电磁兼容EMC测试RS485接口的电路设计

电磁兼容EMC测试中，RS485接口的电路设计方案汇总。

1.RS485端口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他设备之间的通信，在产品应用中，其多线和电源.功率信号等混合在一起，存在EMC隐患。本方案从EMC测试原则上，设计了相关的抑制干扰和抗敏感性，从设计层面解决电磁兼容测试问题。

2.电路EMC设计说明：

(1)电路滤波设计要点:

L1为共模电感，可抑制单板内外干扰，提高产品的抗干扰能力，减少429信号线对外辐射，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，为干扰提供低阻抗回流路径，可有效降低外部共模电流，同时过滤外部干扰；电容值选择范围为22PF~1000pF，典型值选取100pF；如果信号线对金属外壳有绝缘耐压要求，则需要考虑差分线对地两个滤波电容的耐压性；

当电路上有多个节点时，应考虑降低或去除滤波电容值。C3是接口地与数字地之间的跨接电容，典型值为1万pF，C3容值可根据测试情况进行调整；

(2)电路防雷设计要点：

在EMC测试中，为了达到IEC61000-4-5或GB17626.5标准，共模6KV，差模2KV防雷试验要求，D四是三端气体放电管形成一级保护电路，抑制线路上的共模和差模浪涌干扰，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185999W；

PTC1.PTC2为热敏电阻形成二次保护电路，典型值为10Ω/2W；

为了保证气体放电管的顺利导通，必须增加该电阻进行分压，以确保大部分能量通过气体放电管消除；

D1~D3为TSS管(半导体放电管)形成第三级防护电路，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114444W；

3.接口电路设计接地注：

如果设备是金属外壳，单板可以独立划分接口地面，则金属外壳与接口地面直接电气连接，单板地面与接口地面通过1万pF电容相连；

如果设备为非金属外壳，则接口接地PGND与单板数字地GND直接电气连接。

PCB电路板的设计布局：

     1.RS485接口电路布局

图1  RS485接口滤波及防护电路布局

方案特点：

（1）保护器件和滤波器件应放置在接口附近，要求紧凑整齐。根据先保护后滤波的规则，尽量避免线路曲折；

（2）共模电感和跨接电容应放置在隔离带中。

方案分析：

（1）接口及接口滤波保护电路周围不能接线，不能放置高速或敏感器件；

（2）隔离带下的投影层应清空，禁止接线。

2.RS485接口电路分离设计：

图2.RS485接口电路分地设计布局

方案特点：

(1)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RS在485接口处增加滤波器件进行抑制，以滤波器件的位置为界，划分出接口地；

(2)隔离带可选择性地增加电容作为两地之间的连接，电容C4.C5取值建议为1000pF，在线串联共模电感CM与电容波与接口地并联GDT和TVS管道保护；所有保护装置放置在接口附近，共模电感CM放置在隔离带内，具体布局如图所示。

方案分析：

（1）当接口与单板之间存在相容性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进行处理.分别设置电平信号和传输速率。“分地”，可防止不相容电路回流信号叠加，防止公共地线阻抗耦合；

（2）“分地”这种现象会导致回流信号跨越隔离带时阻抗增大，从而导致很大EMC测试风险，因此，隔离带间通过电容器为信号提供回流路径。

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编辑：黄飞