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1、通訊接口RS485的電磁兼容設(shè)計(jì)方案一.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120/100MHz 2200/100MHz,典型
2、值選取1000/100MHz;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22PF1000pF,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
3、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10/2W;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; D1D3為TSS管(半導(dǎo)體放電管)組成第三級(jí)防護(hù)電路,TSS管標(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;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
4、,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
5、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?!胺值亍?,可以防止不相容電路的回流信號(hào)的
6、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
7、) 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)
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