一、RS-485芯片抑制EMC电磁干扰的基本原理

RS-485总线是一种常见的串行总线标准，采用平衡发送与差分接收的方式，具有抑制共模干扰的能力，同时通信距离较长，可以多节点通信。这种总线广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等领域。然而，在实际应用中，RS-485接口芯片可能会受到来自电源、环境或其他信号线的电磁干扰，导致通信不稳定或失效。因此，抑制EMC电磁干扰是确保RS-485总线稳定运行的关键。

二、主控芯片型号及其在设计中的作用

在RS-485抑制EMC电磁干扰的设计中，主控芯片的选择至关重要。以下是一些常见的主控芯片型号及其在设计中的作用：

1. MAX485E

• 作用：MAX485E是一款常用的RS-485收发器芯片，具有抗静电冲击的能力。它能够在传输线上产生过多的高频分量时，有效地扼制干扰的产生。

• 特点：支持差分输入/输出，具有限斜率驱动器设计，可以减少传输线上的高频分量，从而降低电磁干扰。

2. SN75LBC184

• 作用：SN75LBC184不仅具有抗雷电冲击的能力，还能承受高达8kV的静电放电冲击。这使得它在户外或易受雷电干扰的环境中表现出色。

• 特点：具有故障保护功能，能够在检测到异常情况时自动关闭输出，以保护电路不受损坏。

3. MAX487

• 作用：MAX487同样是一款具有限斜率驱动器的RS-485收发器芯片，能够有效地减少传输线上的高频分量。

• 特点：与MAX485E类似，但可能在某些性能指标上有所不同，如功耗、速度等。

4. ADM3061EARZ

• 作用：ADM3061EARZ是一款半工RS-485收发器芯片，支持多个接收器和发射器在同一个信号回路上工作，但每次只能有一个发射器工作。

• 特点：具有RE（接收器使能）和DE（发射器使能）引脚，可以通过控制这些引脚来实现收发器的切换。此外，它还具有高输入阻抗，可以驱动多个负载。

5. ZLG SM4500/SM4510/SM4500H/SM4510H

• 作用：ZLG致远电子推出的SM系列全隔离RS-485收发芯片集成了电源隔离、RS-485收发电路和信号隔离电路，适用于需要高隔离度和抗干扰能力的场合。

• 特点：采用DFN封装，体积小、功耗低。具有完整的RS-485总线隔离电路，可以有效地隔离外部干扰，提高通信稳定性。

三、具体设计方案

1. 电路布局与元件选择

• 电路布局：

• 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进行布局，走线时要尽量避免走线曲折。

• 共模电感与跨接电容要置于隔离带中，以隔离内部噪声和外部干扰。

• 元件选择：

• 共模电感：选择阻抗范围为120Ω/100MHz ~ 2200Ω/100MHz的共模电感，典型值选取1000Ω/100MHz。共模电感能够衰减共模干扰，提高产品的抗干扰能力。

• 滤波电容：选择容值范围为22pF ~ 1000pF的滤波电容，典型值选取100pF。滤波电容为干扰提供低阻抗的回流路径，减小对外的共模电流。

• 跨接电容：在接口地和数字地之间连接跨接电容，典型取值为1000pF。跨接电容可以进一步减小共模干扰。

2. 防雷设计

• 第一级防护：使用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。气体放电管的标称电压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。

• 第二级防护：使用热敏电阻组成第二级防护电路，典型取值为10Ω/2W。热敏电阻用于分压，确保大部分能量通过气体放电管泄放。

• 第三级防护：使用TSS管（半导体放电管）组成第三级防护电路。TSS管的标称电压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。

3. 信号隔离与滤波

• 信号隔离：使用全隔离RS-485收发芯片（如ZLG SM4500/SM4510/SM4500H/SM4510H）来实现信号隔离。这些芯片内部集成了完整的RS-485总线隔离电路，可以有效地隔离外部干扰。

• 滤波：在信号线上串联共模电感与滤波电容，进一步抑制干扰信号。同时，可以在接口地与数字地之间连接跨接电容，以减小共模干扰。

4. 接地设计

• 接口地与数字地：如果设备为金属外壳且单板可以独立划分出接口地，则金属外壳与接口地直接电气连接，单板地与接口地通过1000pF电容相连。如果设备为非金属外壳，则接口地PGND与单板数字地GND直接电气连接。

• 分地处理：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。分地可以防止不相容电路的回流信号的叠加和公共地线阻抗耦合。同时，在隔离带间通过电容来给信号提供回流路径。

5. 其他注意事项

• 避免信号反射：在多个RS-485连接时，支路长度越短越好。同时要避免其他类型的连接，如星型连接。理论上支路长度应小于1/4波长（传输频率对应的波长），实际应用上越小越好。

• 避免干扰源：485信号线不可以和电源线一同走线。强电具有强烈的电磁信号会对弱电进行干扰，导致485信号不稳定。因此，在实际施工中应尽量避免这种情况。

• 选用抗静电/抗雷击芯片：在户外或易受雷电干扰的环境中，应选用抗静电或抗雷击的芯片（如SN75LBC184）。这些芯片能够在遭受静电或雷电冲击时保护电路不受损坏。

四、结论

综上所述，RS-485芯片抑制EMC电磁干扰的设计方案涉及多个方面，包括电路布局与元件选择、防雷设计、信号隔离与滤波、接地设计以及其他注意事项。通过合理选择主控芯片型号、优化电路布局和元件选择、加强防雷措施以及实施有效的接地策略，可以显著提高RS-485总线的抗干扰能力和通信稳定性。在实际应用中，应根据具体需求和环境条件进行灵活调整和优化设计。