人物如何利用现场总线技术特点保护工业RS-485网络免受故障影响

在工业现场，RS-485网络是连接设备和传感器的关键。然而，这些网络容易受到故障的影响，如电缆接线错误、电缆弯曲导致绝缘损坏等。这些问题可能会引起数据与电源导体间的短路。在这种情况下，保持运行需要过压保护收发器，其总线端子必须具备高于最大可能DC电源电压的高DC与交流隔离。

为了进一步保护数据线不受更高过电压瞬变（如雷击）的影响，我们还需要使用具有特定开关特性的瞬态电压抑制器（TVS）。这类组合可以保护RS-485数据线免受静电、瞬态脉冲干扰以及其他形式的干扰。

瑞萨电子提供了一系列具备过压保护功能的RS-485收发器，如图1所示。这类收发器能够承受±60V AC/DC过载，并且根据EIA-485标准，在某些情况下可以承受±80V。这些收发器通常配备双折返限流方案，以防止驱动器因故障而被严重损坏。此外，它们也拥有热关断功能，当芯片温度升至危险水平时，将自动禁用驱动器以避免进一步损害。

内部ESD保护由可控硅整流器实现，这种设计能够触发当外部电压超过其触发阈值时。当正常操作期间误触发生时，由于输出晶体管击穿极高，触发阈值设为±70V，以防止误触。而TVS则通过四个二极管和一个中心回弹二极管来工作，其I-V特性如图3所示。

在最终设计中，最好将两个TVS放置于每条数据线上，以获得对称钳位并确保共模范围达到RS-485规范。此外，还应确保GND和VCC参考平面没有孔或切口，以减少低频信号路径中的阻抗变化，同时在多层板设计中将信号走线布置在顶层，并分别后两层为接地和VCC平面作为第二、三层。底层用于控制信号，如DE和RE启用信号。此外，要尽可能靠近板连接点放置TVS，并使走线设计使得当前先流入电视机前经过该区段。在靠近IC的地方使用去耦容量以减少EMI。