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隔离RS485收发器打破接地回路的技术处置方案

来源:analog 发布时间:2023-10-26

摘要: LTC1535结合了隔离,电源和完全兼容的RS485发送器和接收器,为隔离串行数据通信提供了紧凑,经济高效的解决方案。

RS485接口设计用于处理-7V至12V的输入信号范围;然而,在实际系统中,地电位在节点之间变化很大,经常超出规定的范围。这可能导致通信中断,或者更糟的是,损坏收发器。为了防止大的地对地差分,需要一个隔离的接口。一种新的表面贴装器件,LTC1535隔离RS485收发器,为断开接地回路提供了单芯片解决方案。

以前,隔离是使用至少三个光隔离器和一个单独的隔离电源实现的。LTC1535不仅取代了光隔离器,还取代了电源,因为它包括片上DC/DC转换器。其他功能包括可选择的驱动器转换率,以减少电磁干扰和对反射的敏感性,全双工引脚和断线和短路的故障安全检测。

LTC1535由两个独立的骰子组装在一个专有的,隔离引线框架。引线框架包括集成耦合电容器,桥接隔离屏障,并提供2500 v (RMS)保证的隔离。数据通信通过耦合电容器进行,而片上400kHz推挽开关调节器通过小型变压器将电源发送到隔离侧。整个阻挡层的共模电容小于20pF,其中变压器约占16pF。图1显示了一个完全隔离的RS485端口的完整电路。


图1所示 完全隔离的RS485接口

LTC1535的两个部分以乒乓方式通信,首先将发送数据发送到隔离端,然后将接收数据发送回非隔离端。内部通信链路的采样性质意味着在数据中引入了一些抖动;这将有效波特率限制在大约500kBd。在350kBd时,抖动保证小于10%。图2显示了通过LTC1535传播的双脉冲。波形(A)是发射器的数据输入,波形(B)是接收器的输出。发射器和接收器在芯片的隔离侧环路。典型的抖动几乎看不出来。负向双脉冲如图3所示。LTC1535收发器不受数据波形的直流平均值的影响。通过LTC1535的总往返传播延迟约为1µs或大致相当于328英尺的电缆。


图2 正向双脉冲行为:A =驱动器输入,B =接收器输出


图3 负向双脉冲行为:A =驱动器输入,B =接收器输出

图4显示了加载5000'端接电缆,工作在快速转换模式(转换引脚拉高)时的驱动器输出波形。转换引脚对驱动器输出波形的影响在图5中是明显的,其中上升和下降时间约为1µs。


图4 驱动器采用快速回转模式,加载5000 '双端双绞线


图5 驱动器在慢回转模式,加载5000 '双端双绞线

隔离会给电路板带来潜在的危险电压,并且最终用户很容易接触到。例如,如果双绞线在某个远程位置误接或故障到117V,则每个LTC1535的浮动部分及其相关电路也将携带117V。不小心的用户或安装人员可能会接触到被认为是安全的低压电路。图6显示了如何检测并警告用户双绞线或其屏蔽上存在故障情况。在GND2 (LTC1535的浮地)和设备的安全接地之间连接一个小(3.2mm)辉光灯。如果双绞线或屏蔽上的电位超过75VAC,则B1亮,表示接线故障。电阻R3和R4用于镇压B1中的电流。两个电阻是必要的,因为每个电阻只能承受200V,以及功耗的原因。如图所示,该电路可以承受440V三相系统的直接故障。


图6 检测线路故障

漂浮双绞线带来的其他问题包括双绞线上静电荷的收集、双绞线的屏蔽和附加电路。R1和R2提供将静电荷安全地分流到地的路径。同样,两个电阻是必要的,以承受高压故障。静电尖峰和瞬变可使双绞线暂时升高到10kV或更高。图6中的C1吸收了这个电荷,并将到达LTC1535的峰值电压限制在一个安全值。例如,如果充电到10kV的1000pF源与电缆接触,C1处的单个10nF电容器将使峰值电压降至仅1kV,通过R1-R4和B1在不到10ms的时间内衰减。1kV完全在LTC1535的能力范围内。

LTC1535结合了隔离,电源和完全兼容的RS485发送器和接收器,为隔离串行数据通信提供了紧凑,经济高效的解决方案。

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