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　　電氣過(guò)應(yīng)力所致功能失靈帶來(lái)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)間產(chǎn)生的巨額費(fèi)用使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)保護(hù)變得非常有必要，特別是靜電放電、電感開(kāi)關(guān)和雷擊所引起的電氣瞬態(tài)的保護(hù)。因此，國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 定義了三種瞬態(tài)抑制測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，旨在保證測(cè)試期間和測(cè)試后電路的正確運(yùn)行。

　　本文簡(jiǎn)要介紹了這些測(cè)試，并建議使用工業(yè) RS-485 線(xiàn)纜和低電容瞬態(tài)電壓抑制器為您的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)提供一種最有效的方法。

　　瞬態(tài)抑制測(cè)試系列

　　我們將討論三種 IEC 標(biāo)準(zhǔn)：

　　靜電放電 (ESD) 抗擾度 (IEC61000-4-2)

　　電氣快速瞬態(tài) (EFT) 抗擾度，或猝發(fā)抗擾度 (IEC61000-4-4)

　　浪涌抗擾度 (IEC61000-4-5)

　　ESD 測(cè)試模擬了人體的靜電放電對(duì)電子設(shè)備的影響。ESD 發(fā)生器產(chǎn)生的測(cè)試脈沖為短歷時(shí)(100ns 以下)脈沖，并有一個(gè)約 1ns 的快速上升時(shí)間。盡管這種測(cè)試脈沖為低能量，但可以形成許多毀滅性的高電流，其足以毀壞一個(gè)收發(fā)器的內(nèi)部保護(hù)電路。一個(gè)最小 ESD 測(cè)試序列由 20 次放電、10 個(gè)正極脈沖、10 個(gè)負(fù)極脈沖，以及每個(gè)脈沖之間的一秒暫停間隔組成。

　　猝發(fā)測(cè)試模擬了電感開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)回跳等引起的日常開(kāi)關(guān)瞬態(tài)。相比單測(cè)試脈沖的 ESD 測(cè)試，猝發(fā)發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)完整序列的測(cè)試脈沖(稱(chēng)作一個(gè)猝發(fā))。每個(gè)猝發(fā)包括約 15000 個(gè)瞬態(tài)。一個(gè)完整測(cè)試序列的六個(gè) 10s 猝發(fā)(相互之間的暫停間隔為 10s)可在一分鐘內(nèi)產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)次脈沖。一次單脈沖持續(xù)時(shí)間很短(請(qǐng)參見(jiàn)圖 1b)，因此能量較低，但這種對(duì)收發(fā)器完全無(wú)休止的瞬態(tài)轟擊，會(huì)給其內(nèi)部保護(hù)單元帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。

　　浪涌測(cè)試是所有測(cè)試中最嚴(yán)格的測(cè)試，因?yàn)樗?a href="http://www.socialnewsupdate.com/analog/" target="_blank">模擬了雷電引起的開(kāi)關(guān)瞬態(tài)。浪涌發(fā)生器產(chǎn)生的瞬態(tài)比 ESD 或猝發(fā)瞬態(tài)長(zhǎng)約 1000 倍。另外，發(fā)生器的低源阻抗允許高壓下的高浪涌電流，從而代表高能量脈沖。由于其高能量成份，測(cè)試序列一般由五次正浪涌脈沖和五次負(fù)浪涌脈沖(一分鐘或更短時(shí)間脈沖之間存在時(shí)間間隔)組成。

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　　圖 1 ESD(左)、猝發(fā)(中間)和浪涌脈沖(右)舉例

　　注釋?zhuān)弘娏骱碗妷罕粯?biāo)準(zhǔn)化。若要了解絕對(duì)值，請(qǐng)參考實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。

　　保護(hù)總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)

　　選擇低成本的 CAT5 工業(yè) RS-485 線(xiàn)纜或者平帶 (flat-band) 線(xiàn)纜可以消除引入總線(xiàn)線(xiàn)路的主要瞬態(tài)能量。Belden 3107A(請(qǐng)參見(jiàn)圖 2)等線(xiàn)纜具有編織屏蔽作用，可以極大地降低耦合至信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)中的噪聲。更低的信號(hào)線(xiàn)噪聲，意味著對(duì)下列保護(hù)電路的瞬態(tài)影響更小。

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　　圖 2 具有屏蔽和加蔽線(xiàn)的工業(yè) RS-485 線(xiàn)纜

　　圖 2 所示工業(yè) RS-485 線(xiàn)纜是單雙工及半雙工數(shù)據(jù)鏈路的理想選擇。它允許將一個(gè)信號(hào)對(duì)用作總線(xiàn)信號(hào)線(xiàn)，而另一個(gè)信號(hào)對(duì)用作接地線(xiàn)，從而降低瞬態(tài)電流返回通路的電感。其他一些好處還包括線(xiàn)纜的 120 歐姆額定特性阻抗。這樣便可保證阻抗匹配 RS-485 收發(fā)器開(kāi)關(guān)特性和加蔽線(xiàn)的添加，從而允許線(xiàn)纜屏蔽的簡(jiǎn)單接地。請(qǐng)注意，應(yīng)該僅在一個(gè)線(xiàn)纜末端接地，更好的選擇是在最接近單接地參考總線(xiàn)接地基準(zhǔn)的末端。

　　圖 3 顯示了一個(gè)具有瞬態(tài)電壓抑制器二極管 (TVS) 保護(hù)的典型 RS-485 節(jié)點(diǎn)電路的簡(jiǎn)化示意圖。最近的工藝技術(shù)進(jìn)步，才實(shí)現(xiàn)了快速、低電容 TVS 二極管的制造。前幾代 TVS 設(shè)計(jì)表現(xiàn)出來(lái)的數(shù)納秒響應(yīng)時(shí)間，對(duì)于 ESD 和猝發(fā)瞬態(tài)的快速上升時(shí)間來(lái)說(shuō)都太慢。另外，其電容負(fù)載超出了每 TVS 器件 1000 nF，其在數(shù)據(jù)速率未降至極低水平的情況下，并不具備有效的多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)。

　　許多現(xiàn)代高精密抑制器設(shè)計(jì)都具有低至皮秒范圍的響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)擁有約 10 pF 到100 pF 的電容(具體取決于器件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和額定功率)，從而實(shí)現(xiàn)單總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)保護(hù)。

　　在差動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)中，例如：RS-485等，一般要求三個(gè)瞬態(tài)抑制器來(lái)模擬有效的現(xiàn)實(shí)世界瞬態(tài)保護(hù)：兩個(gè) TVS 器件用于實(shí)現(xiàn)共模瞬態(tài)(出現(xiàn)在 A 線(xiàn)路及接地和 B 線(xiàn)路及接地之間)保護(hù)，第三個(gè) TVS 用于抑制 A 線(xiàn)路和 B 線(xiàn)路之間的差動(dòng)瞬態(tài)。

　　作為 RS-485 連接器的螺旋式接線(xiàn)柱，將傳輸線(xiàn)纜連接至收發(fā)器 (XCVR)。三個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器二極管 (TVS) 用于消除 A 線(xiàn)路及接地和 B 線(xiàn)路及接地之間的共模瞬態(tài)，以及 A 和 B 之間的差動(dòng)瞬態(tài)。

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