前言

RS485總線具有結構簡單、通信距離遠、通信速度快、成本低等優點。廣泛應用于工業通信、電力監控、儀器儀表等行業。由于工業控制環境惡劣，通信線路中會出現更多的干擾耦合，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，驗證系統的可靠性。

脈沖群騷擾的來源

在工業控制環境中經常會出現雷電、短路、開關動作等具有電感負載的動作而產生的瞬時干擾，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、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總線上產生積累，使騷擾的電壓幅值超過RS485收發器的噪聲容限，引起通信錯誤。

同時由于這些脈沖騷擾的周期較短，每個脈沖的出現的間隔時間較短，當第一個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收發器，影響RS485總線通信可靠性。

脈沖群騷擾產生原理

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）避免遠端接受異常——電勢差的影響

許多實際應用中，通信距離可達幾千米，節點之間的距離很遠。設計者常常直接將每個節點的參考地接于本地的大地，作為信號的返回地，看似正常可靠的做法，實際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）避免數據異常，器件損壞——地環路的影響

既然節點之間的大地存在電勢差，那直接用一根線將兩個節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，若總線靠近或經過這些地方，地環路就會產生電流高達數安培甚至上百安培。

電流流過地環路產生的共模電壓就會影響總線的正常通信，除了穩定的磁場來源，一些電力線的浪涌、雷擊、高頻噪聲等瞬態干擾都有可能被這個巨型的“環形天線”拾取，并造成通信異常。

【二】增加鐵氧體磁環吸收干擾

在設備入口端增加鐵氧體磁環可有效吸收干擾，同時增加通信線在鐵氧體磁環中的匝數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。

【三】使用屏蔽雙絞線

如圖所示，在實際應用中，RS485通信線可以使用屏蔽雙絞線，并且屏蔽層單點接大地，可以有效抑制電快速脈沖群騷擾耦合到通信線上。

▲ 圖3.使用屏蔽雙絞線

【四】增加RS-485總線對地TVS

當在A對大地、B對大地之間增加TVS管，耦合到RS485總線上的電快速脈沖群騷擾電壓幅值較高時，干擾電壓會被TVS鉗位，達到保護RS485收發器的目的。

▲ 增加TVS進行過壓保護

【五】RS-485總線串聯磁珠

由于磁珠在高頻時相當于電阻，會將高頻能量轉化為熱能消耗掉。因此在RS485總線上串聯磁珠，在電快速脈沖群信號耦合到RS485總線上時，電快速脈沖群騷擾的能量會被磁珠消耗掉，提高RS485總線的抗干擾能力。

審核編輯：劉清