提高RS485抗干擾能力的5個實用技巧

前言

脈沖群騷擾的來源

在工業(yè)控制環(huán)境中經(jīng)常會出現(xiàn)雷電、短路、開關(guān)動作等具有電感負(fù)載的動作而產(chǎn)生的瞬時干擾，這些干擾是一些短暫的高能量的脈沖騷擾，具有脈沖成群出現(xiàn)、脈沖的上升時間比較短暫、脈沖的重復(fù)頻率較高等特點。

這些干擾會耦合到RS485總線上，由于這些脈沖不是單個脈沖，而是一連串的脈沖，因此會在RS485總線上產(chǎn)生積累，使騷擾的電壓幅值超過RS485收發(fā)器的噪聲容限，引起通信錯誤。

同時由于這些脈沖騷擾的周期較短，每個脈沖的出現(xiàn)的間隔時間較短，當(dāng)?shù)谝粋€脈沖騷擾還未消失時，第二個脈沖就緊跟而來，對于RS485總線上的寄生電容和RS485收發(fā)器的結(jié)電容來說，在還沒有放電完就又開始充電，并且通常寄生電容較小，較小的能量就可以達(dá)到較高的電壓，容易損壞RS485收發(fā)器，影響RS485總線通信可靠性。

脈沖群騷擾產(chǎn)生原理

脈沖群騷擾源的電壓大小取決于負(fù)載電路的電感、負(fù)載斷開的速度等因素。以開關(guān)動作為例，由于開關(guān)打開瞬間動靜觸頭之間的距離比較近，電路中的電感感應(yīng)出來的反電動勢足以將觸頭間的空氣間隙擊穿，電路開始導(dǎo)通，但這一放電過程的時間非常短暫，此時電路將產(chǎn)生一個前沿脈沖為ns級，寬度達(dá)到幾十ns級，幅度幾千伏以上的高壓小脈沖。

當(dāng)上述脈沖結(jié)束后，電路開始重復(fù)電感性負(fù)載產(chǎn)生反電動勢和通過開關(guān)動靜觸頭間的空氣間隙放電的過程。

這一過程將一直進(jìn)行，直到貯存在電感性能負(fù)載中的能量足夠低，再也產(chǎn)生不了上述放電過程為止。這些干擾會耦合到RS485總線上，形成較大的干擾，影響通信的可靠性。

提高電快速脈沖群抗擾能力的措施

電快速脈沖群抗擾是共模干擾，可以采用濾波、吸收或者隔離的方式進(jìn)行抑制。大致總結(jié)為以下五種方法。

【一】RS485總線隔離

（1）保證設(shè)備及人身安全——高壓的影響

RS485用于設(shè)備之間的通信，很多時候，研發(fā)人員根本不知道客戶拿自己的設(shè)備與什么類型的設(shè)備通信，萬一對方是一個利用幾塊錢的阻容降壓原理將220V降壓到12V，與電網(wǎng)完全沒有隔離，測試、調(diào)試、使用就會非常危險，或者是高壓設(shè)備絕緣損壞，RS485線上帶高壓，就會威懾設(shè)備和人身的安全。

（2）避免遠(yuǎn)端接受異常——電勢差的影響

許多實際應(yīng)用中，通信距離可達(dá)幾千米，節(jié)點之間的距離很遠(yuǎn)。設(shè)計者常常直接將每個節(jié)點的參考地接于本地的大地，作為信號的返回地，看似正常可靠的做法，實際的大地并不是理想的“0”電位，大地也是導(dǎo)體，也存在阻抗。

當(dāng)大的電流流過大地時，流過電流的大地兩端也會存在電勢差。例如下圖1，由于AB較遠(yuǎn)，參考地之間并不是 0 電位，地線的阻抗也不會是 0，由于電流環(huán)路的作用，在A端的電壓是Vs，在B端就變成了Vc+Vs。

▲ 圖1. 電勢差的影響

（3）避免數(shù)據(jù)異常，器件損壞——地環(huán)路的影響

既然節(jié)點之間的大地存在電勢差，那直接用一根線將兩個節(jié)點的地再連起來不就可以了？大錯特錯！這樣做只能使情況更加嚴(yán)重，這根長長的導(dǎo)線會與大地形成一個極大的地環(huán)路！相信大家在學(xué)生時代就知道，一個閉合線圈在變化的磁場里面就會產(chǎn)生電流。

50Hz的交流電力線、大型電機(jī)等，都是交流磁場的來源，若總線靠近或經(jīng)過這些地方，地環(huán)路就會產(chǎn)生電流高達(dá)數(shù)安培甚至上百安培。

電流流過地環(huán)路產(chǎn)生的共模電壓就會影響總線的正常通信，除了穩(wěn)定的磁場來源，一些電力線的浪涌、雷擊、高頻噪聲等瞬態(tài)干擾都有可能被這個巨型的“環(huán)形天線”拾取，并造成通信異常。

【二】增加鐵氧體磁環(huán)吸收干擾

在設(shè)備入口端增加鐵氧體磁環(huán)可有效吸收干擾，同時增加通信線在鐵氧體磁環(huán)中的匝數(shù)可以增加干擾的吸收效果，如圖 2所示，在待測設(shè)備RS-485接口附近增加鐵氧體磁環(huán)。

▲ 圖2. 通信線增加鐵氧體磁環(huán)

【三】使用屏蔽雙絞線

如圖所示，在實際應(yīng)用中，RS485通信線可以使用屏蔽雙絞線，并且屏蔽層單點接大地，可以有效抑制電快速脈沖群騷擾耦合到通信線上。

▲ 圖3.使用屏蔽雙絞線

【四】增加RS-485總線對地TVS

當(dāng)在A對大地、B對大地之間增加TVS管，耦合到RS485總線上的電快速脈沖群騷擾電壓幅值較高時，干擾電壓會被TVS鉗位，達(dá)到保護(hù)RS485收發(fā)器的目的。

▲ 增加TVS進(jìn)行過壓保護(hù)

【五】RS-485總線串聯(lián)磁珠

由于磁珠在高頻時相當(dāng)于電阻，會將高頻能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。因此在RS485總線上串聯(lián)磁珠，在電快速脈沖群信號耦合到RS485總線上時，電快速脈沖群騷擾的能量會被磁珠消耗掉，提高RS485總線的抗干擾能力。

轉(zhuǎn)自：百度文庫

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