【圖】RS-422與RS-485接口保護設計
(2023/5/4 18:00:00)
RS-422與RS-485接口保護設計
RS-422與RS-485接口保護設計
RS-422與RS-485標準都規定了接收器門限為±200mV。這樣規定能夠提供比較高的噪 聲抑制能力，當接收器A電平比B電平高+200mV以上時，輸出為正邏輯，反之，則輸出為負邏輯。
但由于第三態的存在，即在主機在發端發完一個信息數據后，將總線置于第三態，即總線空閑時 沒有任何信號驅動總線，使AB之間的電壓在-200～+200mV直至趨于0V，這帶來了一個問題，就是接收器輸出狀態不確定。
如果接收機的輸出為0V，網絡中從機將把其解釋為一個新的啟動位，并試圖讀取后續字節，由于永遠不會有停止位， 產生一個幀錯誤結果，不再有設備請求總線，網絡陷于癱瘓狀態。
除上述所述的總線空閑會造成兩線電壓差低于200mV的情況外，開路或短路時也會 出現這種情況，故應采取一定的措施避免接收器處于不確定狀態。
通常是在總線上加偏置，當總線空閑或開路時，利用偏置電阻將總線偏置在一個確定的狀態(差 分電壓≥-200mV)。如圖17。
將A上拉到地，B下拉到5V，電阻的典型值是1kΩ，具體數值隨電纜的電容變化而變化。
上述方法是比較經典的方法，但它仍然不能解決總線短路時的問題，有些廠家將接收門限移到 -200mV/-50mV，可解決這個問題。
例如Maxim公司的MAX3080系列RS-485接口，不僅省去了外部偏置電阻，而且解決了總線短路情況下 的失效保護問題。
下圖是MAX3080引腳圖
RS-422與RS-485的瞬態保護
前文提到的信號接地措施，只對低頻率的共模干擾有保護作用，對于頻率很高的瞬態干擾就無能為力了。由于傳 輸線對高頻信號而言就是相當于電感，因此對于高頻瞬態干擾，接地線實際等同于開路。這樣的瞬態干擾雖然持續時間短暫，但可能會有成百上千伏的電 壓。
實際應用環境下還是存在高頻瞬態干擾的可能。一般在切換大功率感性負載如電機、變壓器、繼電器等 或閃電過程中都會產生幅度很高的瞬態干擾，如果不加以適當防護就會損壞RS-422或RS-485通信接口。對于這種瞬態干擾可以采用隔 離或旁路的方法加以防護。
1) 隔離保護方法
這種方案實際上將瞬態高壓轉移到隔離接口中的電隔離層上，由于隔離層的高絕緣電阻，不會產生損害性的浪涌電流， 起到保護接口的作用。
通常采用高頻變壓器、光耦等元件實現接口的電氣隔離，已有器件廠商將所有這些元件 集成在一片IC中，使用起來非常簡便，如Maxim公司的MAX1480/MAX1490，隔離電壓可達2500V。這種方案的優點是可以承受高電壓、持 續時間較長的瞬態干擾，實現起來也比較容易，缺點是成本較高。
2) 旁路保護方法
這種方案利用瞬態抑制元件(如TVS、MOV、氣體放電管等)將危害性的瞬態能量旁路到大地，優點是成本較低， 缺點是保護能力有限，只能保護一定能量以內的瞬態干擾，持續時間不能很長，而且需要有一條良好的連接大地的通道，實現起來比較困難。
實際應用中是將上述兩種方案結合起來靈活加以運用，如圖18。
在這種方法中，隔離接口對大幅度瞬態干擾進行隔離，旁路元件則保護隔離接口不被過高的瞬態 電壓擊穿。
RS-422與RS-485接口保護設計
RS-422與RS-485標準都規定了接收器門限為±200mV。這樣規定能夠提供比較高的噪 聲抑制能力，當接收器A電平比B電平高+200mV以上時，輸出為正邏輯，反之，則輸出為負邏輯。
但由于第三態的存在，即在主機在發端發完一個信息數據后，將總線置于第三態，即總線空閑時 沒有任何信號驅動總線，使AB之間的電壓在-200～+200mV直至趨于0V，這帶來了一個問題，就是接收器輸出狀態不確定。
如果接收機的輸出為0V，網絡中從機將把其解釋為一個新的啟動位，并試圖讀取后續字節，由于永遠不會有停止位， 產生一個幀錯誤結果，不再有設備請求總線，網絡陷于癱瘓狀態。
除上述所述的總線空閑會造成兩線電壓差低于200mV的情況外，開路或短路時也會 出現這種情況，故應采取一定的措施避免接收器處于不確定狀態。
通常是在總線上加偏置，當總線空閑或開路時，利用偏置電阻將總線偏置在一個確定的狀態(差 分電壓≥-200mV)。如圖17。
將A上拉到地，B下拉到5V，電阻的典型值是1kΩ，具體數值隨電纜的電容變化而變化。
上述方法是比較經典的方法，但它仍然不能解決總線短路時的問題，有些廠家將接收門限移到 -200mV/-50mV，可解決這個問題。
例如Maxim公司的MAX3080系列RS-485接口，不僅省去了外部偏置電阻，而且解決了總線短路情況下 的失效保護問題。
下圖是MAX3080引腳圖
RS-422與RS-485的瞬態保護
前文提到的信號接地措施，只對低頻率的共模干擾有保護作用，對于頻率很高的瞬態干擾就無能為力了。由于傳 輸線對高頻信號而言就是相當于電感，因此對于高頻瞬態干擾，接地線實際等同于開路。這樣的瞬態干擾雖然持續時間短暫，但可能會有成百上千伏的電 壓。
實際應用環境下還是存在高頻瞬態干擾的可能。一般在切換大功率感性負載如電機、變壓器、繼電器等 或閃電過程中都會產生幅度很高的瞬態干擾，如果不加以適當防護就會損壞RS-422或RS-485通信接口。對于這種瞬態干擾可以采用隔 離或旁路的方法加以防護。
1) 隔離保護方法
這種方案實際上將瞬態高壓轉移到隔離接口中的電隔離層上，由于隔離層的高絕緣電阻，不會產生損害性的浪涌電流， 起到保護接口的作用。
通常采用高頻變壓器、光耦等元件實現接口的電氣隔離，已有器件廠商將所有這些元件 集成在一片IC中，使用起來非常簡便，如Maxim公司的MAX1480/MAX1490，隔離電壓可達2500V。這種方案的優點是可以承受高電壓、持 續時間較長的瞬態干擾，實現起來也比較容易，缺點是成本較高。
2) 旁路保護方法
這種方案利用瞬態抑制元件(如TVS、MOV、氣體放電管等)將危害性的瞬態能量旁路到大地，優點是成本較低， 缺點是保護能力有限，只能保護一定能量以內的瞬態干擾，持續時間不能很長，而且需要有一條良好的連接大地的通道，實現起來比較困難。
實際應用中是將上述兩種方案結合起來靈活加以運用，如圖18。
在這種方法中，隔離接口對大幅度瞬態干擾進行隔離，旁路元件則保護隔離接口不被過高的瞬態 電壓擊穿。
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