RS-485保護電路結電容對信號質量的影響

RS-485總線被廣泛應用在工業(yè)環(huán)境，可能有高等靜電或浪涌干擾，工程師通常會使用氣體放電管和TVS管搭建防護電路，但該電路的結電容較高，應用不當將會影響通訊。本文將為大家介紹一種低結電容的外圍電路。

?常用RS-485保護電路

圖1保護電路1

如圖1所示的保護電路，氣體放電管將接口處的大部分浪涌電流泄放，共模電感濾除共模信號的干擾，TVS進一步降低氣體放電管后的殘壓，從而保護后級電路。RSM485ECHT模塊應用圖1所示保護電路可以達到接觸靜電±8kV，共模浪涌±4kV，差模浪涌±2kV，滿足大部分工業(yè)現場對RS-485節(jié)點靜電和浪涌等級的要求。

圖1所示保護電路雖然保護能力較強，但其結電容較大，A-RGND或B-RGND結電容為2.5nF左右，當總線上有較多節(jié)點均使用圖1保護電路進行組網時，總線的電容量較大，信號反射以及信號邊沿趨于平緩使信號質量變差，甚至會導致通信異常。

?總線電容導致的信號反射問題

當信號在通信線上傳輸，到達RS-485節(jié)點上的保護電路時，保護電路的結電容使信號受到的瞬時阻抗發(fā)生變化，一部分信號將被反射，另一部分發(fā)生失真并繼續(xù)傳播下去。

圖2所示為RSM485ECHT單節(jié)點發(fā)送波形，圖3為RS-485總線接6個保護電路的示意圖，每個節(jié)點之間的距離在30cm左右，使用雙絞線手拉手連接，圖4和圖5分別為在總線上接6個圖1所示電路的波形測試點1和波形測試點6（圖3中標注的位置）的波形，波形的上升/下降時間變長，并且波形測試點1波形變成了臺階形狀。

圖2RSM485ECHT單節(jié)點RS-485接口差分波形

圖3 總線接6個保護電路連接示意圖

圖4 RSM485ECHT接6個保護電路波形測試點1波形

圖5RSM485ECHT接6個保護電路波形測試點6波形

RSM485ECHT的RS-485接口驅動能力較強，如下為使用相同測試條件測試市場上常用的RS-485收發(fā)器芯片測試波形，可以看出其波形已被嚴重干擾，且反射波形已到達RS-485芯片門限電平附近，有可能引起通信異常。因此在實際應用中應選擇驅動能力較強的收發(fā)器。

圖6 某RS-485收發(fā)器接6個保護電路波形測試點1波形

圖7 某RS-485收發(fā)器接6個保護電路波形測試點6波形

?低結電容保護電路

當通信節(jié)點數較多，可以使用如圖8所示保護電路，其A-RGND或B-RGND的結電容僅為20pF，雖然TVS結電容較大，但普通二極管結電容非常小，TVS與普通二極管的結電容為串聯(lián)關系，因此可以減小保護電路的結電容。使用圖8進行圖3所示的組網，測試點1的波形如圖9所示，測試點6波形如圖10所示，波形基本未發(fā)生變化。

圖8 保護電路2（低結電容）

圖9 RSM485ECHT接6個保護電路2波形測試點1波形

圖10 RSM485ECHT接6個保護電路2波形測試點6波形

?總結

總線上掛載的保護電路會使信號受到的瞬時阻抗發(fā)生變化，導致信號反射，當總線上的節(jié)點數較多，總線的電容量較大，會對總線波形造成干擾，影響通信信號質量，因此為減小保護電路對總線通信的影響，在實際應用可以選擇驅動能力較強的收發(fā)器，并且保護電路若使用圖1所示保護電路，應選擇低結電容TVS，也可選擇使用如圖8所示的低結電容保護電路。

隔離CAN收發(fā)器RSM485ECHT

? 3.15~3.45VDC

?高速型

? 24mA靜態(tài)電流