(shí)，在隔離帶間通過電容來給信號(hào)提供回流路徑。

5. 其他注意事項(xiàng)

• 避免信號(hào)反射：在多個(gè)RS-485連接時(shí)，支路長度越短越好。同時(shí)要避免其他類型的連接，如星型連接。理論上支路長度應(yīng)小于1/4波長（傳輸頻率對(duì)應(yīng)的波長），實(shí)際應(yīng)用上越小越好。

• 避免干擾源：485信號(hào)線不可以和電源線一同走線。強(qiáng)電具有強(qiáng)烈的電磁信號(hào)會(huì)對(duì)弱電進(jìn)行干擾，導(dǎo)致485信號(hào)不穩(wěn)定。因此，在實(shí)際施工中應(yīng)盡量避免這種情況。

• 選用抗靜電/抗雷擊芯片：在戶外或易受雷電干擾的環(huán)境中，應(yīng)選用抗靜電或抗雷擊的芯片（如SN75LBC184）。這些芯片能夠在遭受靜電或雷電沖擊時(shí)保護(hù)電路不受損壞。

四、結(jié)論

綜上所述，RS-485芯片抑制EMC電磁干擾的設(shè)計(jì)方案涉及多個(gè)方面，包括電路布局與元件選擇、防雷設(shè)計(jì)、信號(hào)隔離與濾波、接地設(shè)計(jì)以及其他注意事項(xiàng)。通過合理選擇主控芯片型號(hào)、優(yōu)化電路布局和元件選擇、加強(qiáng)防雷措施以及實(shí)施有效的接地策略，可以顯著提高RS-485總線的抗干擾能力和通信穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體需求和環(huán)境條件進(jìn)行靈活調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)。