485接口EMC电路设计

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一、原理图

01 RS485接口6KV防雷电路设计方案


接口电路设计概述:

RS485用于设 备与计算机或其它设备之间通讯,在产品 应用中其走线多与电源、功率信 号等混合在一起,存在EMC隐患。

本方案从EMC原理上,进行了 相关的抑制干扰和抗敏感度的设计,从设计层次解决EMC问题。

02 电路EMC设计说明:

电路滤波设计要点:

L1为共模电感,共模电 感能够对衰减共模干扰,对单板 内部的干扰以及外部的干扰都能抑制,能提高 产品的抗干扰能力。

同时也能减小通过429信号线对外的辐射,共模电 感阻抗选择范围为120Ω/100MHz ~2200Ω/100MHz,典型值选取1000Ω/100MHz。

C1、C2为滤波电容,给干扰 提供低阻抗的回流路径,能有效 减小对外的共模电流以同时对外界干扰能够滤波。

电容容值选取范围为22PF~1000pF,典型值选取100pF;若信号 线对金属外壳有绝缘耐压要求,那么差 分线对地的两个滤波电容需要考虑耐压。

当电路 上有多个节点时要考虑降低或去掉滤波电容的值。C3为接口 地和数字地之间的跨接电容,典型取值为1000pF, C3容值可 根据测试情况进行调整。

电路防雷设计要点:

为了达到IEC61000-4-5或GB17626.5标准,共模6KV,差模2KV的防雷测试要求,D4为三端 气体放电管组成第一级防护电路,用于抑 制线路上的共模以及差模浪涌干扰,防止干 扰通过信号线影响下一级电路。

气体放电管标称电压VBRW要求大于13V,峰值电流IPP要求大于等于143A。

峰值功率WPP要求大于等于1859W。

PTC1、PTC2为热敏 电阻组成第二级防护电路,典型取值为10Ω/2W。

为保证 气体放电管能顺利的导通,泄放大 能量必须增加此电阻进行分压,确保大 部分能量通过气体放电管走掉。

D1~D3为TSS管(半导体放电管)组成第三级防护电路,TSS管标称电压VBRW要求大于8V,峰值电流IPP要求大于等于143A;峰值功率WPP要求大于等于1144W。

03 接口电路设计备注:

如果设备为金属外壳,同时单 板可以独立的划分出接口地,那么金 属外壳与接口地直接电气连接,且单板 地与接口地通过1000pF电容相连。

如果设 备为非金属外壳,那么接口地PGND与单板数字地GND直接电气连接。

二、PCB设计

01 RS485接口电路布局


方案特点:

(1) 防护器 件及滤波器件要靠近接口位置处摆放且要求摆放紧凑整齐,按照先 防护后滤波的规则,走线时 要尽量避免走线曲折的情况。

(2) 共模电 感与跨接电容要置于隔离带中。

方案分析:

(1) 接口及 接口滤波防护电路周边不能走线且不能放置高速或敏感的器件。

(2) 隔离带 下面投影层要做掏空处理,禁止走线。

02 RS485接口电路分地设计


方案特点:

(1) 为了抑 制内部单板噪声通过RS485接口向外传导辐射,也为了 增强单板对外部干扰的抗扰能力,在RS485接口处 增加滤波器件进行抑制,以滤波 器件位置大小为界,划分出接口地;

(2) 隔离带 中可以选择性的增加电容作为两者地之间的连接,电容C4、C5取值建议为1000pF,信号线 上串联共模电感CM与电容滤波,并与接口地并联GDT和TVS管进行防护;且所有 防护器件都靠近接口放置,共模电感CM置于隔离带内,具体布局如图示。

方案分析:

(1) 当接口 与单板存在相容性较差或不相容的电路时,需要在 接口与单板之间进行“分地”处理,即根据 不同的端口电压、电平信 号和传输速率来分别设置地线。“分地”,可以防 止不相容电路的回流信号的叠加,防止公 共地线阻抗耦合;

(2) “分地”现象会 导致回流信号跨越隔离带时阻抗变大,从而引起极大的EMC风险,因此在 隔离带间通过电容来给信号提供回流路径。









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