RS485總線節(jié)點(diǎn)的瞬態(tài)保護(hù)

　　圖 2 具有屏蔽和加蔽線的工業(yè) RS-485 線纜

　　圖 2 所示工業(yè) RS-485 線纜是單雙工及半雙工數(shù)據(jù)鏈路的理想選擇。它允許將一個(gè)信號(hào)對(duì)用作總線信號(hào)線，而另一個(gè)信號(hào)對(duì)用作接地線，從而降低瞬態(tài)電流返回通路的電感。其他一些好處還包括線纜的 120 歐姆額定特性阻抗。這樣便可保證阻抗匹配 RS-485 收發(fā)器開關(guān)特性和加蔽線的添加，從而允許線纜屏蔽的簡(jiǎn)單接地。請(qǐng)注意，應(yīng)該僅在一個(gè)線纜末端接地，更好的選擇是在最接近單接地參考總線接地基準(zhǔn)的末端。

　　圖 3 顯示了一個(gè)具有瞬態(tài)電壓抑制器二極管 (TVS) 保護(hù)的典型 RS-485 節(jié)點(diǎn)電路的簡(jiǎn)化示意圖。最近的工藝技術(shù)進(jìn)步，才實(shí)現(xiàn)了快速、低電容 TVS 二極管的制造。前幾代 TVS 設(shè)計(jì)表現(xiàn)出來的數(shù)納秒響應(yīng)時(shí)間，對(duì)于 ESD 和猝發(fā)瞬態(tài)的快速上升時(shí)間來說都太慢。另外，其電容負(fù)載超出了每 TVS 器件 1000 nF，其在數(shù)據(jù)速率未降至極低水平的情況下，并不具備有效的多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)。

　　許多現(xiàn)代高精密抑制器設(shè)計(jì)都具有低至皮秒范圍的響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)擁有約 10 pF 到100 pF 的電容(具體取決于器件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和額定功率)，從而實(shí)現(xiàn)單總線節(jié)點(diǎn)保護(hù)。

　　在差動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)中，例如：RS-485等，一般要求三個(gè)瞬態(tài)抑制器來模擬有效的現(xiàn)實(shí)世界瞬態(tài)保護(hù)：兩個(gè) TVS 器件用于實(shí)現(xiàn)共模瞬態(tài)(出現(xiàn)在 A 線路及接地和 B 線路及接地之間)保護(hù)，第三個(gè) TVS 用于抑制 A 線路和 B 線路之間的差動(dòng)瞬態(tài)。

　　作為 RS-485 連接器的螺旋式接線柱，將傳輸線纜連接至收發(fā)器 (XCVR)。三個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器二極管 (TVS) 用于消除 A 線路及接地和 B 線路及接地之間的共模瞬態(tài)，以及 A 和 B 之間的差動(dòng)瞬態(tài)。

圖 3 帶瞬態(tài)保護(hù)的 RS-485 總線節(jié)點(diǎn)

　　圖 4 顯示了雙向瞬態(tài)電壓抑制器的對(duì)稱電壓-電流 (V-I) 特性。在一些低至切斷電壓 VWM 的低電壓下，瞬態(tài)抑制器帶來了信號(hào)線的高阻抗，并且僅有數(shù)微安培的器件漏電流。這種狀態(tài)下，數(shù)據(jù)鏈路必定能夠正常運(yùn)行。因此，選擇 TVS 用于 RS-485 鏈路時(shí)，其切斷電壓必須高于最大總線電壓，其中包括 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接地電位差 (GPD) 的 ± 7V，其必然要求 VWM ≥ 12V。

　　在總線電位超出 TVS 擊穿電壓 VBR 的瞬態(tài)事件中，器件變?yōu)閭鲗?dǎo)高電流到接地的低阻抗。但是，它的動(dòng)態(tài)阻抗會(huì)引起器件的壓降，其隨上升電流成比例增加。這種電壓常常表示為可以高達(dá) 35V 的鉗位電壓 Vc，其明顯超出了收發(fā)器總線電位的最大額定值。