RS-485 接口 EMC 电路设计

1、原理图

1.1、RS485 接口 6KV 防雷电路设计方案
1.2、接口电路设计概述
1.3、电路 EMC 设计说明

2、PCB 设计

2.1、RS485 接口电路布局
2.2、RS485 接口电路分地设计
该方案从原理设计和 PCB 设计两方面重点对 EMC 电路设计进行分析，而简化了电路
匹配和失效保护的设计。设计者可以根据自己的设计指标要求，从 EMC 设计的角度进行取
舍，详细内容请见下文。
1. 原理图
1.1. RS485 接口 6KV 防雷电路设计方案

1.2. 接口电路设计概述
RS485 用于设备与计算机或其它设备之间通讯，在产品应用中其走线多与电源、功率
信号等混合在一起，存在ＥＭＣ隐患。
本方案从 EMC 原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计，从设计层次解决
EMC 问题。
1.3. 电路 EMC 设计说明
1.3.1. 电路滤波设计要点
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 485 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、C2 为滤波电容，给干扰提供低阻抗的回流路径，能有效减小对外的共模电流以
同时对外界干扰能够滤波；电容容值选取范围为 22PF~1000pF，典型值选取 100pF；若信
号线对金属外壳有绝缘耐压要求，那么差分线对地的两个滤波电容需要考虑耐压；
当电路上有多个节点时要考虑降低或去掉滤波电容的值。C3、C4 为接口地和数字地
之间的跨接电容，典型取值为 1000pF， C3、C4 容值可根据测试情况进行调整。
1.3.2. 电路防雷设计要点
为了达到 IEC61000-4-5 或 GB17626.5 标准，共模 6KV，差摸 2KV 的防雷测试要求，
D4 为三端气体放电管组成第一级防护电路，用于抑制线路上的共模以及差模浪涌干扰，防
止干扰通过信号线影响下一级电路。
气体放电管标称电压 VBRW 要求大于 13V，峰值电流 Ipp 要求大于等于 143A，峰值
功率 Wpp 要求大于等于 1859W。
PTC1、PTC2 为热敏电阻组成第二级防护电路，典型取值为 10Ω/2W。为保证气体放
电管能顺利的导通，泄放大能量必须增加此电阻进行分压，确保大部分能量通过气体放电管
走掉。
D1~D3 为 TSS 管（半导体放电管）组成第三级防护电路，TSS 管标称电压 VBRW 要
求大于 8V，峰值电流 IPP 要求大于等于 143A；峰值功率 Wpp 要求大于等于 1144W。
1.3.3. 接口电路设计备注
如果设备为金属外壳，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直
接电气连接，且单板地与接口地通过 1000pF 电容相连；
如果设备为非金属外壳，那么接口地 PGND 与单板数字地 GND 直接电气连接。
2. PCB 设计
2.1. RS485 接口电路布局*

1.3.1. 方案特点
（1）防护器件及滤波器件要靠近接口位置处摆放且要求摆放紧凑整齐，按照先防护后滤波
的规则，走线时要尽量避免走线曲折的情况；
（2）共模电感与跨接电容要置于隔离带中。
1.3.2. 方案分析
（1）接口及接口滤波防护电路周边不能走线且不能放置高速或敏感的器件；
（2）隔离带下面投影层要做掏空处理，禁止走线。
2.2. RS485 接口电路分地设计
2.2.1. 方案特点
（1）为了抑制内部单板噪声通过 RS485 接口向外传导辐射，也为了增强单板对外部干扰
的抗扰能力，在 RS485 接口处增加滤波器件进行抑制，以滤波器件位置大小为界，划分出
接口地。
（2）隔离带中可以选择性的增加电容作为两者地之间的连接，电容 C3、C4 取值建议为
1000pF，信号线上串联共模电感 CM 与电容滤波，并与接口地并联 GDT 和 TVS 管进行防
护；且所有防护器件都靠近接口放置，共模电感 CM 置于隔离带内，具体布局如图示。
2.2.2. 方案分析
（1）当接口与单板存在相容性较差或不相容的电路时，需要在接口与单板之间进行“分地”
处理，即根据不同的端口电压、电平信号和传输速率来分别设置地线。“分地”，可以防止
不相容电路的回流信号的叠加，防止公共地线阻抗耦合。
（2）“分地”现象会导致回流信号跨越隔离带时阻抗变大，从而引起极大的 EMC 风险，
因此在隔离带间通过电容来给信号提供回流路径。

今天的文章内容到这里就结束了，希望对你有帮助。

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