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EMC/EMI/ESD设计

正文

原来全是套路!三个经典的RS-485端口EMC防护方案详解

导读: 在实际的工业、电力、自动化及仪器仪表应用中,RS-485总线标准是使用最广泛的物理层总线设计标准之一,由于其会在恶劣电磁环境下工作,为了确保这些数据端口能够在最终安装环境中正常工作,它们必须符合相关的电磁兼容性(EMC)法规。

在实际的工业、电力、自动化及仪器仪表应用中,RS-485总线标准是使用最广泛的物理层总线设计标准之一,由于其会在恶劣电磁环境下工作,为了确保这些数据端口能够在最终安装环境中正常工作,它们必须符合相关的电磁兼容性(EMC)法规。在本文中,世健公司结合优势的代理线ADI( RS-485芯片)、Bourns(在端口EMC防护方面的器件),从原理分析到实测来为大家带来详细的RS485的端口防护分析。

在RS-485端口的EMC设计中,我们需要重点考虑三个因素:静电放电(ESD)、电快速瞬变(EFT)和浪涌(Surge)。国际电工委员会(IEC)规范定义了一组EMC抗扰度要求,这组规范包括以下三种类型的高电压瞬变,设计人员需要确保数据通信线路不受这些瞬变的损害。这三种类型分别是:

· IEC 61000-4-2静电放电(ESD)

· IEC 61000-4-4电快速瞬变(EFT)

· IEC 61000-4-5浪涌抗扰度(Surge)

Excelpoint世健公司技术支持部副总监Angus Zhao说:“RS-485端口的保护方案就是要设法去满足ESD、EFT、Surge这三种规范的要求。所以想要设计出合规的RS-485端口EMC方案,首先就要透彻了解这三个规范。”国内针对IEC标准也有同样的等同标准可以参考,比如在电力及输配电应用中,很多采用了GB/T17626.2 ESD, GB/T17626.4 EFT, GB/T17626.5 Surge的对应标准规范,本文以IEC标准为例说明。

静电放电

静电放电(ESD)是指两个电位不同的带电体之间因为近接触或电场的传导而突然产生静电电荷的传输。其特性是在较短的时间内有较大的电流。IEC 61000-4-2测试的主要目,就是确定系统在工作过程中对系统外部ESD事件的抗扰度。IEC 61000-4-2规定了不同环境状况下的电压测试级别,共分4个级别。1级最轻微,4级最严重。1级和2级适合拥有防静电材料的 受控环境中安装的产品。3级和4级适合情况更严重的环境中安装的产品,这类环境下更常发生带有较高电压的ESD事件。

原来全是套路!三个经典的RS-485端口EMC防护方案详解 

图1:ESD 特性曲线

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图2:IEC 61000-4-2 ESD测试级别和安装类别

电快速瞬变(脉冲群)

电快速瞬变(EFT)测试的是,将大量极快的瞬变脉冲耦合到信号线上,系统与外部开关电路关联的瞬变干扰,这类电路能够以容性方式耦合至通信端口。EFT的缠上包括继电器和开关触点抖动,或者因为感性或容性负载切换而产生的瞬变, 而所有这些在工业环境中都很常见。EC 61000-4-4中定义的 EFT测试,就是去模拟这些事件产生的干扰。

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图3:EFT特性曲线

IEC 61000-4-4规定了不同环境状况下的电压测试级别,分为4级。同时规定了不同测试级别对应的测试电压和脉冲重复速率。

· 1级 表示保护措施很好的环境

· 2级 表示受保护的环境

· 3级 表示典型的工业环境

· 4级 表示恶劣的工业环境

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图4:IEC 61000-4-4 EFT 测试级别

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