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在這篇文章中，我將介紹如何使用瞬態電壓抑制器 (TVS) 二極管和防脈沖電阻器保護我們的差分總線免受系統級瞬變的影響。

RS-485 等工業網絡有望在其終端應用中承受嚴酷的系統級瞬變而不會受到損壞。處理過程中的靜電放電 (ESD)、感性負載的中斷、繼電器觸點彈跳和/或雷擊都會造成損壞。我們可以通過在差分總線上添加外部組件來保護我們的工業設計免受這些瞬態事件的影響。

在工業、電力、自動化及儀器儀表實際應用中，RS-485總線標準是目前業內應用最廣泛的物理層總線設計標準之一。為了確保數據端口能夠在極其惡劣的電磁環境中正常運行，RS-485端口防護方案必須符合相關的電磁兼容性EMC法規在RS-485端口的EMC設計中，我們需要做的就是確保數據通信線路不受靜電放電ESD、電快速瞬變EFT和浪涌Surge威脅和損害，想方設法去滿足ESD、EFT、Surge這三種規范的要求

工業與儀器儀表(I&I)應用常常需要在距離很遠的多個系統之間傳輸數據。RS-485電氣標準是I&I應用中使用最廣泛的物理層規范之一，I&I應用包括：工業自動化、過程控制、電機控制和運動控制、遠程終端、樓宇自動化(暖通空調HVAC等)、安保系統和再生能源等。

使RS-485成為I&I通信應用理想之選的一些關鍵特性如下：

? 長距離鏈路——最長4000英尺;

? 可在一對絞線電纜上雙向通信;

? 差分傳輸可提高共模噪聲抗擾度，減少噪聲輻射;

? 可將多個驅動器和接收器連接至同一總線;

? 寬共模范圍(–7 V至+12 V)允許驅動器與接收器之間存在地電位差異;

? TIA/EIA-485-A允許數據速率達到數十Mbps。

讓我們看看制造商用來測試穩健性的國際電工委員會 (IEC) ESD 61000-4-2 系統級 ESD 測試。IEC ESD測試涉及兩種測試方法：接觸放電和空氣放電。接觸 ESD 測試將來自 IEC ESD 槍的 ESD 脈沖直接釋放到被測設備 (DUT) 上。空氣 ESD 放電測試包括將帶電的 ESD 槍移向 DUT，直到空氣分解到足以讓 ESD 沖擊在 ESD 槍和 DUT 之間傳導。IEC ESD 測試同時使用正極和負極進行，并且只有在兩種極性都保持在一個級別上之后才能通過分數。表 1 顯示了 IEC 61000-4-2 ESD 測試電壓和峰值電流水平。

*這是一個開放的水平。必須在專用設備規格中指定級別。如果指定的電壓高于所示電壓，我們可能需要特殊的測試設備。

表1 ：IEC 61000-4-2 ESD 測試電壓等級

圖 1 描繪了 IEC ESD 脈沖的基本形狀，并顯示了測試脈沖的時序。

圖1：IEC ESD脈沖電流波形及測試時序

按照以上提及的規范要求和設計原則，為我們提供三種不同級別的EMC防護解決方案并通過了EMC兼容測試的認證。在RS-485防護方案中，需要用到的電路保護元器件有：

1）TVS二極管陣列SM712

2）過流保護器件

3）瞬變閉鎖單元

4）晶閘管浪涌保護器

5）陶瓷氣體放電管

為了幫助保護我們的工業設計免受 ESD 事件期間傳遞的高水平能量的影響，我們可以在總線上添加一個 TVS 二極管和防脈沖串聯電阻，以幫助轉移和消耗能量。將 TVS 二極管放置在非常靠近總線線路進入設計的電路板連接器的位置，可確保耦合到總線上的任何瞬態能量在源點處最小化。TVS 充當鉗位電路，將任何高能脈沖重定向到地，遠離 RS-485 收發器。

如果 TVS 二極管鉗位電壓高于收發器總線引腳的指定最大電壓，則在 A 和 B 總線線路上添加串聯防脈沖電阻器會限制收發器看到的剩余鉗位電流。這些電阻器的值通常非常低（~10-20Ω）。選擇能夠適應適當功率水平的電阻器。

圖 2 顯示了使用SN65HVD82 RS-485 收發器的這一概念。 

圖 2：SN65HVD82 RS-485 瞬態保護概述

表 2 顯示了SN65HVD82 RS-485 收發器在添加了外部組件后可實現的性能。

表 2：測試結果匯總