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RS-485保護電路結(jié)電容對信號質(zhì)量的影響

發(fā)布時間:2019-07-03 責任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】RS-485總線被廣泛應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境,可能有高等靜電或浪涌干擾,工程師通常會使用氣體放電管和TVS管搭建防護電路,但該電路的結(jié)電容較高,應(yīng)用不當將會影響通訊。本文將為大家介紹一種低結(jié)電容的外圍電路。
 
1 常用RS-485保護電路
 
RS-485保護電路結(jié)電容對信號質(zhì)量的影響
圖1 保護電路1
 
如圖1所示的保護電路,氣體放電管將接口處的大部分浪涌電流泄放,共模電感濾除共模信號的干擾,TVS進一步降低氣體放電管后的殘壓,從而保護后級電路。RSM485ECHT模塊應(yīng)用圖1所示保護電路可以達到接觸靜電±8kV,共模浪涌±4kV,差模浪涌±2kV,滿足大部分工業(yè)現(xiàn)場對RS-485節(jié)點靜電和浪涌等級的要求。
 
圖1所示保護電路雖然保護能力較強,但其結(jié)電容較大,A-RGND或B-RGND結(jié)電容為2.5nF左右,當總線上有較多節(jié)點均使用圖1保護電路進行組網(wǎng)時,總線的電容量較大,信號反射以及信號邊沿趨于平緩使信號質(zhì)量變差,甚至會導(dǎo)致通信異常。
 
2 總線電容導(dǎo)致的信號反射問題
 
當信號在通信線上傳輸,到達RS-485節(jié)點上的保護電路時,保護電路的結(jié)電容使信號受到的瞬時阻抗發(fā)生變化,一部分信號將被反射,另一部分發(fā)生失真并繼續(xù)傳播下去。
 
圖2所示為RSM485ECHT單節(jié)點發(fā)送波形,圖3為RS-485總線接6個保護電路的示意圖,每個節(jié)點之間的距離在30cm左右,使用雙絞線手拉手連接,圖4和圖5分別為在總線上接6個圖1所示電路的波形測試點1和波形測試點6(圖3中標注的位置)的波形,波形的上升/下降時間變長,并且波形測試點1波形變成了臺階形狀。
 
RS-485保護電路結(jié)電容對信號質(zhì)量的影響
圖2 RSM485ECHT單節(jié)點RS-485接口差分波形
 
RS-485保護電路結(jié)電容對信號質(zhì)量的影響
圖3 總線接6個保護電路連接示意圖
 
RS-485保護電路結(jié)電容對信號質(zhì)量的影響
圖4 RSM485ECHT接6個保護電路波形測試點1波形
 
RS-485保護電路結(jié)電容對信號質(zhì)量的影響
圖5 RSM485ECHT接6個保護電路波形測試點6波形
 
RSM485ECHT的RS-485接口驅(qū)動能力較強,如下為使用相同測試條件測試市場上常用的RS-485收發(fā)器芯片測試波形,可以看出其波形已被嚴重干擾,且反射波形已到達RS-485芯片門限電平附近,有可能引起通信異常。因此在實際應(yīng)用中應(yīng)選擇驅(qū)動能力較強的收發(fā)器。
 
RS-485保護電路結(jié)電容對信號質(zhì)量的影響
圖6 某RS-485收發(fā)器接6個保護電路波形測試點1波形
 
RS-485保護電路結(jié)電容對信號質(zhì)量的影響
圖7 某RS-485收發(fā)器接6個保護電路波形測試點6波形
 
3 低結(jié)電容保護電路
 
當通信節(jié)點數(shù)較多,可以使用如圖8所示保護電路,其A-RGND或B-RGND的結(jié)電容僅為20pF,雖然TVS結(jié)電容較大,但普通二極管結(jié)電容非常小,TVS與普通二極管的結(jié)電容為串聯(lián)關(guān)系,因此可以減小保護電路的結(jié)電容。使用圖8進行圖3所示的組網(wǎng),測試點1的波形如圖9所示,測試點6波形如圖10所示,波形基本未發(fā)生變化。
 
RS-485保護電路結(jié)電容對信號質(zhì)量的影響
圖8 保護電路2(低結(jié)電容)
 
RS-485保護電路結(jié)電容對信號質(zhì)量的影響
圖9 RSM485ECHT接6個保護電路2波形測試點1波形
 
RS-485保護電路結(jié)電容對信號質(zhì)量的影響
圖10 RSM485ECHT接6個保護電路2波形測試點6波形
 
4 總結(jié)
 
總線上掛載的保護電路會使信號受到的瞬時阻抗發(fā)生變化,導(dǎo)致信號反射,當總線上的節(jié)點數(shù)較多,總線的電容量較大,會對總線波形造成干擾,影響通信信號質(zhì)量,因此為減小保護電路對總線通信的影響,在實際應(yīng)用可以選擇驅(qū)動能力較強的收發(fā)器,并且保護電路若使用圖1所示保護電路,應(yīng)選擇低結(jié)電容TVS,也可選擇使用如圖8所示的低結(jié)電容保護電路。
 
 本文轉(zhuǎn)載自ZLG立功科技。
 
 
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