接口EMC设计(二)——RS232

本文介绍了RS232串行通信接口的电气特性和电路结构,重点讨论了如何通过TVS管、磁珠等防护元件减少辐射、干扰和雷击浪涌问题,以及PCB布局要点。

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 一、RS232简介

       定义:RS232是常用的串行通信接口标准之一,一般使用RXD、TXD、GND三条线可实现数据传输。

       优势:它具有信号线少、灵活的波特率选择、采用负逻辑传送传送距离较远等特点,传送距离一般可达30 m。

       电气特性:采用负逻辑传送,逻辑“1”的电平为-5V~-15 V,逻辑“0”的电平为+5 V~+15 V,可提高抗干扰能力,增大通信距离。RS -232的噪声容限为2V,接收器将能识别高至+3V的信号作为逻辑“0”,将低到-3 V的信号作为逻辑“1”,即逻辑“1”为-3 ~-15V,逻辑“0”为+3~+15V

 二、RS232接口电路结构

       RS232接口设计可能会影响的EMC问题同样有:辐射问题、干扰问题、雷击浪涌(户外场景)等。问题分析类似于RS485接口:

       1) 接口可能带出单板内部的干扰,通过线缆形成对外辐射导致辐射发射测试超标;

       2) 会受外界干扰会导致通讯异常,如脉冲群干扰、射频干扰。

       针对上述风险,我们设计的常用的RS232防护电路拓扑结构如下。

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    1、电路设计分析

       1) D1、D2为TVS管,可以有效抑制在插拔过程中产生的大能量干扰和静电干扰冲击,此处选用的参数为SMAJ18CA,具体选型方法及注意事项可参考文章《TVS管选型及应用》;

      2) L1、L2为磁珠,可对高频干扰形成高阻抗,C1~C4则为干扰提供低阻抗泄放通路,避免干扰通过RS232线路传输,此处磁珠选用的参数为600Ω@100MHz, 具体选型方法及注意事项可参考文章《磁珠的参数解读及选型应用》。

       上述几点主要实现了在静电防护、抑制辐射骚扰方面发挥作用,当RS232安装在室外时,还需增加雷击浪涌等大能量冲击的防护,类似于RS485电路结构的气体放电管、热敏电阻等。

    2、PCB布局要点

       1) 上述电路结构中,防护器件回流路径为FG(设备外壳),即表示当设备为金属外壳时,进行分地处理FG与板卡地通过1nF电容连接,FG就近连接至机壳;设备为非金属外壳时,FG与板卡地直接连接,器件布局分区域;

       2) 磁珠、TVS管元器件要靠近板边或者连接器端,最大限度使外来干扰信号在板卡接口处被滤除;

       3)接口及接口滤波保护电路周围不布线。

       另外信号线缆采用屏蔽电缆,屏蔽层与连接器最大限度保证360度搭接,避免出现“猪尾巴”效应。

三、总结

       本章对RS232的接口防护设计进行了详细说明,与TS485接口防护设计大同小异,只是在参数上有所调整。下一章我们将继续常用接口防护设计《接口EMC设计(三)——USB》。

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