热门搜索:电源防雷器  信号防雷器  三合一防雷器  
加入收藏 微博 企业邮箱 OA系统
下载中心
防雷知识
标准规范
产品技术
联系我们

 QQ  客服点击聊天 点击聊天

                 点击聊天 点击聊天

 地       址:南京市溧水区胜园路20号

 电       话:025-52630572/025-56617227

 传       025-52341066

 电子邮件:njnpfl@163.com  

 
产品技术
发布者:普天宁普防雷 发布时间:2016-9-28 阅读:376次 
RS-485电路设计及接口防护

一、电路


1.1. RS485通讯标准协议


相信RS485通讯标准大家都已经熟悉了,也不再多说。下面的说明部分在网上广为流传,就抄抄下来吧。


典型的串行通讯标准是RS232和RS485.它们定义了电压,阻抗等。但不对软件协议给予定义,区别于RS232, RS485的特性包括:


a. RS-485的电气特性:逻辑“1”以两线间的电压差为+(2—6) V表示;逻辑“0”以两线间的电压差为-(2—6)V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了,就不易损坏接口电路的芯片,且该电平与TTL电平兼容,可方便与TTL 电路连接。


b. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps


c. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干能力增强,即抗噪声干扰性好。


d. RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺,实际上可达 3000米。 RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器,因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性,长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络 ,一般只需二根连线,所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。


1.2. 典型的RS485通信芯片


以TI为例,通常所用的BC184,内置TVS保护,具有15KV静电防护能力;稍差一点的BC182,则可以防护至8KV ESD冲击;而3082,则只能承受4KV ESD冲击。在选用485芯片时,需注意其ESD防护能力,驱动能力,对485总线差分信号的定义等。


1.3. 485应用电路举例。


a. A/B线需拉上下拉,保证总线空闲时,A/B差分信号仍是确定状态,避免杂讯影响。上/下拉电阻取得小,则负载加重,会影响485总路线上节点数量;而取得大,则会影响数据传输的波特率。,一般在几K到几十K之间,具体还在看应用电路的需求。(比如此电路中上/下拉取值为3.3K,在实际带载测试(1200bps)时,485总线上只能挂十几外负载;而换成47K,则可以挂到一百多个负载;但若要在9600bps下通信,则上/下拉要小一些才行,目前的试验发现,10K基本上已经是极限了)


b. 对地TVS用作ESD防护。


c. 尽量不要以上/下拉电阻来驱动负载,最好单独用一路信号控制使能端,以充足发挥IC的驱动能力。


d. V485输出能力要足够。因工业应用领域,485总路线上有可能同时接很多节点,此时A/B线对外输出电流会比较大,若V485前端供电电路输出不够,则差分电压不够而导致无法正常通信。


二、接口防护设计


2.1 ESD防护


以TI 3082为例,芯片本身只能保证4KV HBM的ESD防护,而系统要求为8KV接触放电,此时就需要在A/B线间对地加TVS来保护芯片。TVS管尽量选用高速、低容值、大通流量的,当然够用就好,不必追求过高的性能。启动电压和截止电压选取要恰当,以防止TVS误动作,而干扰485的正常通信(还要考虑到485总线上的共模电压部分)。


在进行PCB布板时,尽量使V485靠近电源输出端,使电源线路尽量短;要保证接线良好,TVS管接地路径也要尽量短。同时在V485前端供电电路输出端,应采用大电容并小电容的方式,平滑输出的同时,还能吸引部分ESD带来的高压尖峰。


总之,好的ESD防护,是用正确的器件以及合理的PCB Layout来实现的。


顺便说说,通常ESD冲击到来,会造成三种类型的芯片损伤。一是击穿,这种是不可恢复的。二是Latch-up,这种重新上电后又会消失,但长时间latch-up状态,则会使芯片烧毁。三是软损伤,这种损伤并不会使芯片马上失效,但会使芯片可靠性降低,这种损伤最隐性,往往要到客户现场合用过一段时间后才会发现,这种损伤是最应该避免的。曾经我们有一款产品,做ESD测试都能过,但往往在客户端使用一段时间后就会出现问题,后来分析才发现是ESD冲击导致芯片软损伤的结果。


2.2 高压防护


很多系统还会要求485接口能耐受市电或者工业电直接接入,保证数分钟通电不损坏。这样的要求是为了保证在应用现场,工作人员不慎将交流电接入到485端口上时,不致引发485电路的损坏。


以本电路为例,以两路PTC+TVS管形成回路,当有大的交流电压灌入时,PTC开始发热,进而形成高阻,保证后续电路。


在布板时,应注意在PTC和TVS管的通路间的线宽要足够大(通常0.5mm线宽可通过1A电流,具体因PCB不同而不同。),以承受大电流的通过。


2.3 高压高频电磁脉冲防护


A/B线对地的TVS能起到一定的保护作用,但更重要的是PCB布板合理,防止高频高压脉冲耦合进内部线路,这部分可参考高频电路的布板。


2.4 高压冲击防护


这部分防护,一是布板时要留足爬电距离;二是光耦及变压器(有些系统是采用外置电源供电,同理)的隔离效果要好。

 

三、应用


RS485的理论通信距离可达1200m,速率可达几Mbps,通讯节点可达256个(不同的芯片会有不同,也有支持四五百个节点的产品)。但在实际应用中受电路、接线方式及应用环境影响很大。下面重点说说接线方式(这部分是从网上摘抄的,大家将就着看吧)。


3.1 线材: 采用特性阻抗120±20%欧姆,截面积0.5平方毫米带屏蔽双绞线电缆作总线。(注意此阻值并不特指线路纯电阻,而是特定频率下的线路阻抗,通常485的通信频率在1.2K到几百K之间。)


3.2 布线规则:485总线要采用手拉手结构,而不能采用星形结构,从总线到每个节点的引出线长度应尽量短。


3.3 连续性:应注意总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射,造成通讯可靠性下降,所以,应该使用一条单一、连续的双绞线作为总线。下列几种情况易产生这种不连续性:


a,总线的不同区段采用了不同电缆。

b,或某一段总线上有过多读卡器紧靠在一起安装。

c,分支线到总线的距离过长。


3.4 阻抗匹配:在RS485组建网络过程中另一个需要注意的问题是终端负载电阻问题,一般终端匹配采用终端电阻方法, RS-485应在总线电缆的开始和末端都并接120Ω终端电阻。


3.5 中继:理论上RS485的最长传输距离能达到1200米,但在实际应用中由于外界的确一些干扰等因素,传输的距离要比1200米短,具体能传输多远视周围环境而定,在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大,延长传输距离。


3.6 接地:将485通讯线的屏蔽层用作地线,将读卡器、RS232-RS485转换器、电脑的地连接在一起,并且将RS485通讯线屏蔽层可靠接地,可接到建筑物避雷器的接地连接线上,接地连接线建议使用截面积4平方毫米以上多股铜线,从通讯线屏蔽层到建筑物避雷器的连接线尽可能短,并且连接时注意一定要可靠,连接点注意防锈。当使用光电隔离型中继器做线路延长或者分支时,各个分支的屏蔽层没有直接连接,此时,每个分支的屏蔽层都应该独立接地,接地要求同上。在同一条总线上或者同一个分支上,只能有一个接地点。

 

打印本页 || 关闭窗口
南京宁普防雷乙级资质公司主营: 普天防雷 业内领先的雷电预警监测雷电风险评估、雷电及电磁脉冲防护整体解决方案研发生产销售普天防雷器浪涌保护器防雷模块电子电气系统嵌入式过电压保护模块模拟雷电冲击电流发生器测试设备电源系统防雷器信号系统防雷器石油石化仪表系统防雷器光伏系统防雷器风力发电系统防雷器防爆防雷箱防雷插座及PDU避雷针、泄流线接地极二合一防雷器视频监控防雷器控制系统防雷器、广电户外防雷器、天馈防雷器、同时提供专业防雷工程及电磁脉冲防护系统的设计防雷施工和技术咨询服务。 


copyright @ 2013『宁普防雷』南京普天防雷 all rights reserved

电话:025-52630572/025-56617227  传真:025-52341066  地址:南京市溧水经济开发区胜园路20号 苏ICP备11077900号-1