通信链路与电子护栏：有关RS-485EMC稳定性的演示

IEC 61000规范定义了一组EMC抗扰度要求，适用于在住宅、商业和轻工业环境中使用的电气和电子设备。这组规范包括以下三种类型的高电压瞬变，设计人员必须确保数据通信线路不受它们损害：

• IEC 61000-4-2静电放电（ESD）
• IEC 61000-4-4电快速瞬变（EFT）
• IEC 61000-4-5电涌耐受

所有这些规范都定义了测试方法，用以评估设备对指定现象的耐受性。值得注意的是，ESD和单个EFT脉冲具有类似的波形特征，因而具有相似的能级。但是，电涌脉冲的能级比ESD和EFT脉冲高三至四个数量级，因而它是三者中破坏性最强的一个。由于ESD和EFT之间的相似性，相应的电路保护设计也很相似，但是由于电涌的能量大，因此必须采取不同的处理方式。在开发保护电路时，如果既要保持成本效益，又要提高数据端口针对这三种瞬变的抗扰度，这就是主要问题之一。

RS-485瞬变抑制网络

就特性而言，EMC瞬态事件在时间上会有变化，因此保护元件必须具有动态性能，而且其动态特性需要与受保护器件的输入/输出极相匹配，这样才能实现成功的EMC设计。器件数据手册一般只包含直流数据，由于动态击穿和I/V特性可能与直流值存在很大差异，因此这些数据没有太多价值。必须进行精心设计并确定特性，了解受保护器件的输入/输出级的动态性能，并且使用保护元件，才能确保电路达到EMC标准。

ADI公司和Bourns，Inc.携手合作，共同开发了业界首个EMC兼容RS-485接口设计工具，提供针对IEC 61000-4-2 ESD、IEC 61000-4-4 EFT和IEC 61000-4-5电涌的四级保护，从而扩展面向系统的解决方案组合。这款工具根据所需保护级别和可用预算为设计人员提供相应的设计选项。借助这些设计工具，工程师可在设计周期之初考虑EMC问题，从而降低该问题导致的项目延误风险。

图4. 三个EMC兼容ADM3485E电路

（原理示意图，未显示所有连接）

图4所示电路显示了三种不同的完整特性EMC兼容解决方案。每个解决方案都经过独立外部EMC兼容性测试公司的认证，各方案使用精选的Bourns外部电路保护元件，针对ADI公司具有增强ESD保护性能的ADM3485E 3.3 V RS-485收发器提供不同的成本/保护级别。所用的Bourns外部电路保护元件包括瞬变电压抑制器（CDSOT23-SM712）、瞬变闭锁单元（TBU-CA065-200-WH）、晶闸管电涌保护器（TISP4240M3BJR-S）和气体放电管（2038-15-SM-RPLF）。

每个解决方案都经过特性测试，确保保护元件的动态I/V性能可以保护ADM3485E RS-485总线引脚的动态I/V特性。ADM3485E的输入/输出级之间的交互，配合外部保护元件，共同防止受到瞬态事件的损害。三个不同电路提供的保护级别如表1所示。

表1. 三种ADM3485E EMC兼容解决方案

结论

使用EVAL-CN0313-SDPZ提供的解决方案，能够有效保护RS-485接口免受真实世界的高压瞬态影响。将机器人控制网络暴露在电子护栏能源机的电荷下可提供稳定的电路板演示性能。在设计面向RS-485网络的EMC兼容解决方案时，主要难题是让外部保护元件的动态性能与RS-485器件输入/输出结构的动态性能相匹配。本文介绍了适用于RS-485通信端口的三种不同EMC兼容解决方案，设计人员可按照所需的保护级别选择保护方案。EVAL-CN0313-SDPZ是业界首个EMC兼容RS-485客户设计工具，针对ESD、EFT和电涌提供最高四级保护（包括四级）。虽然这些设计工具不能取代所需的系统级严格评估和专业资质，但能够让设计人员在设计周期早期降低由于EMC问题导致的项目延误风险，从而缩短产品设计时间和上市时间。

作者：James Scanlon和Conal Watterson，ADI公司