一、RS-485芯片抑制EMC電磁干擾的基本原理

RS-485總線是一種常見的串行總線標準，采用平衡發送與差分接收的方式，具有抑制共模干擾的能力，同時通信距離較長，可以多節點通信。這種總線廣泛應用于工業控制、儀器、儀表、多媒體網絡、機電一體化產品等領域。然而，在實際應用中，RS-485接口芯片可能會受到來自電源、環境或其他信號線的電磁干擾，導致通信不穩定或失效。因此，抑制EMC電磁干擾是確保RS-485總線穩定運行的關鍵。

二、主控芯片型號及其在設計中的作用

在RS-485抑制EMC電磁干擾的設計中，主控芯片的選擇至關重要。以下是一些常見的主控芯片型號及其在設計中的作用：

1. MAX485E

• 作用：MAX485E是一款常用的RS-485收發器芯片，具有抗靜電沖擊的能力。它能夠在傳輸線上產生過多的高頻分量時，有效地扼制干擾的產生。

• 特點：支持差分輸入/輸出，具有限斜率驅動器設計，可以減少傳輸線上的高頻分量，從而降低電磁干擾。

2. SN75LBC184

• 作用：SN75LBC184不僅具有抗雷電沖擊的能力，還能承受高達8kV的靜電放電沖擊。這使得它在戶外或易受雷電干擾的環境中表現出色。

• 特點：具有故障保護功能，能夠在檢測到異常情況時自動關閉輸出，以保護電路不受損壞。

3. MAX487

• 作用：MAX487同樣是一款具有限斜率驅動器的RS-485收發器芯片，能夠有效地減少傳輸線上的高頻分量。

• 特點：與MAX485E類似，但可能在某些性能指標上有所不同，如功耗、速度等。

4. ADM3061EARZ

• 作用：ADM3061EARZ是一款半工RS-485收發器芯片，支持多個接收器和發射器在同一個信號回路上工作，但每次只能有一個發射器工作。

• 特點：具有RE（接收器使能）和DE（發射器使能）引腳，可以通過控制這些引腳來實現收發器的切換。此外，它還具有高輸入阻抗，可以驅動多個負載。

5. ZLG SM4500/SM4510/SM4500H/SM4510H

• 作用：ZLG致遠電子推出的SM系列全隔離RS-485收發芯片集成了電源隔離、RS-485收發電路和信號隔離電路，適用于需要高隔離度和抗干擾能力的場合。

• 特點：采用DFN封裝，體積小、功耗低。具有完整的RS-485總線隔離電路，可以有效地隔離外部干擾，提高通信穩定性。

三、具體設計方案

1. 電路布局與元件選擇

• 電路布局：

• 防護器件及濾波器件要靠近接口位置處擺放，且要求擺放緊湊整齊。

• 按照先防護后濾波的規則進行布局，走線時要盡量避免走線曲折。

• 共模電感與跨接電容要置于隔離帶中，以隔離內部噪聲和外部干擾。

• 元件選擇：

• 共模電感：選擇阻抗范圍為120Ω/100MHz ~ 2200Ω/100MHz的共模電感，典型值選取1000Ω/100MHz。共模電感能夠衰減共模干擾，提高產品的抗干擾能力。

• 濾波電容：選擇容值范圍為22pF ~ 1000pF的濾波電容，典型值選取100pF。濾波電容為干擾提供低阻抗的回流路徑，減小對外的共模電流。

• 跨接電容：在接口地和數字地之間連接跨接電容，典型取值為1000pF。跨接電容可以進一步減小共模干擾。

2. 防雷設計

• 第一級防護：使用三端氣體放電管組成第一級防護電路，用于抑制線路上的共模以及差模浪涌干擾。氣體放電管的標稱電壓VBRW要求大于13V，峰值電流IPP要求大于等于143A，峰值功率WPP要求大于等于1859W。

• 第二級防護：使用熱敏電阻組成第二級防護電路，典型取值為10Ω/2W。熱敏電阻用于分壓，確保大部分能量通過氣體放電管泄放。

• 第三級防護：使用TSS管（半導體放電管）組成第三級防護電路。TSS管的標稱電壓VBRW要求大于8V，峰值電流IPP要求大于等于143A，峰值功率WPP要求大于等于1144W。

3. 信號隔離與濾波

• 信號隔離：使用全隔離RS-485收發芯片（如ZLG SM4500/SM4510/SM4500H/SM4510H）來實現信號隔離。這些芯片內部集成了完整的RS-485總線隔離電路，可以有效地隔離外部干擾。

• 濾波：在信號線上串聯共模電感與濾波電容，進一步抑制干擾信號。同時，可以在接口地與數字地之間連接跨接電容，以減小共模干擾。

4. 接地設計

• 接口地與數字地：如果設備為金屬外殼且單板可以獨立劃分出接口地，則金屬外殼與接口地直接電氣連接，單板地與接口地通過1000pF電容相連。如果設備為非金屬外殼，則接口地PGND與單板數字地GND直接電氣連接。

• 分地處理：當接口與單板存在相容性較差或不相容的電路時，需要在接口與單板之間進行“分地”處理。分地可以防止不相容電路的回流信號的疊加和公共地線阻抗耦合。同時，在隔離帶間通過電容來給信號提供回流路徑。

5. 其他注意事項

• 避免信號反射：在多個RS-485連接時，支路長度越短越好。同時要避免其他類型的連接，如星型連接。理論上支路長度應小于1/4波長（傳輸頻率對應的波長），實際應用上越小越好。

• 避免干擾源：485信號線不可以和電源線一同走線。強電具有強烈的電磁信號會對弱電進行干擾，導致485信號不穩定。因此，在實際施工中應盡量避免這種情況。

• 選用抗靜電/抗雷擊芯片：在戶外或易受雷電干擾的環境中，應選用抗靜電或抗雷擊的芯片（如SN75LBC184）。這些芯片能夠在遭受靜電或雷電沖擊時保護電路不受損壞。

四、結論

綜上所述，RS-485芯片抑制EMC電磁干擾的設計方案涉及多個方面，包括電路布局與元件選擇、防雷設計、信號隔離與濾波、接地設計以及其他注意事項。通過合理選擇主控芯片型號、優化電路布局和元件選擇、加強防雷措施以及實施有效的接地策略，可以顯著提高RS-485總線的抗干擾能力和通信穩定性。在實際應用中，應根據具體需求和環境條件進行靈活調整和優化設計。