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【技術(shù)筆記】總線(xiàn)隔離后如何接地？-上篇

時(shí)間：2021-08-19 16:29:55
關(guān)鍵字： 總線(xiàn)    接地    隔離   
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[導(dǎo)讀]各位工程師對(duì)于CAN與RS-485總線(xiàn)并不陌生并且能快速搭建隔離電路，但可能仍會(huì)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(cuò)誤導(dǎo)致，本文先為大家介紹隔離后接地的ESD作用機(jī)理。??前言為保證總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的通訊穩(wěn)定性，通訊接口通常會(huì)做隔離，隔離的主要目的：安規(guī)考...

各位工程師對(duì)于CAN與RS-485總線(xiàn)并不陌生并且能快速搭建隔離電路，但可能仍會(huì)遇到通訊異?；驌p壞的情況，這是什么原因?qū)е?？這可能是由于隔離后接地錯(cuò)誤導(dǎo)致，本文先為大家介紹隔離后接地的ESD作用機(jī)理。


??前言為保證總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的通訊穩(wěn)定性，通訊接口通常會(huì)做隔離，隔離的主要目的：

  • 安規(guī)考慮：保護(hù)設(shè)備及人身安全，隔開(kāi)潛在的高壓危險(xiǎn)；

  • 提高通信的穩(wěn)定性：消除地電勢(shì)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(xiàn)增加隔離固然可以保證總線(xiàn)穩(wěn)定可靠地通信，但是帶隔離通信接口的設(shè)備，在復(fù)雜的環(huán)境或安裝狀態(tài)下，接口會(huì)表現(xiàn)出完全不同的ESD特性，了解ESD對(duì)接口的影響機(jī)理，才能有針對(duì)性地增加保護(hù)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(duì)常見(jiàn)的設(shè)備狀態(tài)下，ESD的作用機(jī)理進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改善措施。

1、總線(xiàn)側(cè)懸空此狀態(tài)下，設(shè)備控制側(cè)有接入保護(hù)地（PE），總線(xiàn)側(cè)參考地懸空，與PE無(wú)任何連接，如下圖。接下來(lái)進(jìn)行分析：

  • 假設(shè)控制側(cè)均做了足夠的保護(hù)措施，當(dāng)控制側(cè)接口受到靜電放電時(shí)，能量通過(guò)控制側(cè)保護(hù)器泄放至PE，對(duì)隔離通信接口基本無(wú)影響，如下面左圖；

  • 當(dāng)總線(xiàn)接口受到靜電放電時(shí)，由于總線(xiàn)側(cè)懸空，能量只能通過(guò)隔離柵的等效電容Ciso進(jìn)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(huì)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(huì)導(dǎo)致內(nèi)部隔離柵損壞，如下面右圖。

    注意：對(duì)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(duì)于更高等級(jí)的6kV或8kV的靜電來(lái)說(shuō)是非常脆弱的，極易出現(xiàn)損壞情況。

2、設(shè)備控制測(cè)懸空此狀態(tài)下，設(shè)備控制側(cè)有接入保護(hù)地（PE），總線(xiàn)側(cè)參考地懸空，與PE無(wú)任何連接。此狀態(tài)下，設(shè)備控制側(cè)參考地懸空，與PE無(wú)任何連接，總線(xiàn)側(cè)有接入保護(hù)地（PE），如下圖。接下來(lái)進(jìn)行分析：

  • 當(dāng)總線(xiàn)側(cè)接口受到靜電放電時(shí)，靜電能量通過(guò)隔離接口模塊內(nèi)部總線(xiàn)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(xiàn)側(cè)器件的ESD抗擾能力，總線(xiàn)接口則可能損壞，如下面左圖；

  • 當(dāng)控制側(cè)接口受到靜電放電時(shí)，由于控制側(cè)懸空，能量只能通過(guò)隔離柵的等效電容Ciso進(jìn)行泄放，由于Ciso非常小，兩端電壓Viso會(huì)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(huì)導(dǎo)致內(nèi)部隔離柵損壞，如下面右圖。

相信從本篇文章，大家已大致了解總線(xiàn)隔離后的ESD能量經(jīng)過(guò)路徑，這可為大家在設(shè)計(jì)總線(xiàn)隔離電路時(shí)提供對(duì)應(yīng)防護(hù)方向。明天將為大家?guī)?lái)ZLG的總線(xiàn)隔離接地方案，并為大家介紹相應(yīng)電路方案具體防護(hù)原理及作用，《總線(xiàn)隔離后如何接地？-下篇》敬請(qǐng)期待！


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