提高RS485通信抗干擾的五種方法

RS485總線具有結構簡單、通信距離遠、通信速度快、成本低等優(yōu)點。廣泛應用于工業(yè)通信、電力監(jiān)控、儀器儀表等行業(yè)。由于工業(yè)控制環(huán)境惡劣，通信線路中會出現(xiàn)更多的干擾耦合，從而影響RS485總線的可靠性，甚至會損壞RS485收發(fā)器芯片。脈沖群干擾是一種常見的干擾。通常采用電快速脈沖群(EFT)免疫試驗來模擬干擾，驗證系統(tǒng)的可靠性。 ?

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、開關動作等具有電感負載的動作而產(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?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載電路的電感、負載斷開的速度等因素。以開關動作為例，由于開關打開瞬間動靜觸頭之間的距離比較近，電路中的電感感應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，寬度達到幾十ns級，幅度幾千伏以上的高壓小脈沖。當上述脈沖結束后，電路開始重復電感性負載產(chǎn)生反電動勢和通過開關動靜觸頭間的空氣間隙放電的過程。 ? ? 這一過程將一直進行，直到貯存在電感性能負載中的能量足夠低，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行抑制。大致總結為以下五種方法。 ?

? 【一】RS485總線隔離

? （1）保證設備及人身安全——高壓的影響 RS485用于設備之間的通信，很多時候，研發(fā)人員根本不知道客戶拿自己的設備與什么類型的設備通信，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、調試、使用就會非常危險，或者是高壓設備絕緣損壞，RS485線上帶高壓，就會威懾設備和人身的安全。 ? （2）避免遠端接受異?！妱莶畹挠绊?許多實際應用中，通信距離可達幾千米，節(jié)點之間的距離很遠。設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?？煽康淖龇ǎ瑢嶋H的大地并不是理想的“0”電位，大地也是導體，也存在阻抗。 ? ? 當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，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重，這根長長的導線會與大地形成一個極大的地環(huán)路！相信大家在學生時代就知道，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，在待測設備RS-485 接口附近增加鐵氧體磁環(huán)。