一.原理圖設(shè)計(jì)方案
1. RS485接口6KV防雷電路設(shè)計(jì)方案
圖1 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。
電路EMC設(shè)計(jì)說(shuō)明：
（1） 電路濾波設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
L1為共模電感，共模電感能夠?qū)λp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)線對(duì)金屬外殼有絕緣耐壓要求，那么差分線對(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；
（2） 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，差摸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，用于抑制線路上的共模以及差模浪涌干擾，防止干擾通過(guò)信號(hào)線影響下一級(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；
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。
二. PCB設(shè)計(jì)方案
1. RS485接口電路布局
圖1 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，走線時(shí)要盡量避免走線曲折的情況；
（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。
2. RS485接口電路分地設(shè)計(jì)
圖1 RS485接口分地設(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。“分地”，可以防止不相容電路的回流信號(hào)的疊加，防止公共地線阻抗耦合；
（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。
三． 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
1. RS485連接器與機(jī)體的搭接
圖1 矩形連接器設(shè)計(jì)
矩形連接器RS485的搭接方式：
屏蔽連接器與屏蔽體之間的縫隙中裝屏蔽材料（導(dǎo)電布或者不銹鋼簧片），保證縫隙的屏蔽效能，這種屏蔽材料需要按照屏蔽連接器的形狀定制加工，一般推薦導(dǎo)電布材料；或者在做機(jī)體的模具時(shí)，連接器的開(kāi)孔做內(nèi)嵌處理，增大連接器與機(jī)體間的接觸面積，提高屏蔽效能。搭接方式如上圖：
2. RS 485信號(hào)針腳定義
圖2 RS 485信號(hào)
RS485連接器信號(hào)針腳定義
（1） 若是單組RS485信號(hào)，那么選擇相鄰的兩個(gè)針腳作為差分信號(hào)；
（2） 若是多組RS485信號(hào)在同一個(gè)連接器內(nèi)，那么每組信號(hào)間要定義一個(gè)地針腳來(lái)相互隔離。如上圖所示：
四. 線纜設(shè)計(jì)方案
1. RS485連接器與電纜的搭接
圖1 矩形連接器
電纜與矩形連接器RS485的搭接：
（1） 屏蔽電纜的屏蔽層要求與金屬連接器進(jìn)行360°的搭接；搭接方式如上圖：
（2） 屏蔽電纜屏蔽層要避免出現(xiàn)單獨(dú)的“尾巴”現(xiàn)象。
2. RS 485信號(hào)組線
圖2 RS 485信號(hào)
電纜設(shè)計(jì)：
（1） RS 485信號(hào)電纜采用網(wǎng)狀編織屏蔽層的屏蔽方式，且網(wǎng)狀編織層編織密度要求不小于90%；
（2） 內(nèi)部組線時(shí)，差分電纜采用雙絞傳輸，雙絞絞距一般為信號(hào)電纜線徑的3倍；組線方式如上圖所示：
（3） 電纜兩端需要增加磁環(huán)處理，磁環(huán)內(nèi)徑與電纜的外徑要緊密結(jié)合，盡量選擇厚長(zhǎng)型的磁環(huán)。
走線設(shè)計(jì)：
（1） RS 485電纜走線時(shí)要求遠(yuǎn)離其他強(qiáng)干擾源，如電源模塊；
（2） 電纜走線最好單獨(dú)走線或與其他模擬以及功率線纜保持10cm以上距離，切不可與其他線纜一起混合捆扎。
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