rs485电路设计详解(RS485电路)

摘要:在板卡设计中，共模扼流圈还起到滤波的作用，用来抑制高速信号线发出的电磁辐射。

RS485电路设计一:简介二:原理图设计三:电路EMC设计四:PCB设计

简介RS-485是UART串口的接口标准，定义了串行通信系统中发送器和接收器的一系列电气特性。与RS-232相比，RS-485标准的通信系统具有更强的抗干扰能力，可以实现远距离数据传输，支持多个收发器连接到同一个通信网络。因此，RS-485在工业控制领域和有类似要求的系统中得到了广泛应用。

二:原理图设计由于RS-485是半双工通信方式，需要通过使能信号来控制发送和接收过程。下图中，电平转换芯片SP3485的引脚2使能低电平接收，引脚3使能高电平传输。这里我们把两个管脚连在一起，只需要一个信号RS485_DE来控制发送和接收过程:RS485_DE为高时，SP3485处于发送过程；当RS485_DE为低电平时，SP3485处于接收过程。

注意:485总线通常使用特性阻抗为120ω的双绞线，所以在485总线的始端和末端加120ω的终端电阻，避免信号反射。为什么我需要增加一个下拉电阻？根据RS-485标准，当485总线差分电压大于+200mV时，485收发器输出高电平；当485总线的差分电压小于-200mV时，485收发器输出低电平；当485总线上的电压在-200mv和+200mv之间时，485收发器可能输出高电平或低电平，但它始终处于电平状态。如果485收发器的输出为低，则是UART通信的起始位，此时通信会异常。当485总线开路(485收发器与总线断开)或空闲(所有485收发器都处于接收状态，总线不被收发器驱动)时，485总线的差分电压基本为0，此时总线处于不确定状态。同时，为了增加总线上的节点数，485芯片的输入阻抗被设计得比较高，比如输入阻抗为1/4单位阻抗或者1/8单位阻抗(单位阻抗为12kΩ，1/4单位阻抗为48kΩ)，所以引脚悬空时容易受到电磁干扰。所以为了防止485总线上出现上述情况，通常会在485总线上增加上拉电阻(通常是连接a上拉电阻，连接b总线下拉电阻)。如果使用隔离式RS-485收发器模块(例如RSM485PCHT)，模块内部有一个上拉电阻(对于RSM485PCHT，内部上拉电阻为24kΩ)，因此一般不需要在模块外部增加上拉电阻。

参考原理图:RSM3485ECHT参考原理图:RS485接口6KV防雷电路设计方案参考EMC设计:

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，其布线多与电源和电源信号混在一起，存在EMC隐患。该方案基于电磁兼容原理，进行了相关的干扰抑制和抗敏感设计，从设计层面解决了电磁兼容问题。

三:电路的EMC设计(1)电路滤波设计要点:L1为共模扼流圈，共模扼流圈可以抑制单板的共模干扰、内部干扰和外部干扰的衰减，可以提高产品的抗干扰能力，减少通过429信号线的外部辐射。共模扼流圈阻抗选择范围为120ω/100 MHz ~ 2200ω/100 MHz，典型值为1000ω/100 MHz；

共模扼流圈又称共模扼流圈，常用于过滤计算机开关电源中的共模电磁干扰信号。在板卡设计中，共模扼流圈还起到了EMI滤波的作用，用来抑制高速信号线发出的电磁波。

C1和C2是滤波电容，为干扰提供低阻抗的返回路径，可以有效降低外部共模电流，同时过滤外部干扰；电容值的选择范围为22PF~1000pF，典型值为100 pf；。如果信号线对金属外壳有绝缘和耐压要求，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，我们应该考虑减小或去除滤波电容的值。C3是接口地和数字地之间的跳线电容，典型值为1000pF，C3的电容可以根据测试情况进行调整；(2)电路防雷设计要点:D4为满足IEC61000-4-5或GB17626.5标准、6KV共模和2KV差模的防雷测试要求，采用三端气体放电管组成的一级保护电路，用于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；气体放电管的标称电压VBRW要求大于13V，峰值电流IPP要求大于等于143A；要求峰值功率WPP大于或等于1859 W；PTC1和PTC2为热敏电阻，构成第二级保护电路，典型值为10ω/2W；；为了保证气体放电管的顺利导通，需要增加这个电阻来分压，以保证大部分能量通过气体放电管走掉；

热敏电阻的阻值随外界温度而变化。它的字面符号是“RT”。热敏电阻简介:热敏电阻是一种敏感元件，根据温度系数的不同分为正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。热敏电阻的典型特点是对温度敏感，在不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻(PTC)在较高温度下阻值较高，负温度系数热敏电阻(NTC)在较高温度下阻值较低，属于半导体器件。

D1~D3是由TSS管(半导体放电管)组成的第三级保护电路。TSS管的标称电压VBRW要求大于8V，峰值电流IPP要求大于等于143A。要求峰值功率WPP大于或等于1144 W；

TSS半导体放电管属于固体放电管，是一种开关浪涌过电压保护器件！其工作原理类似于晶闸管，依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电，导通一定时间后处于低阻状态，从而可以流过大的浪涌电流或脉冲电流；当浪涌脉冲通过时，电压必须低于其截止电压，才能恢复到开路状态。3.接口电路设计备注:如果设备是金属外壳，接口地可以被单板独立分割，那么金属外壳直接与接口地电连接，单板地通过1000pF电容与接口地连接；如果设备是非金属外壳，接口的PGND直接与单板数字地的GND电连接。

四:PCB设计1。RS485接口电路布局。

方案特点:(1)保护装置和滤波装置应靠近接口放置，紧凑整齐。按照先保护后滤波的规则，尽量避免缠绕的情况；(2)共模扼流圈和跨接电容应放置在隔离带内。方案分析:(1)接口和接口滤波保护电路不能布线，不能放置高速或敏感器件；(2)隔离带以下的投影层应挖空，禁止布线。2.RS485接口电路的设计特点是:(1)为了抑制内部单板噪声通过RS485接口向外辐射，增强单板对外部干扰的抗干扰能力，在RS485接口处增加一个滤波器进行抑制，以滤波器的位置划分接口地；(2)可以在隔离带中选择性地增加电容作为两地之间的连接，电容C4和C5的推荐值为1000pF。共模扼流圈CM和电容滤波器串联在信号线上，GDT和TVS管与接口地并联保护；并且所有保护器件都靠近接口放置，共模扼流圈CM放在隔离带内。具体布局如图所示。方案分析:(1)当接口和单板之间存在兼容性差或不兼容的电路时，需要在接口和单板之间进行“分地”，即根据不同的端口电压、电平信号和传输速率设置地线。“分”可以防止不兼容电路的返回信号叠加和共地的阻抗耦合；(2)“分地”现象会导致返回信号在穿越隔离区时阻抗增大，从而造成很大的EMC风险。因此，隔离区之间使用一个电容来为信号提供返回路径。

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