一.原理圖設計方案
圖1 RS485接口防雷電路
接口電路設計概述：
RS485用于設備與計算機或其它設備之間通訊，在產(chǎn)品應用中其走線多與電源、功率信號等混合在一起，存在ＥＭＣ隱患。
本方案從EMC原理上，進行了相關的抑制干擾和抗敏感度的設計，從設計層次解決EMC問題。
電路EMC設計說明：
（1） 電路濾波設計要點：
L1為共模電感，共模電感能夠對衰減共模干擾，對單板內(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，同時也能減小通過429信號線對外的輻射，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，能有效減小對外的共模電流以同時對外界干擾能夠濾波；電容容值選取范圍為22PF~1000pF，典型值選取100pF；若信號線對金屬外殼有絕緣耐壓要求，那么差分線對地的兩個濾波電容需要考慮耐壓；當電路上有多個節(jié)點時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)測試情況進行調(diào)整；
（2） 電路防雷設計要點：
為了達到IEC61000-4-5或GB17626.5標準，共模6KV，差摸2KV的防雷測試要求，D4為三端氣體放電管組成第一級防護電路，用于抑制線路上的共模以及差模浪涌干擾，防止干擾通過信號線影響下一級電路；氣體放電管標稱電壓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防護電路，典型取值為10Ω/2W；為保證氣體放電管能順利的導通，泄放大能量必須增加此電阻進行分壓，確保大部分能量通過氣體放電管走掉；D1~D3為TSS管（半導體放電管）組成第三級防護電路，TSS管標稱電壓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；
接口電路設計備注：
如果設備為金屬外殼，同時單板可以獨立的劃分出接口地，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1000pF電容相連；
如果設備為非金屬外殼，那么接口地PGND與單板數(shù)字地GND直接電氣連接。
二. PCB設計方案
1. RS485接口電路布局
圖1 RS485接口濾波及防護電路布局
方案特點：
（1）防護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，按照先防護后濾波的規(guī)則，走線時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接口電路分地設計
圖1 RS485接口分地設計
方案特點：
（1） 為了抑制內(nèi)部單板噪聲通過RS485接口向外傳導輻射，也為了增強單板對外部干擾的抗擾能力，在RS485接口處增加濾波器件進行抑制，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管進行防護；且所有防護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） 當接口與單板存在相容性較差或不相容的電路時，需要在接口與單板之間進行“分地”處理，即根據(jù)不同的端口電壓、電平信號和傳輸速率來分別設置地線。“分地”，可以防止不相容電路的回流信號的疊加，防止公共地線阻抗耦合；
（2） “分地”現(xiàn)象會導致回流信號跨越隔離帶時阻抗變大，從而引起極大的EMC風險，因此在隔離帶間通過電容來給信號提供回流路徑。
三． 結構設計方案
1. RS485連接器與機體的搭接
圖1 矩形連接器設計
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，一般推薦導電布材料；或者在做機體的模具時，連接器的開孔做內(nèi)嵌處理，增大連接器與機體間的接觸面積，提高屏蔽效能。搭接方式如上圖：
2. RS 485信號針腳定義
圖2 RS 485信號
RS485連接器信號針腳定義
（1） 若是單組RS485信號，那么選擇相鄰的兩個針腳作為差分信號；
（2） 若是多組RS485信號在同一個連接器內(nèi)，那么每組信號間要定義一個地針腳來相互隔離。如上圖所示：
四. 線纜設計方案
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)單獨的“尾巴”現(xiàn)象。
2. RS 485信號組線
圖2 RS 485信號
電纜設計：
（1） RS 485信號電纜采用網(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，差分電纜采用雙絞傳輸，雙絞絞距一般為信號電纜線徑的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合，盡量選擇厚長型的磁環(huán)。
走線設計：
（1） RS 485電纜走線時要求遠離其他強干擾源，如電源模塊；
（2） 電纜走線最好單獨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。
京公網(wǎng)安備11010802046783號
