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RS-485保护电路结电容对信号质量的影响
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' i5 Z& ^2 W% B* q) qRS-485总线在工业现场被广泛应用，现场可能存在高等级的静电或浪涌，工程师通常会使用气体放电管和TVS管搭建防护电路，但该电路的结电容较高，应用不当将会影响总线通讯。本文将为大家介绍一种低结电容的外围电路。 & }" R2 e O* W4 |: n
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5 ^. w4 U9 C M ^1、常用RS-485保护电路
! ]) y) I2 D+ ^气体放电管将接口处的大部分浪涌电流泄放，共模电感滤除共模信号的干扰，TVS进一步降低气体放电管后的残压，从而保护后级电路。RSM485ECHT模块应用图 1所示保护电路可以达到接触静电±8kV，共模浪涌±4kV，差模浪涌±2kV，满足大部分工业现场对RS-485节点静电和浪涌等级的要求。6 b0 z$ u: z5 G$ l3 K' [
保护电路虽然保护能力较强，但其结电容较大， A-RGND或B-RGND结电容为2.5nF左右，当总线上有较多节点均使用图 1保护电路进行组网时，总线的电容量较大，信号反射以及信号边沿趋于平缓使信号质量变差，甚至会导致通信异常。 2、总线电容导致的信号反射问题 当信号在通信线上传输，到达RS-485节点上的保护电路时，保护电路的结电容使信号受到的瞬时阻抗发生变化，一部分信号将被反射，另一部分发生失真并继续传播下去。 图 1所示为RSM485ECHT单节点发送波形，图 2为RS-485总线接6个保护电路的示意图，每个节点之间的距离在30cm左右，使用双绞线手拉手连接，图 3和图 4分别为在总线上接6个电路的波形测试点1和波形测试点6(图 2中标注的位置)的波形，波形的上升/下降时间变长，并且波形测试点1波形变成了台阶形状。
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) h# c& W' c& y+ L9 K' ?: A8 s图 1RSM485ECHT单节点RS-485接口差分波形
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& ~* v9 L v8 P( w, A9 C& g& ^图 2总线接6个保护电路连接示意图 * y2 s" q+ N f: e. u
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图 3RSM485ECHT接6个保护电路波形测试点1波形
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图 4 RSM485ECHT接6个保护电路波形测试点6波形 RSM485ECHT的RS-485接口驱动能力较强，如下为使用相同测试条件测试市场上常用的RS-485收发器芯片测试波形，可以看出其波形已被严重干扰，且反射波形已到达RS-485芯片门限电平附近，有可能引起通信异常。因此在实际应用中应选择驱动能力较强的收发器。 + u2 V* J4 N) h: J
, u/ f# M, D) R/ U图 5 某RS-485收发器接6个保护电路波形测试点1波形 0 N& U/ [* `. i9 `/ h3 b" }9 O) j
( T, G/ n; b! F+ L图 6某RS-485收发器接6个保护电路波形测试点6波形 3、低结电容保护电路 当通信节点数较多，可以使用如图 7所示保护电路，其A-RGND或B-RGND的结电容仅为20pF，虽然TVS结电容较大，但普通二极管结电容非常小，TVS与普通二极管的结电容为串联关系，因此可以减小保护电路的结电容。使用图 7进行图 2所示的组网，测试点1的波形如图 8所示，测试点6波形如图 9所示，波形基本未发生变化。 " {3 P; h/ C* d# P* c
7 g; J/ m* \" I. V图 7 保护电路2(低结电容)
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图 8 RSM485ECHT接6个保护电路2波形测试点1波形
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图 9 RSM485ECHT接6个保护电路2波形测试点6波形 4、总结 总线上挂载的保护电路会使信号受到的瞬时阻抗发生变化，导致信号反射，当总线上的节点数较多，总线的电容量较大，会对总线波形造成干扰，影响通信信号质量，因此为减小保护电路对总线通信的影响，在实际应用可以选择驱动能力较强的收发器，并且保护电路若使用图 1所示保护电路，应选择低结电容TVS，也可选择使用如图 7所示的低结电容保护电路。 ! K5 V/ Y, B+ i+ C: Q; H+ m' A
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发表于 2019-8-12 13:36
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