各位工程師對于CAN與RS-485總線并不陌生并且能快速搭建隔離電路,但可能仍會遇到通訊異常或損壞的情況,這是什么原因?qū)е?這可能是由于隔離后接地錯誤導致,本文先為大家介紹隔離后接地的ESD作用機理。
前言
為保證總線網(wǎng)絡(luò)的通訊穩(wěn)定性,通訊接口通常會做隔離,隔離的主要目的:
安規(guī)考慮:保護設(shè)備及人身安全,隔開潛在的高壓危險;
提高通信的穩(wěn)定性:消除地電勢差的影響;
提高器件的可靠性:消除地環(huán)路影響;
低耦合:提高系統(tǒng)間的兼容性;
隔離接地的原理
總線增加隔離固然可以保證總線穩(wěn)定可靠地通信,但是帶隔離通信接口的設(shè)備,在復雜的環(huán)境或安裝狀態(tài)下,接口會表現(xiàn)出完全不同的ESD特性,了解ESD對接口的影響機理,才能有針對性地增加保護器件,提升隔離接口的ESD能力。下面以帶有隔離CAN或RS-485通信接口為例,對常見的設(shè)備狀態(tài)下,ESD的作用機理進行分析,并提出相應(yīng)的改善措施。
1、總線側(cè)懸空此狀態(tài)下,設(shè)備控制側(cè)有接入保護地(PE),總線側(cè)參考地懸空,與PE無任何連接,如下圖。
接下來進行分析:
假設(shè)控制側(cè)均做了足夠的保護措施,當控制側(cè)接口受到靜電放電時,能量通過控制側(cè)保護器泄放至PE,對隔離通信接口基本無影響,如下面左圖;
當總線接口受到靜電放電時,由于總線側(cè)懸空,能量只能通過隔離柵的等效電容Ciso進行泄放,由于Ciso非常小,僅有幾皮法至十幾皮法,Ciso被迅速充電,兩端電壓Viso會非常高,幾乎等同于放電電壓,電壓全部施加在隔離接口模塊的隔離柵,若電壓超出了隔離柵的電壓承受范圍,則會導致內(nèi)部隔離柵損壞,如下面右圖。
注意:對于一般的隔離接口模塊,隔離柵可承受的靜電放電電壓只有4kV,對于更高等級的6kV或8kV的靜電來說是非常脆弱的,極易出現(xiàn)損壞情況。
2、設(shè)備控制測懸空此狀態(tài)下,設(shè)備控制側(cè)有接入保護地(PE),總線側(cè)參考地懸空,與PE無任何連接。此狀態(tài)下,設(shè)備控制側(cè)參考地懸空,與PE無任何連接,總線側(cè)有接入保護地(PE),如下圖。
接下來進行分析:
當總線側(cè)接口受到靜電放電時,靜電能量通過隔離接口模塊內(nèi)部總線側(cè)器件泄放至PE,但若ESD能量超出了接口模塊內(nèi)部總線側(cè)器件的ESD抗擾能力,總線接口則可能損壞,如下面左圖;
當控制側(cè)接口受到靜電放電時,由于控制側(cè)懸空,能量只能通過隔離柵的等效電容Ciso進行泄放,由于Ciso非常小,兩端電壓Viso會非常高,電壓全部施加在隔離接口模塊的隔離柵,若電壓超出了隔離柵的電壓承受范圍,則會導致內(nèi)部隔離柵損壞,如下面右圖。
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