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摘要：在板卡設計中，共模電感也是起濾波的作用，用于抑制高速信號線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。
RS-485是針對UART串口的一種接口標準，它定義了串行通信系統(tǒng)中發(fā)送器和接收器的一系列電氣特性。相比于RS-232，RS-485標準的通信系統(tǒng)抗干擾能力較強，可實現(xiàn)長距離數(shù)據(jù)傳輸，同時支持多個收發(fā)器連接到同一個通信網(wǎng)絡中。因此，RS-485在工業(yè)控制領域以及有類似需求的系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。
由于RS-485為半雙工通信方式，需要通過使能信號來控制發(fā)送和接收過程。在下圖中，電平轉換芯片SP3485的2號引腳為低電平接收使能，3號引腳為高電平發(fā)送使能。在這里我們將兩個引腳連接在一起，只需要通過一個信號RS485_DE即可控制收發(fā)過程：當RS485_DE為高電平時，SP3485 處于發(fā)送過程；當RS485_DE為低電平時，SP3485處于接收過程。
注：485 總線通常使用特性阻抗為120Ω的雙絞線，因此在485總線的首尾兩端增加120Ω終端電阻來避免信號反射問題。
為什么需要加上下拉電阻？
根據(jù) RS-485 標準，當485總線差分電壓大于+200mV時，485收發(fā)器輸出高電平；當 485 總線差分電壓小于-200mV 時，485 收發(fā)器輸出低電平；當 485總線上的電壓在-200mV～+200mV 時，485 收發(fā)器可能輸出高電平也可能輸出低電平，但一般總處于一種電平狀態(tài)，若 485 收發(fā)器的輸出低電平，這對于 UART通信來說是一個起始位，此時通信會不正常。
當 485 總線處于開路（485 收發(fā)器與總線斷開）或者空閑狀態(tài)（485 收發(fā)器全部處于接收狀態(tài)，總線沒有收發(fā)器進行驅動）時，485 總線的差分電壓基本為0，此時總線就處于一個不確定的狀態(tài)。同時由于目前 485 芯片為了提高總線上的節(jié)點數(shù)，輸入阻抗設計的比較高，例如輸入阻抗為 1/4 單位阻抗或者 1/8 單位阻抗(單位阻抗為 12kΩ，1/4 單位阻抗為 48kΩ)，在管腳懸空時容易受到電磁干擾。因此為了防止485總線出現(xiàn)上述情況，通常在485總線上增加上下拉電阻（通常A接上拉電阻，B總線下拉電阻）。若使用隔離 RS-485 收發(fā)模塊（例如RSM485PCHT），由于模塊內部具有上下拉電阻（對于 RSM485PCHT，內部
上下拉電阻為 24kΩ）,因此在模塊外部一般不需要增加上下拉電阻。
參考原理圖：RSM3485ECHT
參考原理圖：RS485接口6KV防雷電路設計方案
參考EMC設計：
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。
（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；
共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于電腦的開關電源中過濾共模的電磁干擾信號。在板卡設計中，共模電感也是起EMI濾波的作用，用于抑制高速信號線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。
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，差模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；
熱敏電阻器的電阻值是隨外界溫度而變化的。它的文字符號是“RT”。
熱敏電阻簡介：熱敏電阻是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）。熱敏電阻的典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導體器件。
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；
TSS半導體放電管是屬于固體放電管，是一種開關型的浪涌過壓保護器件！它的工作原理類似于晶閘管，依靠PN結的擊穿電流觸發(fā)器件導通放電，導通一定的時間后呈低阻狀態(tài)，從而可以流過很大的浪涌電流或脈沖電流；當浪涌脈沖過后，電壓要低于它的斷流電壓才能恢復到開路狀態(tài)。
3.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。
1. RS485接口電路布局
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
方案特點：
（1）為了抑制內部單板噪聲通過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，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?！胺值亍保梢苑乐共幌嗳蓦娐返幕亓餍盘柕寞B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。
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