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EMC设计整改：RS485接口的EMC电路设计方法

RS485用于设备与计算机或其他设备之间的通信，在产品应用中，其接线与电源、电源信号混在一起，存在EMC隐患。

根据电磁兼容原理，从设计层面进行抗干扰和抗灵敏度设计，解决电磁兼容问题。

1.电路EMC设计说明:

(1)电路滤波器设计要点:

L1为共模电感，共模电感能够对衰减共模干扰，对单板内部的干扰以及外部的干扰都能抑制，能提高产品的抗干扰能力，同时也能减小通过429信号线对外的辐射，共模电感阻抗选择范围为120Ω/100MHz ~2200Ω/100MHz，典型值选取1000Ω/100MHz;

C1和C2为滤波电容器，为干扰提供低阻抗返回路径，可以有效降低外部共模电流，对外部干扰进行滤波。电容值范围为22pf ~ 1000pf，典型值为100pF。信号线对金属外壳有绝缘和耐压要求时，应考虑差动线对地两个滤波电容器;

当电路中有多个节点时，应减小或去除滤波电容的值。C3为接口地与数字地之间的桥接电容，典型值为1000pf。C3容量可根据测试条件进行调整;

(2)线路防雷设计要点:

为了满足iec61000-4-5或gb17626.5，共模6 kv和差模2 kv防雷测试要求标准, D4是一个三个终端气体放电管形成第一级保护电路,用于抑制共模和差模干扰的飙升,防止干扰影响下一级电路通过信号线;

要求气体放电管标称电压vbrw大于13V，峰值电流IPP大于等于143a;

峰值功率WPP要求大于等于1859w;

Ptc1和Ptc2热敏电阻形成第二保护电路,和典型的值是10Ω/ 2 w;

为了保证气体放电管的顺利传导，必须增加电阻来分压，以保证大部分能量能通过气体放电管;

D1 ~ D3是由TSS管(半导体放电管)组成的三级保护电路，TSS管标称电压vbrw要求大于8V，峰值电流IPP要求大于143a，峰值功率WPP要求大于等于1144w;

接口电路设计

如果设备为金属外壳，且单板可单独分为接口接地，则金属外壳与接口接地直接电连接，单板接地与接口接地通过1000pf电容连接;

如果设备为非金属，接口接地PGND直接与单板数字GND电连接。

2、PCB设计

1. RS485接口电路布局

(1)防护装置和过滤器应靠近接口，摆放紧凑有序。按照滤波前保护原则，尽量避免锯齿布线;

(2)共模电感和跳线电容应放置在隔离带内。

方案分析:

(1)接口及其滤波保护电路不能布线，高速或敏感设备不能放置;

(2)隔离带下方的投影层应镂空，禁止接线。

2. RS485接口电路设计

(1)为了抑制内部板噪声通过RS485接口发射和辐射到外部，增强板对外部干扰的抗干扰能力，在RS485接口增加了一个滤波器来抑制噪声;

(2)隔离带中可以有选择地增加电容作为两地之间的连接，电容C4和C5的推荐值为1000pf。信号线与共模电感cm、电容滤波器串联，GDT、TVs管与接口接地并联保护。所有的保护装置放置在靠近接口的位置，共模电感cm放置在隔离带。具体布局如图所示。

(1)当电路存在兼容性差或接口与单板不兼容时，需要在接口与单板之间“分地”，即根据不同端口电压、电平信号、传输速率设置地线。“隔离接地”可以防止不兼容电路的返回信号叠加和共地线的阻抗耦合;

(2)“离地”现象会导致返回信号在穿过隔离频带时阻抗增大，造成较大的EMC风险。因此，电容被用来为隔离带之间的信号提供返回路径。