RS-485總線在工業(yè)現(xiàn)場被廣泛應(yīng)用，現(xiàn)場可能存在高等級的靜電或浪涌，工程師通常會使用氣體放電管和TVS管搭建防護電路，但該電路的結(jié)電容較高，應(yīng)用不當(dāng)將會影響總線通訊。本文將為大家介紹一種低結(jié)電容的外圍電路。

1、常用RS-485保護電路

圖 1  保護電路1

如圖 1所示的保護電路，氣體放電管將接口處的大部分浪涌電流泄放，共模電感濾除共模信號的干擾，TVS進一步降低氣體放電管后的殘壓，從而保護后級電路。RSM485ECHT模塊應(yīng)用圖 1所示保護電路可以達到接觸靜電±8kV，共模浪涌±4kV，差模浪涌±2kV，滿足大部分工業(yè)現(xiàn)場對RS-485節(jié)點靜電和浪涌等級的要求。

圖 1所示保護電路雖然保護能力較強，但其結(jié)電容較大， A-RGND或B-RGND結(jié)電容為2.5nF左右，當(dāng)總線上有較多節(jié)點均使用圖 1保護電路進行組網(wǎng)時，總線的電容量較大，信號反射以及信號邊沿趨于平緩使信號質(zhì)量變差，甚至?xí)?dǎo)致通信異常。

2、總線電容導(dǎo)致的信號反射問題

當(dāng)信號在通信線上傳輸，到達RS-485節(jié)點上的保護電路時，保護電路的結(jié)電容使信號受到的瞬時阻抗發(fā)生變化，一部分信號將被反射，另一部分發(fā)生失真并繼續(xù)傳播下去。

圖 2所示為RSM485ECHT單節(jié)點發(fā)送波形，圖 3為RS-485總線接6個保護電路的示意圖，每個節(jié)點之間的距離在30cm左右，使用雙絞線手拉手連接，圖 4和圖 5分別為在總線上接6個圖 1所示電路的波形測試點1和波形測試點6（圖 3中標(biāo)注的位置）的波形，波形的上升/下降時間變長，并且波形測試點1波形變成了臺階形狀。

圖 2  RSM485ECHT單節(jié)點RS-485接口差分波形

圖 3  總線接6個保護電路連接示意圖

圖 4  RSM485ECHT接6個保護電路波形測試點1波形

圖 5  RSM485ECHT接6個保護電路波形測試點6波形

RSM485ECHT的RS-485接口驅(qū)動能力較強，如下為使用相同測試條件測試市場上常用的RS-485收發(fā)器芯片測試波形，可以看出其波形已被嚴(yán)重干擾，且反射波形已到達RS-485芯片門限電平附近，有可能引起通信異常。因此在實際應(yīng)用中應(yīng)選擇驅(qū)動能力較強的收發(fā)器。

圖 6  某RS-485收發(fā)器接6個保護電路波形測試點1波形

圖 7  某RS-485收發(fā)器接6個保護電路波形測試點6波形

3、低結(jié)電容保護電路

當(dāng)通信節(jié)點數(shù)較多，可以使用如圖 8所示保護電路，其A-RGND或B-RGND的結(jié)電容僅為20pF，雖然TVS結(jié)電容較大，但普通二極管結(jié)電容非常小，TVS與普通二極管的結(jié)電容為串聯(lián)關(guān)系，因此可以減小保護電路的結(jié)電容。使用圖 8進行圖 3所示的組網(wǎng)，測試點1的波形如圖 9所示，測試點6波形如圖 10所示，波形基本未發(fā)生變化。

圖 8  保護電路2（低結(jié)電容）

圖 9  RSM485ECHT接6個保護電路2波形測試點1波形

圖 10  RSM485ECHT接6個保護電路2波形測試點6波形

4、總結(jié)

總線上掛載的保護電路會使信號受到的瞬時阻抗發(fā)生變化，導(dǎo)致信號反射，當(dāng)總線上的節(jié)點數(shù)較多，總線的電容量較大，會對總線波形造成干擾，影響通信信號質(zhì)量，因此為減小保護電路對總線通信的影響，在實際應(yīng)用可以選擇驅(qū)動能力較強的收發(fā)器，并且保護電路若使用圖 1所示保護電路，應(yīng)選擇低結(jié)電容TVS，也可選擇使用如圖 8所示的低結(jié)電容保護電路。