帶瞬態(tài)保護(hù)的 RS-485 總線節(jié)點(diǎn) - RS485總線節(jié)點(diǎn)的瞬態(tài)保護(hù)

　　圖 4 顯示了雙向瞬態(tài)電壓抑制器的對(duì)稱電壓-電流 (V-I) 特性。在一些低至切斷電壓 VWM 的低電壓下，瞬態(tài)抑制器帶來(lái)了信號(hào)線的高阻抗，并且僅有數(shù)微安培的器件漏電流。這種狀態(tài)下，數(shù)據(jù)鏈路必定能夠正常運(yùn)行。因此，選擇 TVS 用于 RS-485 鏈路時(shí)，其切斷電壓必須高于最大總線電壓，其中包括 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接地電位差 (GPD) 的 ± 7V，其必然要求 VWM ≥ 12V。

　　在總線電位超出 TVS 擊穿電壓 VBR 的瞬態(tài)事件中，器件變?yōu)閭鲗?dǎo)高電流到接地的低阻抗。但是，它的動(dòng)態(tài)阻抗會(huì)引起器件的壓降，其隨上升電流成比例增加。這種電壓常常表示為可以高達(dá) 35V 的鉗位電壓 Vc，其明顯超出了收發(fā)器總線電位的最大額定值。

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　　圖 4 TVS 二極管的 V-I 特性

　　盡管高 ESD 額定值的收發(fā)器可以應(yīng)對(duì)這種短期過(guò)應(yīng)力，但一些較弱的組件會(huì)受益于浪涌額定電阻，其以串聯(lián)方式切換至收發(fā)器總線終端(請(qǐng)參見圖 3)。10Ω 到 20Ω 典型取值的電阻器可降低鉗位動(dòng)作期間流向收發(fā)器的電流，從而最小化對(duì)其 ESD 單元的影響。

　　除這些危險(xiǎn)的電壓和電流電平以外，現(xiàn)實(shí)世界瞬態(tài)還帶來(lái)大量的寬帶噪聲。例如，ESD 脈沖的噪聲有大約 3 MHz 到 3 GHz 的頻譜。因此，除瞬態(tài)抑制外，我們還建議利用噪聲濾波和高頻布局方法來(lái)確保一個(gè)面對(duì)電磁干擾 (EMI) 時(shí)穩(wěn)健的電路板設(shè)計(jì)。

　　這些建議將幫助您完成這種設(shè)計(jì)。在您的電路設(shè)計(jì)之初就要考慮的瞬態(tài)保護(hù)方案包括：

　　使用一個(gè)四層印刷電路板，其堆疊順序?yàn)椋嚎偩€信號(hào)層、接地層、電源層和控制信號(hào)層。

　　將接地層緊挨總線信號(hào)層放置，以建立阻抗跟蹤控制，并為返回電流提供低電感通路。

　　將 TVS 二極管盡可能地靠近總線連接器放置，以防止瞬態(tài)滲入電路板電路。

　　將旁路電容器 (10nF – 100nF) 盡可能地靠近電路板上的所有 IC 放置。

　　利用多個(gè)過(guò)孔(每個(gè)終端至少 2 個(gè))將瞬態(tài)抑制器和旁路電容與接地層連接。

　　通過(guò)簡(jiǎn)單的 R-C 低通濾波器將 EMI 濾波器應(yīng)用于收發(fā)器的單端側(cè)。

　　請(qǐng)注意，因?yàn)楦哳l電流沿最小電感通路傳導(dǎo)，所以大多數(shù)上述建議都以轉(zhuǎn)移通過(guò)低電感通路的高頻噪聲為目標(biāo)。

　　結(jié)論

　　一些精密的瞬態(tài)抑制器二極管具備對(duì) RS-485 網(wǎng)絡(luò)中所有總線節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行高效保護(hù)的能力。盡管有效的瞬態(tài)保護(hù)會(huì)增加初始設(shè)計(jì)的成本，但其可以防止未來(lái)實(shí)地運(yùn)行故障、網(wǎng)絡(luò)停運(yùn)以及可能出現(xiàn)的產(chǎn)品召回所帶來(lái)的高昂費(fèi)用。