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RS-422与RS-485的接地问题,你不能忽视!

电子系统接地非常重要,但往往被忽视。接地不当往往导致电子系统不能稳定工作,甚至危及系统的安全。RS-422和RS-485传输网络的接地也非常重要,因为不合理的接地系统会影响整个网络的稳定性,特别是在工作环境恶劣、传输距离长的情况下,对接地的要求更为严格。否则接口损坏率较高。很多情况下,连接RS-422、RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接,这种连接方法在许多场合是能正常工作的,但却埋下了很大的隐患,这有下面二个原因:

1、共模干扰问题:

 RS-422与RS-485接口均采用差分方式传输信号方式,不需要检测相对于参考点的信号。系统只需要检测两条线路之间的电位差。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠,甚至损坏接口。以下图为例,当发送驱动器A向接收器B发送数据时,发送驱动器A的输出共模电压为VOS,由于两个系统具有各自独立的接地系统,存在着地电位差VGPD。那么,接收器输入端的共模电压VCM就会达到VCM=VOS+VGPD。RS-422与RS-485标准均规定VOS≤3V,但VGPD可能会有很大幅度(十几伏甚至数十伏),并可能伴随着强干扰信号,导致接收机共模输入VCM超出正常范围,并在传输线上产生干扰电流,从而可能影响正常通信,或损坏通信接口电路。

image.png

图来自CSDN技术社区

2、(EMI)问题:

驱动器输出信号的共模部分需要一个返回通道,如没有一个低阻的返回通道(信号地),就会以辐射的形式返回源端,整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。

由于上述原因,RS-422、RS-485尽管采用差分平衡传输方式,但对整个RS-422或RS-485网络,必须有一条低阻的信号地。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来,使共模干扰电压VGPD被短路。

这条信号地可以是额外的非屏蔽双绞线,或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。这是最通常的接地方法。

这种方法只对高阻共模干扰有效,由于干扰源内阻较大,短路连接后不会形成较大的接地回路电流,对通信不会造成很大影响当共模干扰源内阻较低时,会在接地线上形成较大的环路电流,影响正常通信。对于这种情况,可以采取以下三种措施:

(1)如果干扰源的内阻不是很小,可以在地线上加一个限流电阻来限制干扰电流。接地电阻的增加会增加共模电压,但只要控制在适当的范围内,就不会影响正常通信。

(2)采用浮地技术,隔断接地环路。这是一种更为普遍有效的方法。当共模干扰的内阻很小时,上述方法不起作用。此时,我们可以考虑浮动引入干扰的节点,即系统的电路接地与机箱或大地隔离。这样,接地回路被隔离,不会形成大的回路电流。

(3)采用隔离接口。在某些情况下,出于安全或其他考虑,电路接地必须连接到底盘或接地,不能悬浮,这时可以采用隔离接口来隔断接地回路,但仍应有接地线将隔离侧的公共端与其他接口的工作接地相连。

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